浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势

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1、2014届机械工程及自动化专业毕业生论文(设计)课题名称：浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势 学生姓名：易松 指导教师：刘新佳 江南大学网络教育学院 2014年 2月江南大学网络教育学院毕 业 论 文 (设 计) 姓 名易松校外学习中心崇安职校学 号912330893证 件 号36050219861022131X批 次201203层 次专升本专 业机械工程及自动化指导教师刘新佳课题名称浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势（第2稿）指导教师评 语 终 稿 成 绩 ：指导教师签名：年 月 日摘 要概述了柔性制造技术的基本概念、优缺点、发展的支撑条件等，探讨了柔性制造技术的发展的现状与趋势，并指出“柔

2、性”“敏捷”“智能”和“集成”乃是现今制造设备和系统的主要发展方向。柔性制造系统因其独特的“柔性”和“自动化”特征，在现代制造业中获得了广泛的应用。柔性制造系统的实施是一个复杂的系统工程，本文结合工程实践从应用的层面对某些技术问题作简要讨论。机械制造业历来是应用科学技术的主要领域，是应用最新科技推动社会、经济发展的主导产业。随着现代科学技术的飞速发展，以及市场需求的个性化与多样化，机械制造业发生了极为深刻和广泛的变化，已不是传统意义上的机械制造业。其发展特点与趋势主要体现为绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。 关键词：柔性制造技术；柔性制

3、造系统；应用；发展趋势目 录第一章 柔性制造技术的基本概念.1 1.1柔性.11.2 柔性制造技术.1 1.3 柔性制造技术的特点.2 1.4 柔性制造技术按大小规模划分.2 第二章 柔性制造所用的关键技术及发展条件. 3 2.1柔性制造所采用的关键技术.3 2.2发展柔性制造技术的支撑条件.4第三章 柔性制造技术的应用.4 3.1柔性制造技术在机械加工中的应用.4 3.2 柔性制造技术在汽车及航空工业中的应用.6 第四章 柔性制造技术的发展概况及趋势.9 4.1柔性制造技术的发展概况.9 4.2 柔性制造技术的发展趋势.10总结.11 第一章 柔性制造技术的基本概念传统的自动化生产技术可以显

4、著提高生产效率，然而其局限性也显而易见，即无法很好地适应中小批量生产的要求。随着制造技术的发展，特别是自动控制技术、数控加工技术、工业机器人技术等的迅猛发展，柔性制造技术(FMI)应运而生。随着社会的进步和生活水平的提高，社会对产品多样化，低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量，更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。一、柔性的概念柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统

5、适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品

6、种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括(一)、机器柔性：当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。(二)、工艺柔性：一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。(三）、产品柔性：一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。(四）、维护柔性：采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。(五）、生产能力柔性：当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。(

7、六）、扩展柔性：当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。(七）、运行柔性：利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。二、柔性制造技术（FMT)柔性制造技术是计算机技术在生产过程及其装备上的应用，是将微电子技术、智能技术与传统制造技术融合在一起，具有自动化、柔性化、高效率的特点，是目前自动化制造系统的基本单元技术。柔性自动化制造技术简称柔性制造技术，是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。由于柔性制造技术是管理技术和制造技术的有机集合,换句话说它是以数控技术为核心,以计算机技术、信息技术

8、、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合的先进制造技术,因而被世界各国所重视,并在发达国家的制造业中得到了广泛的应用。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为适用于多品种、中小批量(包括单件品)并侧重于柔性的加工技术都属于柔性制造技术。三、柔性制造技术的特点(一)柔性制造技术仍带有成组技术的烙印一一另件三相似原则：形状相似、尺寸相似和工艺相似。这三相似原则就成为柔性制造技术的前提条件。(二)品种中大批量生产时，虽然每个品种的批量相对来说是小的，多个小批量的总和也可构成大批量，因此柔性生产线几乎无停工损失，设计利用率高。(三)柔性制造技术组合了当今机床技术、监控技术、检测技术、刀具技术、传

