一、概述
柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)簡稱柔性制造技術(shù),它以工藝設(shè)計為先導(dǎo),以數(shù)控技術(shù)為核心,是自動化地完成企業(yè)多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測等過程的先進生產(chǎn)技術(shù)。它涉及到計算機、網(wǎng)絡(luò)、控制、信息、監(jiān)測、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真、質(zhì)量控制與生產(chǎn)管理等技術(shù)。其主要研究范圍一般可分為:
1、適用于柔性自動化生產(chǎn)的設(shè)備
包括數(shù)控機床、輔機、傳輸裝置、機器人、存儲裝置、柔性自動裝夾具、檢具、交換裝置及更換裝置、接口等。
2、自動化控制和管理技術(shù)
包括分布式數(shù)字控制技術(shù)、質(zhì)量統(tǒng)計和管理信息集成技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)則和動態(tài)調(diào)度控制技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)等。
3、聯(lián)線技術(shù)
根據(jù)工藝設(shè)計,將各種設(shè)備聯(lián)線,形成一個自動化生產(chǎn)的有機整體,既具有一定范圍的適用性,又具有較好的可變性。包括FMC、FMS、FML、FA等。
二、選擇依據(jù)
柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)的高效性、靈活性和縮短投產(chǎn)準(zhǔn)備時間等特性使其成為實施靈捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造等先進制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)起源于切削加工,至今已遍及到機械制造業(yè)的各個領(lǐng)域,包括:電火花加工、激光加工、板材剪切和折彎、沖壓加工、水噴射加工、焊接及自動化裝配等,甚至還應(yīng)用到測量、熱處理和噴漆涂覆等領(lǐng)域。
柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前機械制造業(yè)適應(yīng)市場動態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段,是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。實踐證明,應(yīng)用由不同柔性自動化水平構(gòu)成的制造系統(tǒng)可提高生產(chǎn)率1-4倍,新產(chǎn)品試制周期和費用減少1/3-1/2。從而可縮短制造周期和交貨期,加快產(chǎn)品更新?lián)Q代,大幅度降低成本,提高企業(yè)對市場變化的應(yīng)變能力和競爭能力,給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益。
為了提高我國在國際市場上的競爭能力和振興機械制造業(yè),采用先進制造技術(shù)勢在必行,但FMC、FMS、FML、FA…等是附加值高的高科技產(chǎn)品,依靠進口則費用高昂,而且制造系統(tǒng)包含著技術(shù)、管理和人文意識,故必須我國自行研制,才能結(jié)合國情,達(dá)到先進而適用,且能節(jié)約大量外匯,取得巨大的經(jīng)濟效益。
三、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
美、日、德三國分別于68年、70年和71年開發(fā)了首套FMS。到90年代全世界擁有1200套左右FMS,其中日本擁有400套,美國150套,德國100套。自85年到90年FMS的年平均增長率為28.7%。而同期FMC的年平均增長率為72.8%,即FMC的增長率是FMS的2.54倍。
這是由于FMS是根據(jù)加工的零件族的工藝選用合適數(shù)控機床的品種和數(shù)量組成的制造系統(tǒng),因而系統(tǒng)較復(fù)雜,雖然生產(chǎn)效率高,但投資較大,資金回收期長,也就承擔(dān)較大的風(fēng)險。而FMC由于是采用模塊化設(shè)計,數(shù)控機床品種單一,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,可靠性高,且可根據(jù)需要擴展組成FMS,有更好的柔性,較少的投資,調(diào)整周期短,見較快,經(jīng)濟效益高些,故自80年代中期以來FMC已成為柔性制造系統(tǒng)中主要發(fā)展的工程產(chǎn)品。
1990年全球FMS的銷售額超過了20億美元,F(xiàn)MC銷售額逾40億美元,兩者約占當(dāng)年世界機床總銷售額的15%,約占數(shù)控機床銷售額的30%以上。包括各類數(shù)控機床在內(nèi)的柔性制造機床和系統(tǒng)的產(chǎn)值約占90年世界機床總產(chǎn)值465億美元的55%,其中日本和聯(lián)邦德國分別高達(dá)75%和70%,并呈逐年增加的趨勢。因而適用于柔性自動化生產(chǎn)的機床和系統(tǒng)已成為機床工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。
