柔性制造系统的现状及发展趋势

【摘要】柔性制造系统作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，发展我国的柔性制造系统将为我国在21 世纪制造业的发展起到不可限量的作用。本文分析了柔性制造系统的现状，研究探讨了柔性制造系统的发展趋势。

【关键词】柔性制造系统现状发展趋势

中图分类号：S219.06 文献标识码：A 文章编号：

柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。其总趋势是：生产线越来越短，越来越简洁，设备投资越来越少；中间库存越来越少，场地利用率越来越高；生产周期越来越短，交货速度越来越快；各类损耗越来越少，效率越来越高。

一、柔性制造系统的现状

1、柔性制造系统的特点和分类

FMS 有2 个主要特点：柔性和自动化。一个理想的FMS应具备8 种柔性：设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量柔性、扩展柔性和生产柔性。FMS将“柔性”和“自动”两者结合。按规模大小FMS可分为如下4 类：

（1）柔性制造单元(FMC)。FMC 的问世并在生产中使用约比FMS 晚6~8 年，它是由1~2 台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC 可视为一个规模最小的FMS，是FMS 向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。

（2）柔性制造系统(FMS)。通常包括4 台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

（3）柔性制造线(FML)。它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC 机床；亦可采用专用机床或NC 专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。

（4）柔性制造工厂(FMF)。FMF 是将多条FMS 连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF 是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。

2、柔性制造系统优势

柔性制造系统作为一种新兴的制造方式和传统的制造方式比有明显的优势。

(1)生产周期减少。由于零件集中在加工中心上加工，减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。

(2)设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度，一旦有机床空闲，计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下，采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3 倍。

(3)生产具有柔性。当市场需求或设计发生变化时，在FMS 的设计能力内，不需要系统硬件结构的变化，系统具有制造不同产品的柔性。并且，对于临时需要的备用零件可以随时混合生产，而不影响FMS 的正常生产。

(4)加工成本低。FMS 的生产批量在相当大的范围内变化，其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外，其他各项指标均优于常规的生产方案。

(5)产品质量高。FMS 减少了卡具和机床的数量，并且卡具与机床匹配得当，从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题，并采取相应的有效措施，保证了产品的质量。

二、柔性制造系统的发展趋势

1、 FMS 仍将迅速发展

FMS 在20 世纪80 年代末就已进入了实用阶段, 技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益, 因此随着国际竞争的加剧, 无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。

FMS 初期只是用于非回转体类零件的箱体类零件机械加工, 通常用来完成钻、镗、铣及攻丝等工序。后来随着FMS 技术的发展, FMS 不仅能完成其他非回转体类零件的加工, 还可完成回转体零件的车削、磨削、齿轮加工, 甚至于拉削等工序。

从机械制造行业来看, 现在FMS 不仅能完成机械加工, 而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看, 现在FMS 已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船, 还可用于计算机、半导体、木制产品、服装、食品以及医药品和化工等产品生产。从生产批量来看.FMS 已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。有关研究表明, 凡是可采用数控和计算机控制的工序均可由FMS 完成。

随着计算机集成制造技术和系统( CIMS) 日渐成为制造业的热点, 很多专家学者纷纷预言CIMS 是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS 的重要组成部分, 必然会随着CIMS 的发展而发展。

2、FMS 系统配置朝FMC 的方向发展

柔性制造单元FMC 和FMS 一样, 都能够满足多品种、小批量的柔性制造需要, 但FMC 具有自己的优点。

首先, FMC 的规模小, 投资少, 技术综合性和复杂性低, 规划、设计、论证和运行相对简单, 易于实现, 风险小, 而且易于扩展, 是向高级大型FMS 发展的重要阶梯。因此, 采用由FMC 到FMS 的规划, 既可以减少一次投入的资金, 使企业易于承受, 又可以减小风险,易于成功, 一旦成功就可以获得效益, 为下一步扩展提供资金, 同时也能培养人才、积累经验, 便于掌握FMS的复杂技术, 使FMS 的实施更加稳妥。

其次, 现在的FMC 已不再是简单或初级FMS 的代名词, FMC 不仅可以具有FMS 所具有的加工、制造、运储、控制、协调功能, 还可以具有监控、通讯、仿真、生产调度管理以至于人工智能等功能, 在某一具体类型的加工中可以获得更大的柔性, 提高生产率, 增加产量, 改进产品质量。

3、FMS 系统性能不断提高

构成FMS 的各项技术, 如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展, 毫无疑问会大大提高FMS 系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术, 并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心, 高效万能车削中心等用于FMS 系统, 大大提高了FMS 的加工能力和柔性, 提高了FMS 的系统性能。AGV 小车以及自动存储、提取系统的发展和应用, 为FMS 提供了更加可靠的物流运储方法, 同时也能缩短生产周期, 提高生产率。刀具管理技术的迅速发展, 为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率, 降低刀具费用, 消除人为错误, 提高产品质量, 延长无人操作时间。

4、从CIMS 的高度考虑FMS 规划设计

尽管FMS 本身是把加工、运储、控制、检测等硬件集成在一起, 构成一个完整的系统。但从一个工厂的角度来讲,它还只是一部分, 不能设计出新的产品或设计速度慢,再强的加工能力也无用武之地。总之, 只有站在工厂全面现代化的高度、站在CIMS 的高度分析, 考虑FMS的各种问题并根据CIMS 的总体考虑进行FMS 的规划设计, 才能充分发挥FMS 的作用, 使整个工厂获得最大效益, 提高它在市场中的竞争能力。

参考文献：

[1] 杨民,高志华,井建国.柔性制造系统及要解决的问题[J]. 农家科技. 2011(04)

[2] 张鹏.浅谈柔性制造系统[J]. 中国外资. 2011(20)