9、输技术、电子技术和计算机技术的精华，具有高质量、高可靠性、高自动化和高效率。(四)可缩短新产品的上马时间，转产快，适应瞬息万变的市场需求。(五)可减少工厂内另件的库存，改善产品质量和降低产品成本。(六)减少工人数量，减轻工人劳动强度。(七)一次性投资大四、柔性制造技术按规模大小划分柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为凡是侧重于柔性,适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为: （一）柔性制造系统(FMS) 关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义有：美国制

10、造工程师协会将FMS定义为：柔性制造系统是使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统。FMS主要由下列三部分组成：数控机床加工系统、自动化的物流系统、计算机控制系统。如下图所示。 控制系统物流系统加工系统柔性制造系统 存储过程监视过程控制搬运输送（二）柔性制造单元(FMC) 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的一种产物，它由l2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，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性，现已进入普及应用阶段。（三）柔性制造线(FML) FML是处于单一或少

11、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，现已进入实用化阶段。（四）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

12、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。第2章 柔性制造所用的关键技术及发展条件一、柔性制造所采用的关键技术（一）计算机辅助设计 未来技术发展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自

13、动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。 （二）模糊控制技术 模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。 （三）人工智能、专家系统及智能传感器技术 迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能

14、简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组

15、织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感器具有内在的“决策”功能。 (四）人工神经网络技术 人工神经网络()是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。 与柔性制造相关配套技术的发展：高效的数控机床仅是实现柔性制造的必要条件，必须加上高效的NC编程工具、高效的工艺规程设计手段、高效的数控刀具、柔性夹具及工艺装备等相关

16、技术的协调发展，才能形成实施柔性制造的充分条件。二、 发展柔性制造技术（FMT)的支撑条件1、技术培训。应用FMT的用户需要建立一支自己的自动化领域专家和专业技术人员队伍，因而，对有关人员进行技术培训极为重要。2、自动化应用经验。企业应用自动化技术的经验对于成功应用FMS是极为重要的，这种应用经验是一种积累的过程。3、上级主管部门和领导的支持。在国有企业中，成功应用FMT的一个必要条件是得到上级主管部门和领导的有力支持，上级主管部门和领导支持的强弱对于缩短实施周期和回收期有着重大影响。4、工程主管者。发展FMT必须任命一位有权威的工程主管者(工程负责人)。这位工程主管者通常应处于上级主管部门或

17、工厂级主管人员的地位。5、供应商。发展FMT，争取软、硬件供应商的技术支持极为重要，即使是技术水平较高、应用经验较丰富的用户，这种支持也是必要的。第3章 柔性制造技术的应用从50年代末兴起的成组技术(GT)开始到70年代的数控加工技术和80年代迅速发展的柔性制造系统(FMS)、柔性制造单元(FMC)及计算机辅助集成制造(CIM)，受到各方面的关注，获得了较大的发展，成为发达国家竞相开发的重点。实践证明，GT及FMS(含FMC)是解决多品种、中小批量生产逐步趋向合理化的有效途径。FMS、FMC和GT已成为解决机械产品多品种、中小批量自动化生产线的一个必然途径，也是提高制造业经济效益的有效方法。宇

18、航工业是一个高度技术密集的、主要依靠技术进步而生存的中小批量生产型的制造业代表。因此，采用先进的制造技术具有十分重要的战略意义。一、柔性制造技术在机械加工中的应用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。柔性制造系统

19、未来将向发展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS；完善FMS的自动化功能；扩大FMS完成的作业内容，并与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合，向全盘自动化工厂方向发展。柔性制造系统多功能通用仿真系统的开发：自20世纪80年代初柔性制造系统(FMS)出现以来，对FMS建模、 仿真和凋度等问题的研究一直是个热点。仿真系统由参数设定、仿真运行、结果分析、用户和项目管理4大功能模块组成。4大模块之问用SQL server数据库作为数据存放和交换的主要途径，同时，利用用户和项目管理模块中的用户类记录当前的用户和被打开的项目等信息而其他模块通过调用用户对象得知这些倍息 （一）柔性制造系统

