浅析自动化制造系统的组成及其发展意义

王浩　方方强　徐华

摘要：自动化制造系统可以在较少的人工干预下，将原材料加工成零件并组装成产品，在加工过程中和装配过程中，所以得操作都是自动化的。自工业革命以来，自动化制造系统的发展十分迅速，本文通过大量搜集文献资料，从企业角度对自动化制造系统的组成和发展意义作出简要分析。

关键词：自动化；制造；发展意义

引言

自工业革命以来，自动化制造就一直是人类在长期的生产活动中不断追求的主要目标。随着技术的不断进步，自动化制造的水平也越来越高。采用自动化制造技术不仅可以大幅度降低操作者的劳动强度，而它还可以提高生产效率和产品质量，提高制造系统响应市场变化的能力，进而提升企业的市场竞争能力。可以确信，自动化制造是未来的制造业发展方向。

1发展现状

自动化制造系统（Automatic Manufacturing System，AMS），是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、一定的自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体。自动化制造系统接受外部信息、人员、资金、配套设备和原材料等作为输入，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出成品、文档资料、废料和对环境的污染。

自从18世纪工业革命以来，自动化制造技术大约经历了4个发展阶段：第一阶段，从1870年到1950年左右，纯机械控制和电液控制的刚性自动化加工单机及系统得到长足发展；第二阶段，从1952年到1965年左右，数控技术，特别是单机数控得到飞速发展；第三阶段，从1967年到20世纪80年代中期，以数控机床和工业机器人组成的柔性自動化制造系统，得到飞速发展；第四阶段，从20世纪80年代至今，制造自动化系统的主要发展是计算机集成制造系统（CIMS），它被认为是21世纪制造业的新模式。CIMS技术是集管理、技术、质量保证和制造自动化为一体的广义自动化制造系统。从20世纪90年代以来，提出以人为中心的CIMS思想，并将并行工程、精益生产、敏捷制造和企业重组的新思想、新模式引入，形成第二代CIMS概念，奠定了自动化制造发展的新局面。

2自动化制造系统的内容

2.1自动化制造系统组成部分

自动化制造系统具有5个典型组成部分，即具有一定技术水平和决策能力的人，一定范围的被加工对象，信息流及控制系统，能量流及控制系统，物料流及物料处理系统。现代自动化制造系统是充分发挥人的作用的人机一体化柔性制造系统，人在其中的作用不可忽略。对于自动化程度较高的制造系统如FMS，人的作用主要体现在对物料的准备和对信息流的监控上；对于自动化程度较低的制造系统如DNC，人的作用除了监控外，还体现在参与决策和物流上。所以，自动化制造对于人反而有更高的要求，它需要具有一定技术水平和决策能力的人。另外，在加工过程中，加工对象可能是变化的，所以系统要能在一定范围内适应被加工对象的变化。信息流控制着物流过程，也控制着产品的制造质量，所以提高信息流控制系统的控制水平对系统的自动化程度、柔性程度的影响很大。除此之外，能量流用于维持系统运行，也会同时带来能量的损耗，注意能量流的优化设计，控制能量的流动，优化能源利用是很重要的设计工作。最后，处理好物料流和物料处理问题（物流设备选择、布局设计等）是自动化制造系统设计的重要内容。

2.2自动化制造系统分类及特点

不同的自动化制造系统有着不同的性能特点和不同的应用范围，因此需根据需要选择不同的自动化制造系统。根据系统的自动化水平和规模我们将自动化制造系统分为刚性自动化设备及系统和柔性自动化设备及系统。刚性自动化设备及系统，包括半自动化单机，自动化单机，自动化生产线，综合自动化系统四个部分。半自动化单机除了需要人工上下料外，可以自动完成单个工艺过程的加工工作，半自动化单机是加工自动化的最低层次，因其投资小见效快的特点而广泛使用于产品品种变化范围较大的场合。而自动化单机较于半自动化单机的基础上增加了自动上下料的功能，具有投资小、见效快的优点，但是其常用于品种变化很小，通用性差。刚性自动生产线可以在控制系统下自动完成单个零件加工，其具有很高的自动化程度，统一的控制系统和严格的生产节拍。与自动化单机相比，它具有结构复杂，加工工序多，生产效率高的特点，但是他投资大，系统调整周期长，产品适应范围窄。在刚性自动化设备及系统中最复杂的是刚性综合自动化系统，常用于产品单一，但工序多加工量大的零部件的自动化制造方面，其特点是结构复杂，投资极大，建设周期长，适用产品单一，但是生产效率高，产品加工质量稳定，工人劳动强度低。

柔性自动化设备及系统，包括数控机床NC，加工中心MC，混合成组制造单元，分布式数控系统DNC，柔性制造单元FMC，柔性制造线FML，柔性制造系统FMS，计算机集成制造系统CIMS。柔性制造系统的优点是：系统自动化程度高，可以减少机床操作人员；由于配备有质量检测和反馈控制装置，零件的加工质量很高；工序集中，可以有效减少生产面积；与立体仓库配合，可以实现24小时无人状态工作；可以集中作业，减少加工时间；方便和管理信息系统MIS或者企业资源计划ERP、技术信息系统TIS、质量信息系统QIS结合形成更高级的自动化制造系统，即为计算机集成制造系统（CIMS）。柔性制造系统的缺点也是客观存在的，因为这种系统的系统投资大，投资回收期长，系统结构复杂，对操作人员要求高，系统可靠性不佳等等缺点，使得它适用于品种单一，中等批量的产品生产中。目前，柔性制造系统的发展趋势是小型化、简单化、可靠化。前面提到了计算机集成制造系统（CIMS），CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，将企业的全部要素（人、技术、设备、经营管理等）和全部经营活动集成为一个有机地的整体，实现一人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、产品质量、产品成本、相关服务等方面取得整体最佳效果。其特点是系统庞大，内容繁多，需要采用部分集成的方式，可以实现整个企业的信息及功能集成。

3结语

制造系统的自动化是科学进步和人类发展的产物，是社会生产发展的必然方向。自动化制造系统的初步实现和发展，标志着人类社会进入了现代化文明生产的新纪元。自动化制造的自动化给我们带来了许多积极意义，并对社会产生巨大影响。自动化制造系统给我们带来巨大好处，其一，缩短产品制造时间和制造周期，提高了生产率；其二，高精度的加工设备和自荐设备避免了人员的生理心理因素对产品的质量影响，提高了产品质量；其三，采用自动化制造，减少了生产资料投入，提高了经济效益，降低了劳动强度；其四，自动化制造系统中的柔性自动化制造技术使得产品更新很方便，增加了系统对产品的适用范围；其五，系统需要配备高素质的操作人员和配套的技术，这无形中也提高了工作人员的素质水平，带动了相关技术的发展革新。总而言之，采用自动化制造系统，对提高企业产品的市场竞争力具有重大意义。

参考文献：

[1]薛劲松.CIMS的总体设计[M].北京：机械工业出版社，1997

[2]刘延林.柔性制造自动化概论[M].武汉：华中科技大学出版社，2001