浅谈柔性制造系统在职业教育中的应用

李孟龙

摘要：随着科学技术的进步和社会生活水平的日益提高，大批量单一化的产品再也无法引起人们的关注，大规模的生产方式带来的只能是产能过剩。市场对小批量个性化产品的需求越来越多，迫使企业不得不转型升级，走向供给侧改革的道路，这使得柔性制造系统在现代工业中有了越来越重要的地位。而中等职业教育面向企业需求，随着企业的转型升级，柔性制造系统的引入必将对中职教育产生深远影响。本文就柔性制造系统在职业教育中的应用进行分析探讨。

关键词：柔性制造系统 校企合作 模块化 职业教育

一、柔性制造系统概述

柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，即FMS）是相对于刚性制造提出的一种适用于当代产品多样化的生产理念。众所周知，刚性制造产生于20世纪20年代，其生产过程主要依赖硬件条件，因此只能用于特定产品的成批生产。随着第三次工业革命的到来，机器不但接管了人类社会的大部分体力劳动，同时也接管了一部分脑力劳动，改善了劳动者的工作条件，确保了产品质量的稳定性，并显著提高了劳动生产效率，进而使大批量生产的成本大幅降低，工业生产的能力也远远超出了人类的消费能力，人类社会逐渐步入产能过剩时代。随着人类对个性化产品的追求与批量化单一产品之间矛盾的不断增长，迫使人们研制适用于中小批量多品种生产的加工系统，即柔性制造系统。

在我国，FMS被定义为CNC机械加工设备、原料与产品的存储运输设备以及计算机综合控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，即FMC），以硬件为基础，在软件技术的支持下，一旦制造任务或生产计划有所该变，仅仅改变软件程序就能迅速进行调整，因此FMS适用于多品种中、小批量生产。

柔性制造系统是通过吸取生产线的高效率和任务车间的柔性来满足高效率低成本的要求。一个柔性制造系统由一组灵活运转的机器、一套自动化程度较高的运输体系以及一个复杂的决策系统（确定在任何时刻各个机器应该完成哪项工作）组成。柔性的机械设备可以完成多种操作，它包括两部分，一是工具的自动存取系统，如自动换刀系统和工件夹取设备；另一部分是加工制造能力，如车、铣、钻、磨等。自动运输系统要具备将工件传送到下一个操作执行的机器位置的功能，要求定位准确。决策系统能够根据订单自动优化加工顺序，合理安排加工设备的使用情况，并在设备发生故障时能第一时间调整加工工序，从而提高设备的利用率。

二、国内外发展现状

柔性制造系统是为满足人类社会对产品的多样化需求而产生的一种先进的生产制造模式，它致力于解决小批量、个性化产品生产存在的生产效率低、制造周期长、加工成本高以及质量稳定性差等诸多问题。

1967年，由英国莫林斯（Molins）公司首先提出，计划使用六台模块化的数控机床，在无人干预的情况下实现24小时不间断生产，但最终由于资金问题和技术瓶颈没有全部建成。

同一年，美国怀特森斯兰特公司建成一条形式与传统的刚性制造相似的生产线，可以用于少品种、大批量生产使用。这条生产线由加工中心和钻床组成，工件固定在特殊的装夹工具上，以某一顺序在各个机床间轮流加工，这套柔性化设备又被称作柔性自动线。自此，日本、前苏联和欧洲一些国家也都先后展开柔性制造系统的研制工作。

20世纪70年代末，柔性制造系统在技术和规模上都有了很大的突破，到80年代初期，FMS已经步入了生产实践阶段，但都是以少数几台设备组成的FMS居多，较大规模的系统进入试用阶段。90年代初期，全世界对FMS的投资有了巨大的飞跃，已经投入生产的主要分布在日本、美国、德国、俄罗斯、英国等工业发达国家。日本是拥有FMS数量最多的国家，但主要集中在小型化的FMS上；美国不仅是最早将其应用于生产的国家，而且在FMS软、硬件方面代表着世界最高水平；德国在柔性方面做得最好，系统可加工的零件种類也最多。

在我国，柔性制造系统的起步比国外晚了将近20年。20世纪80年代，由北京机床研究所研制成我国第一套FMS，生产能力可达每年2万件，这套系统除五台加工中心为国产外，其余大部分由日本进口，如：自动引导运输车（AutomatedGuidedVehicle，简称AGV）、工业机器人以及FANUC数控系统。直到90年代中期，我国才有了自主开发FMS成套系统的实力。近几年，我国一些有实力的企业正在向着计算机、现代集成制造技术发展，不断引进一些国外的柔性制造系统，因此FMS目前在我国逐渐进入规模化应用阶段。