20、的组建柔性加工线在工艺安排上，应尽可能将零件中同一面上，加工定位基准相同、精度等级相同或相近的孔，安排在同一工序中加工，即工序集中。工序集中后，加工中心应考虑刀具库容量能否满足加工要求；模块化钻床应考虑各钻轴在主轴箱中能否排开。总之，要综合考虑各种影响因素。柔性加工设备的加工节拍，要满足生产要求。按照被加工零件的工艺要求,在初步安排好柔性线中各加工工序的加工内容、加工顺序及所用加工设备后，应逐道工序计算工序节拍，确保工艺方案的工艺节拍协调一致，满足生产要求。FMS加工中心应有很大的刀具储备量，使用的加工刀具，不仅要有较高的精度，而且还要有较好的精度保持性，尽量利用耐用度高的新刀具和通用刀具。同

21、时为保证实现加工中心刀库和后备刀库刀具的顺利交换，加工中心刀库换刀点的刀座位置也必须要有较高的要求。FMS中所用的夹具，应尽可能设计成柔性组合式夹具，夹具能够方便的调整和使用，以提高柔性加工线的产品加工能力，节约夹具制造费用。FMS的加工中心或数据控制设备，应选用易掌握的，并且可靠性、统一性都比较高的数控系统。一个FMS中，可能同时使用不同厂家制造的加工设备或者同一厂家制造的不同型号的加工设备。这些不同厂家、不同型号的加工中心或数控设备，应选用相同的数控系统，以便于加工编程、系统维护和数控操作。各种设备的程序控制器应带有统一的计算机输入接口，以方便程序的输入和调试。 （二）柔性制造系统的应用实

22、例1 、FMS 在加工回转类零件中的应用1）加工对象为轴、盘类零件。2）加工系统为以5台国产数控机床为基础模块（CNC车床2台，数控磨床1台，立式和卧式加工中心各一台）与4台搬运型工业机器人结合构成的加工单元。3）物流系统采用自动认址感应式无轨小车，机床前设有托板站，系统设有平面托板存储库。4）控制系统。A.中央管理系统（MAIN CPU）：总体管理和决策控制。由计算机（CPU）通过光缆LAN与各单元、物流系统、控制机和自动编程机等联成控制网络。B.单元控制装置（CCU）：单元生产过程控制。C.搬运控制和管理装置（MCU）：物流控制。D.计算机数控（CNC）：切削加工控制。E.其他：中心孔清洗

23、和工业监视电视系统等装置。2、FMS在箱体加工中的应用1）加工对象为箱体类零件。2）加工系统是由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的加工单元。3）物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。4）控制系统。5) A.中央管理系统（MAIN CPU）：总体管理和决策控制。B.单元控制装置（CCU）：单元生产过程控制。C.搬运控制和管理装置（MCU）：物流控制。D.计算机数控（CNC）：切削加工控制。E.其他：托盘库和装卸站。零件的识别采用托盘库里托盘编码方式识读。在装卸站由工人完成零件装卸，采用无轨导向车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷却液和切削系统集中处理，冷却液可循环利用。机床主轴

24、和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人工进行。采用本系统后，获得的主要效益是提高机床利用率50%，缩短生产周期35%。提高了产品的质量，保证了产品质量的一致性。3、拖拉机零件加工用柔性制造系统1）加工对象：约10种拖拉机变速箱体，批量为502000件。材料是压铸铝件、铸铁件和压铸铸铁件等。2）系统概要：它是以加工中心为主体组成的柔性制造系统。设备有加工中心6台，数控双头铣床1台，清洗装置1台，数控自动测量机1台，搬运设备1套，控制装置1套，中央显示屏2套。A.加工工序：鉴于该柔性线的工件是箱体类，铣削加工多，因此，为了提高切削效率，配备了高刚性双端面

25、铣床。另外还配备了数控自动测量机，用气动内径测量内径，并把测量结果反馈给系统，以确保加工质量。B.自动传送装置：采用环形驱动式辊子传送带。在工件装卸传送带处，工人把工件装到循环托盘上。每个循环托盘设有编码器，通过读取该编码器的相应号，可以知道装在循环托盘上的工件种类、批量号、加工工序以及该循环托盘的去向，并可调出相应的加工程序进行加工。二、柔性制造技术在汽车及航空工业中的应用（一）汽车业对柔性制造技术应用的现状美国、日本、前苏联、德国等发达国家在20世纪60年代末至70年代初，先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。1976年，日本法纳科公司展出了由加工中心和工收机器人组成的柔性制造单元，为

