浅议工业自动化中的柔性制造技术

摘要：柔性制造技术是实现未来工厂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。届时，智能化机械与人之间将相互融合，柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。它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，将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。

关键词：工业自动化、柔性制造。

0 引言

随着现代科学技术的飞速发展，柔性制造技术作为一门综合性的技术，它的发展也越来越迅速，被广泛应用于各个领域。柔性制造技术，就是指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。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技术。柔性制造技术的大量应用，不仅提高了产品的多样化，也提高了产品质量，改善了产品的适应能力。因此，柔性制造技术被广泛的应用于工业自动化。下面，本文就将对工业自动化技术以及柔性制造技术进行分析。

1 工业自动化技术

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。 自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：（1）提高生产过程的安全性；（2）提高生产效率；（3）提高产品质量；（4）减少生产过程的原材料、能源损耗。

在工业自动化领域，传统的控制系统经历了接地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。

随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具（包括自动测量仪表、控制装置）的总称。今天，对自动化最简单的理解也转变为：用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。

2 柔性制造技术

传统的自动化生产技术可以显著提高生产效率，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。

所谓“柔性”，即灵活性，主要表现在：①生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换；②对加工产品的批量生产可根据需要迅速调整；③对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产；④可迅速而有效地 综合应用新技术；⑤对用户、贸易伙伴和供应商的需求变化及特殊要求能迅速做出反应。采用柔性制造技术的企业，平时能满足品种多变而批量很小的生产需求，战时能迅速扩大生产能力，而且产品质优价廉。柔性制造设备可在无需大量追加投资的条件下提供连续采用新技术、新工艺的能力，也不需要专门的设施，就可生产出特殊的军用产品。

柔性制造技术（FMS）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，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。

柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统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，这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比可以用来衡量柔性。

“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。如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品，难以应付多品种中小批量的生产。随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变，要求对传统的零部件生产工艺加以改进。传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。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、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。

3 柔性制造技术的应用

自动化流水生产线机械加工件的制造，对多品种中小批量生产，大多数采用工序集中的原则，采用加工中心，数控机床，柔性制造单元和柔性制造系统。因此，柔性化较高，更换品种的调整时间比一般生产线减少75%以上，尽管初期投资大，但总的经济效益是好的。

多品种中大批量生产，采用柔性制造线，生产线主要由换相、转塔、换刀加工中心，数控机床和数控专用机床组成。对换相加工中心，目前自动更换储贮主轴箱的数目很多，可由几个至十几个，所以组合起来能满足中大批量多品种加工。

多品种大批量生产的柔性生产线。国外不仅在多品种中大批量的情况下采用柔性生产线，而且在多品种大批量（十几万到数十万）的情况下也采用柔性生产线，这种多品种大批量的柔性生产线由计算机控制的三维坐标模块组成，这些专门化的模块，可以是换刀的、换箱的、也可以是转塔头的。由三维坐标加工模块代替组合专用机床，提高了生产线的柔性，不仅可以适用多品种的轮番生产，还可以混流生产。该类生产线虽然初期投资大，但由于生产线可以满负荷生产，生产效率高，加工质量可靠，产品质量好，故障少，可靠性高，维修费用少，因此产品成本低，经济效益好。

工厂根据某产品产量的变动情况，设置两类生产线，一类是满足某一相对固定最的固定生产线，另一类是用来满足变动部分的变动生产线。通常，传统的生产设备被用作固定线，而柔性设备或细胞生产方式等被用作变动生产线。为了彻底降低成本，在日本变动线往往招用劳务公司派遣的零时工（Part-Time）来应对，不需要时可以随时退回。

4 结束语

通过自学和查询网络资料，我对柔性制造技术有了初步的了解，但由于个人能力有限，对其认识也只是较浅的。因此在本文中，首先也只是簡略的介绍一些柔性制造技术的相关知识，举了柔性制造技术的实际应用，而且对于其应用也是粗略介绍一番。总之，在分析的过程中，感受到柔性制造对于我国经济的发展有着不可估量的地位，科技的进步，对自动化的改进，则有助于经济的发展，在此方面，我期望着有些更多的发展。

作者简介：

戴俊（1987-），男，江苏省泰州人，大专，毕业于常州信息工程职业技术学院，初级工程师，研究方向：电子信息。