三、柔性制造系统在中等职业教育中的应用

现如今我国在多个重要会议中均提出要加快职业教育体系的建设，鼓励学校和各大企业合作，结合生产实践进行教学。培养职业人才也要考虑供给侧改革，根据企业需求，输送相应的技术人才。所以，中等职业院校也要随着市场需求的变化，及时调整人才的培养模式。为更好地提高技工院校学生的就业竞争力，各个院校也在加大实训教室的建设，不断引进先进设备，提升学生的技能水平。

在大多数职业院校中，实训课程仍然采用较为传统的教学模式，各个学科的相关课程由不同的老师在不同实训教室进行单独授课，学生几乎没有机会学习到不同技术在企业中怎样相互融合进行生产。虽然这种模式在不同学科的教学中比较直观，但也存在一定局限性。一方面，在教师演示过程中，由于场地和设备构造的原因，不能使每一名学生都清晰地看到机器的工作原理和操作方法，如若教师重复讲解又会降低课堂效率，减少了学生参与实训的时间；另一方面，各个学科虽有相应的实验设备，但这些实验室或实训场都是各自分开的，教学比较分散。

柔性制造技术是融机械数控加工、工业机器人运用与维护、机电一体化、电气运行与控制以及计算机等于一体的交叉技术。该技术能完成刚性自动化技术无法实现的多品种、流水化作业，若引入中职院校的实训课堂，并将“培养职业能力为核心，以工作实践为主线，以工作过程为导向，用任务进行驱动，以行动体系为框架的现代课程结构”的教学方式应用于实训教学中，可使学生将所学知识综合运用于实际生产中。

柔性制造系统在技工院校教学中应用的最大作用，就是可以将工厂中实际生产的先进技术引入学校，适用于多个专业进行实训教学，开阔中职生的视野，使学生对FMS系统组成产生初步认识，同时为学生提供了一个具有发散性、创新性的实训课堂。学校的柔性制造系统涵盖了绝大多数工业生产中的关键技术，如数控加工技术、机械传动技术、工业机器人运用与维护技术、PLC控制技术、计算机辅助设计与加工技术、电气运用与维修技术、设备故障检测与排除技术、网络通信技术等，学生可以得到多方面的综合训练，有助于增强学生动手操作、信息收集和团队合作的能力。

四、柔性制造系统在职业教育中的建立模式

1.校企合作模式

开展校企全程深度合作，在人才培养方面，双方形成互相依赖的关系，共同定制人才培养模式。学校方面要紧随企业人才需求，使学生提前适应岗位。在学校培养后期，由企业和学校共同考核毕业生质量，达到双方考核标准后，方可进入企业工作；企业方面要开放自身的技术资源，共享共建实训场地，充分利用企业先进的FMS系统进行参观或者实践教学，采用多元化培养模式，为提升员工技能水平打下基础。

校企深度合作，可以充分利用企业资源，即使学校节约建立柔性制造实训场地的成本，又提高了学生的社会竞争力，部分学生还实现了预就业。对企业来说，得到了“量身定制”的员工，使准员工与工作岗位实现“零距离”对接，为企业节省了新员工入职的培训成本。

因此，在校企合作框架下构筑柔性制造系统的实训理念是学生、企业和学校多方共赢的职业教育模式。

2.模塊化柔性制造系统

FMS是一个集物料供给与分拣、机械加工与检测、无线通信、图像信息处理、生产监控及管理、立体仓库等多模块于一体的复杂的生产制造系统，建造成本较高。

由于整个柔性制造系统是模块化的，从经济性方面考虑，学校大可不必一次性投建整套系统，可以根据各个专业的需要，分阶段逐步添加各个模块。如数控专业可以引进较为先进的微小型机床（可作为FMS系统的加工工作站），工业机器人专业可以引进直角坐标机器人（可以作为FMS系统的物料分拣单元）等，因为每个模块可以独立运行，所以各模块的引进均可用于平时的生产或实训教学，后期再将所有模块组成一套完整的柔性制造体系。

模块化有利于缩短系统的设计时间，降低系统的成本，在性价比方面最大限度地得到了优化，便于在校园中推广。