26、发展柔性制造提供了设备基础。20世纪80年代，随着柔性制造技术的成熟，柔性制造得到了迅速发展，并主要应用于飞机、汽车制造。依靠计算机、加工中心和数控机床组成的柔性自动加工系统，使汽车收由单一品种、大批量的生产方式，转向中小批量、多品种、适应市场要求的精益生产方式，也使汽车生产企业的经济效益和管理水平大大提高。在国外汽车工业中，主要汽车生产厂商如通用、福特、宝马、奔驰、丰田、大众、雷诺、沃尔沃等公司都采用了柔性制造系统。例如，美国福特汽车公司在加拿大的一个发动机厂，在同一条自动线上对4.6L、5.4LV8发动机和6.8LV10发动机实现随机混流生产(年产65万台)：而通用汽车公司的传动系部门于1

27、993年开始做同样的准备，采用FMS，以满足变速器类壳体零件多品种的制造要求：根据1983年出版的丰田生产力方式的新发展，该公司在3个月内的汽车产量为36400辆，共4个基本车型，32100个型号，平均每个型号的产量约为12辆，产量最多的型号也只有17辆，最少的则只有6辆。日本汽车业在20世纪70年代开始大力发展柔性制造，到1987年己经形成较大规模，拥有数控机床2万余台、柔性制造生产线21条。据日本通产省第8次特定机械设备统计调查表明，以汽车制造业为核心的输送机械制造业，1987 年拥有FMS31条，199年增加到818条。尤其是大型汽车制造企业，FMS采用的最多，占7年间增加总量的41%。

28、柔性制造为日本汽车工业生产率追上并超过美国创造了条件。日本汽车在国际市场上畅销不衰与它的柔性化制造密切相关。随着各类先进加工技术的相继问世，柔性制造技术本身也在不断完善和提高。如瑞士的一家工业公司采用了由激光加工中心及CNC自动车床和自动磨床组成的柔性制造单元，该单元由于改用激光加工中心来代替原来的铣床，生产率提高了很多倍，而且产品精度高、质量好。以数控加工为例，为向柔性制造提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还应具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，特别是依据用户的不同要求，方便灵活地配置和集成。各种

29、相关技术的不断进步，促使柔性制造规模不断扩大，将对汽车生产产生深刻影响。 （二）汽车制造业对柔性化的要求在工业化国家中，FMS 作为迈向工厂自动化的第一步，已获得了实际的应用。它的应用，圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。近年来，柔性化生产制造方式越来越流行，不断地渗透到众多产品密集型制造行业中。从实际应用上来说，它解决了长期以来多品种小批量加工自动化的难题，也能够适应产品不断更新的需求，因此广受众多厂家欢迎，在汽车零部件制造业内尤为突出。中国已成为世界上柔性自动生产线（简称 FTL）应用最热和进口最多的国家，目前已经安装超过100 条生产线，每条的单价约为1.6 亿元人民币。设备

30、开动后的好处非常明显，大大缩短了交货周期，产量提升也快很多，这主要归功于整条生产线工艺成熟，柔性很强。柔性生产线必须能完成多种加工，有利于实现批量生产、降低库存费用和提高设备利用率；在操作上，当机器出现故障时，也易于实现动态调度。汽车业界对柔性化的具体要求，除了生产柔性外，还包含产品柔性和市场柔性。 （三）柔性制造技术在航空工业中的应用80年代中期，世界主要飞机公司几乎都应用了柔性制造系统。我国航空工业，在一些主机企业，虽然也有数控车间或数控设备，但整体上仍然是以机械加工和手工操作为主的传统机械化、半机械化制造技术，与国际制造业的技术差距还是很大的，这也正是制约我国航空工业快速发展的主因。用柔