1958年清華大學(xué)與北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床,雖與日本研制數(shù)控車床和數(shù)控銑床的時間接近,但由于數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)的電、液元件未得到相應(yīng)的發(fā)展,所以并沒有能形成數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)。直到“六五”期間由北京機床研究所引進日本FANUC數(shù)控和伺服系統(tǒng)技術(shù),并經(jīng)“七五”、“八五”在引進數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上消化吸收,才從80年代起逐步形成了我國完整的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè);同時開發(fā)了在CNC單機基礎(chǔ)上配置工件自動輸送和托盤交換裝置的FMC,自主研制了以國產(chǎn)設(shè)備為主組成的箱體加工FMS和板材沖壓成型FMS等,并為國內(nèi)汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)研制了柔性自動化生產(chǎn)線,發(fā)展了基于DNC的獨立制造島和車間集成信息管理系統(tǒng)等。
但總體而言,無論在柔性自動化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用廣泛性方面,還是滿足國內(nèi)市場需要方面,與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有明顯不足,至于作為工程系統(tǒng)的FMC、FMS和FML等更還處于初步發(fā)展階段。國內(nèi)機械制造業(yè)使用的為數(shù)不多的FMC、FMS和FML也大多自國外引進。
從目前來看,國外柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)總的發(fā)展趨勢可歸為3F和3S。
所謂3F為:柔性化(Flexibility)、聯(lián)盟化(Federalization)、新穎化(Fashion)。
所謂3S為:系統(tǒng)化(System)、軟件化(Software)、特效化(Speciality)。
具體來說,大致有下列四個方面:
1)、創(chuàng)制新一代數(shù)控機床,根據(jù)應(yīng)用場合,既有適合自動化的簡約型高速數(shù)控機床,又有用于模具加工的超高速精密加工中心,復(fù)雜零件加工的多功能復(fù)合機床以及新穎的并聯(lián)機構(gòu)機床(虛擬軸機床)等。
2)、發(fā)展適用于大批量、短節(jié)拍的由數(shù)控機床組成的自動生產(chǎn)線,達(dá)到具有年產(chǎn)量超過30萬件、多品種分批生產(chǎn)的經(jīng)濟性。
3)、進一步提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)劃和控制軟件的面向?qū)ο蟮奶匦?,以增強其柔性和信息集成性,適應(yīng)構(gòu)建CIMS等更高層次柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的需要。
4)、研制靈捷制造單元,使其具有高度的自律性和良好的重組性,成為分布式網(wǎng)絡(luò)集成的智能體,作為實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)實施異地遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)制造的基礎(chǔ)。
國內(nèi)柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展總趨勢仍是遵循著3F和3S的方向,但又有其特點:
1)、發(fā)展適用、可靠和有價格競爭力的數(shù)控機床,開發(fā)市場急需的高效、精密和缺門產(chǎn)品,不斷地提高其功能、性能,更好地適應(yīng)柔性自動化生產(chǎn)的需求。
2)、大力推進分布式數(shù)字控制和管理(DNC)的制造系統(tǒng),應(yīng)用DNC技術(shù)有效地提高數(shù)控機床的利用率和自動化程度。
3)、研制以提高系統(tǒng)的可靠性和實用化為前提,加強物流和信息集成的柔性自動化生產(chǎn)線,以適應(yīng)我國汽車、電機、家電等行業(yè)的大批、高效和多品種生產(chǎn)的需要。
4)、研究適應(yīng)靈捷制造,并能充分利用現(xiàn)有資源響應(yīng)市場需要的分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)和快速重組制造系統(tǒng),以提高我國機械制造業(yè)的市場競爭能力和快速響應(yīng)能力。