31、性生产取代传统生产，特别是应用精益生产取代传统的粗放生产方式，柔性生产可在大幅提升航空产品生产的核心竞争力上发挥突破性作用。世界上德、英、法、美等国，早在80年代中期开始，就已在飞机生产中广泛应用柔性生产方式。在国内，上海已拥有国内第一条国际先进水平的柔性生产线，柔性生产已涵盖冲压、机身、油漆、总装、发动机、变速箱等动力总成制造全过程，他们可在同一条线上同时生产四种不同平台的车型产品，不仅如此，他们还把柔性生产系统延伸到各主要零部件供应商，可以使零部件直接送到自己的生产线工位立即装配，因而省去库存。他们的柔性生产目标是：通过企业自身和上下游供应和销售IT系统实现100按经销商的订单生产、销售并

32、零库存，从T订单到整机下线的生产周期平均10-14天。由此可见，我国航空工业的飞机生产也只有走柔性生产之路才能站在市场竞争的前沿，立于不败之地。航空工业和汽车工业的需求强劲地推动了FMS的发展：下面的表格列出了FMS在航空、汽车和机床制造业中的主要应用情况。产品类型用户建设时间FMS供应厂家主要设备使用情况航空工业麦道公司圣查理斯分部1985GiddingsLewisTC-2 BM-5 CMM-1 AGV-4 AS/RS-1 DR-3 加工导弹弹体72种零件年产34800件，制造成本降低50%沃特航宇公司1984.6Cincinnati Milacron5A/HMC-8 AGV-4 CMM-2

33、 CL-1 LU-2制造B-1轰炸机结构件5天1批541种，1986年生产7万工时，相当常规20万工时波音公司奥本分部1985SHIN NIPPON KOKI5A/HMC-5 AGV-2 CMM-1 LU-3 AS/RS-1加工飞机结构件150种波音公司切塔分部1988Cincinnati Milacron5A4S/HMC-4 RGV-1 LU-6加工A-6舰载攻击机折叠端翼翼肋铰链M形接头等100多种零件，工时省45%，产量增加1倍通用动力公司福特沃斯工厂1988DEVLIEG5A/HMC-6 AGV-2 CMM-1 测量机器人-1加工F-16战斗机结构件，FMS有智能调度，加工有刀具破损监

34、控及加工位置误差跟踪补偿，性能好凌特姆科、沃特航宇公司1989Ingersoll5A/HMC-7(可换主轴头） RGV-2 AGV-2换刀 R-7（排屑系统-1）加工C-17、B757、B767的200种钛合金件及铝件，效率提高1倍（铝合金切削主轴头n=20000r/min)M BB公司奥格斯堡军机分部1980DroopReinFMS-1：3A-5A/GM-11 HM-5 VM-4 SM-2 MC-2 AGV-4加工狂风战斗机F-104、F-4及C-160运载机结构件300多种，月产1500多件，年工时94000hFMS-2：MC-15 FMC-1 L-5 CG-1 VNC-24加工中小结构件

35、1500多种月产7000件，年工时110000h罗耳斯罗伊斯1986Cincinnati MilacronHeyligenstaedt5A/HMC-1 4A/TC-4 4A/MC-4(主轴头可立卧改变） CRG-1 AGV-3 VNC-29，共组成10个制造单元）制造RB211系统发动机等各类涡轮盘及压气机盘10种和叶片的部分工序，使盘的制造周期从6个月降为6周，周产达50件，节省在制品费用175万美元/年普惠公司1986IngersollPTC-3 AGV-3(线外运送） RGV-1(线内运送），工件托盘条码识别，运送的毛坯尺寸在线检测加工40种14组钛合金及镍基合金盘，年产12000件，单

36、件时间从17h减为2h，加工精度高，制造柔性好。机床及汽车工业Ingersoll Rockford.II.1986IngersollHMC-9 AGV-5(2辆带TCR）CMM-3 AS/RS-1加工1500种机床零件，年产25000件，单件时间减为30%，工时减少1/3山崎马札克美浓加茂本部1981Yamazaki MazakTC-12 HMC-21 VMC-3 VNC-24 RGV-6 AGV-6 Robot-17月产机床及加工中心120台，全厂人员240人，线上39人（一班20，二班19，三班无人）日立精机1983Hitachi SeikiHMC-4 RGV-1 AS/RS-加工79种机

37、床零件，3.7年收回投资法努克公司1984FANUC加工工厂FMS:MC-60 FC-5 AGV-4生产机器人、电火花机床零件，月产1100套，机床产品零件电机厂FMS:MC-54 Robot-54 AGV-3月产25000台，500种类的电机注塑机FMS:MC-13 TC-5 AGV-1月产注塑机100台的零件宝马公司1985Scharman FMSHMC-14 CL-2 LU-2 RGV-1各类大型发动机气缸头系统利用率达84.8%，月产能力为28800台EXCILO FMSHMC-12 CL-2 LU-2 RGV-14缸及6缸类发动机汽缸头Fritz Werner FMSHMC-5 CL

38、-1 LU-1 AGV-1 4缸及6缸汽缸头符号注释：5A-5坐标；MC-加工中心；HMC-卧式加工中心；WMC-立式加工中心；TMC-车铣加工中心；FC-Fanuc cell 60柔性单元（可72h无人化工作）；FMC-柔性制造单元；GM-龙门铣；BM-镗铣；SM-超高速铣；L-数控车；TC-车削中心；PTC-桥式车削中心；CG-外圆磨；CRG-蠕进磨；VNC-其他数控机床；CMM-坐标测量机；CL-清洗机；AGV-无轨式自动导引小车；RGV-有轨小车；LU-装卸站；AS/RS-自动仓库；DBR-去毛刺机器人；TCR-换刀机器人。第四章 柔性制造技术的发展概况及趋势一、柔性制造技术的发展概况

39、（一）FMC、FMS的发展概况科学技术的飞速发展，正在把人类推向信息时代。但是，面对着加工业70%80%的中小批量生产的经济结构，如何达到自动化的目的，一直是工业界探索的课题。数控机床问世虽为这部分工厂自动化创造了条件，但实践证明，独立、分散的单机自动化解决不了传统批量生产所固有的生产率同生产柔性、加工批量同制造成本、生产同市场变化之间的矛盾，必须寻找更完善的自动生产体系。FMS就是在这种追求下诞生的。其优势在于把生产率同生产柔性、加工批量同制造成本、先进技术同科学管理高度统一起来。发达国家竞相开发FMS，到80年代初期，随着一些基本问题的解决，如主机、控制系统等，特别是控制设备的廉价化、实用

40、化和智能化，使它走出实验室达到商品化和实用化的阶段。截止1986年底，世界上的FMS拥有量已达370套，美国和日本各占70套，居世界前列，但美国的技术水平是最高的。FMC是最近几年广泛发展起来的一种柔性制造设备。它是FMS向大型化、自动化工厂发展时的另一个发展方向向廉价化、小型化发展的产物。其发展历史约10年左右，真正被人们认识，并作为一个独立的机床品种，不过几年的时间。与此同时，近期FMS系统设计，普遍希望采取阶段式模块组成方式，FMC在其中也占有重要的地位。根据FMC的功能，只要设置与外部运输系统的连接点，就构成可供组成FMS的模块。但是，FMC并不仅仅作为供组成FMS的模块而存在，更主要

41、的是作为独立的生产设备而在生产中使用。从目前的发展情况看，FMC作为独立使用的设备，已取得了飞速发展，特别对一些小企业，由于FMS昂贵，转而采用相当便宜的FMC来完成其关键的加工工序。（二）FMS、FMC的发展前途 1、FMS的发展前途（1）FMS的小型化FMS需要大量的设备投资，因此，当采用FMS时，事先需要经过认真的研究。FMC可认为是FMS中最小的一种，或可认为是扩大了功能的加工中心或切削中心。它也能提高机床利用率，增大生产柔性，提高产品质量及生产率。因此，在大多数情况下，不是建造大规模的FMS，而是建造小规模的FMC，然后按照需要，逐步将其综合扩大成FMS。据预测，到1990年，美国将

42、购置1300套，其中10%为大规模的FMS，其余90%都是FMC。从而越来越多的FMS不再直接由通用加工中心组成，而是由FMC联接而成。（2）开发经济性由于FMS需要先进的技术、投资大，使得中小企业望而生畏，这就影响了FMS的推广应用。目前不少厂家积极开发经济性FMS，其规模为27台加工中心，或以NC机床等通用机床为基础构成，多为直线布置。组成的单机可作FMC使用，系统建立可分步扩展。（3）向模块化和标准化发展模块化已成为当前FMS设计、制造和系统扩展的一个主要原则，即FMS的各系统，包括机床、运贮系统、控制系统及软件，均采用模块化和标准化。如德国Werner公司有4种规格的机床模块，而美国辛

43、辛那提公司开发了3个计划软件模块和10个操作软件模块。近年来，西欧已开始在更大范围内实现标准化，并研究通信标准化等课题，以解决各公司模块连接和兼容问题。这种整体系统向模块系统发展是当今的主要发展趋势。（4）向功能复杂化发展目前，大多数FMS仍然是以机加工为主，今后的发展将是逐步扩大工艺范围，如装配、热处理等。如果装配工艺被纳入系统，未来的系统将由机加工工序与装配工序构成。这样的系统，其生产对象不再是单个零件，而是装配好的部件；如果其规模进一步从部件发展到整个产品，其生产对象不再是单个零件，而是装配好的部件；如果其规模进一步从部件发展到整个产品，这样就涉及到工序之间的衔接，因此相应地增加了必要的

44、零、部件，产品及辅助工序检测系统。（5）采用模拟仿真技术随着加工零件种类和工序的增多，为达到系统运输最佳化，必须对系统进行模拟，以确定其最佳配置方案，选择作业优化规则等。目前国外正进行这方面的研究，如休斯公司利用计算机来模拟系统性能。2、 FMC的发展概况FMC正向装配FMC及其它功能FMC方向发展，为适应组成系统的需要，FMC不但用来组成FMS，部分地用来组成柔性制造线，并将从中小批量柔性自动化生产领域向大批量生产领域扩散应用。FMC的发展趋势之一是以FMC为基础的网络化。它是由FMC与局部网络(LAN)组成的所谓“中小企业分散综合型FMS”。这些FMC之间的信息流用“LAN环”加以连接，因

45、此可以共同使用CAD/CAM站的信息、技术等。构成了物和信息有机结合的生产系统。目前国外正致力于开发研究分散型FMC的课题。（三）、GT的发展概况GT首先是为了实现工艺标准化，在20世纪50年代中期由前苏联提出。因为当时面对着成批生产中新产品络绎不绝地试制投产，生产技术准备工作十分繁重，而其中的工艺准备工作尤为突出。工艺准备工作不仅任务重，甚至经常与新产品的研制计划脱节，以致影响新产品的及时投产和企业的竞争能力。这就是GT产生的背景。最近，随着科学技术的发展，生产管理的概念也随之发生了改变，不仅要追求高机床开动率，而且减少在制品库存量也是一个追求的目标。这就产生了不仅利用GT处理单个问题，而且

46、利用它进行综合处理的概念，这样，GT与计算机信息处理有了密切联系，这就是GT发展的新阶段。这一阶段，在开发零件分类的同时，把重点转移到其应用和适应性上。目前，GT正向以下三个方面发展：（1）T与CAD/CAM相结合 实施CAD/CAM的基本要求之一是计算机辅助工艺过程设计，自动化工艺过程设计技术是在CAD/CAM中提高制造业生产率的基础。因此，发达国家正在开发工艺过程自动设计系统。（2）以GT单元、流水线为基础的FMS GT单元、GT流水线的设备布置方式与根据机床类别将同类机床集中的配置方式不同。它是将能满足一族零件加工要求的不同种类的机床集中，配置成机床群。开始由于GT流水线能使非大量生产管

47、理更容易，但是，与以通用机床为主体、按机床种类配置的方式相比，机床开动率明显较差，处理因产品结构变化等因素引起的负荷变化的能力也较低。但是，随着NC机床、加工中心等复合机床的大量采用，以及机器人、无人操纵运输小车等具有柔性的材料处理装置的开发，制成了自动化FMS，使GT流水线的缺点得到弥补。GT分析可用于FMS的设计(包括柔性运输线的设计)。可是在分析中，经验和直觉是占优势的而没有探讨科学的分析方法。现在，这种分析方法分成两个领域：设备布置和FMS内物料流的仿真。前者实际上是以传统的生产流程分析为基础。仿真是研究以生产计划为主体的成组作业排序。（3）机加工以外的成组化国外不同的工业部门已广泛使

48、用成组机床，成组夹具，零件族组合和程序编制等，但都集中在切削作业上，现正向压力加工、铸造等应用领域扩展。2、 柔性制造技术的发展趋势(一） FMC将成为发展和应用的热门技术FMC的投资比FMS少得多而效益接近。更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。(二）发展效率更高的FML多品种、大批量的生产企业，如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。(三）朝多功能方向发展由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。FMS是实现未来工厂

49、的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS。真正完善的第二代FMS将是智能化机械与人之间相互融合、柔性地全面协调从接受订单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。总结：从上世纪60年代开始至今，FMT的出现、发展、进步和广泛应用，对机械加工行业及工厂自动化技术发展产生了重

50、大影响，并开创了工厂自动化技术应用的新领域，大大促进了计算机集成制造技术(CIMT)的发展和应用。世界范围内的FMS获得了约30的年增长率的快速发展和应用。在FMS领域，美国、西欧和日本居世界之首。20世纪90年代后，工业界更加注重信息集成和人在CIMS和FMS中的积极作用，认识到对FMS而言，如果系统规模小些，并允许人更多地能动介入，系统运行往往会更有成效。现在，FMT已朝着更加正确的方向发展。并开发了新的柔性制造设备，使高性能柔性加工中心构成的FMC得到广泛应用。同时，工业界已更加注重FMT与集成化CADCAPPCAM，工厂或车间生产控制和管理系统PCMS相集成，以达到使企业生产经营能力整

51、体优化的目的，适应动态多变型市场的需求。当今，“柔性”“敏捷”“智能”和“集成”乃是制造设备和系统的主要发展趋势。FMS的构成和应用形式将更加灵活和多样化，小型FMS在吸取了FMS应用实践经验后获得了迅速发展，其总体结构通常采用模块化、通用化、硬软件功能兼容和可扩展的设汁技术。这些模块具有通用功能化特征，相对独立性好，配有相应硬软件接口，易按不同需求进行组合和扩展。与大型FMS相比，投资较低，运行可靠性好。成功率较高。这种小型化FMS和伴随着DNC，FMS技术发展而附带生产的FMC技术将具有更加强大的生命力，并将得到快速发展和广泛应用。还可能形成商品化的柔性制造设备，成为制造业先进设备的主要发

52、展趋势和面向21世纪的先进生产模式。参考文献 1 严隽薇：现在集成制造系统概论M，清华大学出版社2004年第7版，第334页-第340页。2 唐珂：汽车工业上的柔性制造J，工程设计与应用研究1998年第2版，第26页-第30页 。3 林胜：柔性制造技术及其发展J，航空制造技术1999年第5版，第13页-第18页。 4 潘贵善：汽车制造企业与柔性加工设备J，1996年第9版，第2页-第10页。 5 邓宏筹：面向21世纪的柔性制造技术J，中国工程科学，2000年09期 。6 李鸿斌，何海志：柔性制造技术的现状及发展趋势J，桂林航天工业高等专科学校学报，2000年02期 。7 王文虎：柔性制造技术的应用与发展J，韶关学院学报(自然科学版)，2001年03期。 8 刘友苏，徐定：建造与应用柔性加工系统J，组合机床与自动化加工技术，1995年01期。9 黄劲：我国柔性加工系统步入高层次J，工程建设与设计，1999年02期10肖永清：柔性制造技术决定汽车工业的未来 汽车工程师，Auto Engineer，2009年06期11张强：浅谈柔性制造技术的现状及发展 技术与市场，Technology & Market，2008年05期11