浅析柔性制造系统构建与关键技术

张森

【摘要】以柔性制造系统为研究对象，阐述了柔性制造系统的概念、构成、特点以及分类，提出构建大规模定制柔性制造系统的三大关键技术：标准化产品设计与工艺规范、模块化柔性生产、信息化动态管控，并对关键过程进行解读，为我国实施柔性制造的企业提供参考。

【关键词】柔性制造系统;构建;关键技术

引言

随着我国市场经济的不断发展，买方市场的兴起对企业传统的制造模式提出了苛刻的要求，顾客对产品个性化的需求日益增长，对产品的交货期限和产品价格的要求也逐步提高，按需定制的生产模式替代传统的大规模生产已经势在必行。另外，随着新技术和新产品的不断涌现，市场环境瞬息万变，对企业的应对能力提出了更高的要求。因此，企业就必须对传统的生产模式进行调整，以降低生产成本、提高生产能力，增强自身的市场竞争力。

一、柔性制造的基本原理和相关概念

（一）柔性制造的基本原理

柔性制造的运行，必须依靠成组技术（Group Technology，CT）原理，即根据零部件的生产工艺特性进行零部件规划，规划后的零部件毛坯再由数控机床、普通设备和各类软件构成的加工系统中进行优化运算，并依据中央计算机发出的指令，完成各工序加工。柔性制造运行的核心功能是，在不停机的情况下，实现多品种工件的加工。从生产能力的角度看，运行过程具备柔性反应能力，即机器设备的小批量生产能力，其关键是生产线的反应速度，从信息化管理的角度看，运行过程必须能够快速适应产品变化，即供应链的敏捷和精确的反应能力。

（二）柔性制造系统的概念

柔性制造系统的简称为FMS（英文名称FlexibleManufacture System），由一组数控机床及其他自动化工艺设备构成，是一个由计算机信息控制系统和物料自动储运系统共同组成的整体。柔性制造系统一般由加工、物料运输、计算机信息三个子系统组成，以加工自动化为基础，实现物料运输和计算机信息的自动化。

二、柔性制造系统的特点

（一）生产灵活性高

柔性制造系统的灵活性非常高，能够及时应对市场需求的变化或工程设计的变更所造成的生产计划变动，能够开展多品种生产工作。

（二）设备利用率高，占地面积少

FMS系统的设备利用率可达到70%甚至更高，整个系统设备的布局紧凑，相对于传统的生产设备，FMS系统设备占地面积可减少20%-50%。

（三）产品质量高而且质量稳定

柔性制造系统所用的为全自动化生产加工模式，减少了人为因素对产品质量的影响，在保证产品的质量的基础上实现了稳定生产。

（四）FMS系统减少了制品的数量、缩短了生产工作的准备时间

在柔性制造系统中，各种设备一般集中在一个较小的场地内，各种工序一般集中于加工中心，减少了零件运输的次数和经过的设备数目。

（五）13MS系统的生产维持能力强

当系统中的一台或几台设备发生故障时，不影响正常设备运转。

三、柔性制造系统的关键技术

FMS系统关键技术架构主要包括：标准化产品设计与工艺规范技术、模块化柔性生产技术和信息化动态管控技术。总体思路是从产品设计过程的标准化入手，从不同设备的加工基础人手，形成多个产品组，并结合工艺规范技术和管控过程标准化流程s形成FMS的标准化技术以零部件加工过程为中心、以产品族的形式建立相应的模块，采用灵活多变的加工模式，实现模块化的柔性化生产技術;依据信息技术和数字化技术对各类信息进行集成，实现FMS的动态管控技术。

（一）标准化产品设计

产品设计时，尽量使用通用零部件的规格，并通过新产品开发来继承和兼容标准零部件，体现产品设计柔性;制定标准的工艺过程规范，由面向单一产品和零件转为面向产品族，通过工艺过程快速变化体现工艺柔性;管控过程规范化技术，保证产品的质量、性能和技术要求。

（二）管控过程标准化流程技术

标准化管控过程是实施FMS的手段，其关键是依据信息化管理，将相同零件组的典型工艺、某工序的典型工艺、标准件和通用件典型工艺等，通过数字化处理，从而形成标准的数字化工艺过程;并将生产过程中的各环节及相关因素形成统一的标准，实时收集生产过程中数据并做出相应的分析和处理，为企业提供快速反应、有弹性、精细化的生产环境。

（三）生产过程重组技术

实际生产过程中，应通过生产过程重组技术在减少辅助加工时间的同时，尽可能地将从订单式生产向揉单式生产转变过程中尺寸和形状相同的零件进行集中备料，将功能和工艺相似的零件集中生产，在加工方式上尽量采用通过式加工和工序分化的形式来实现。

（四）FMs信息集成与共享技术

实际应用过程中，FMS系统与功能软件的集成主要是使用数据库技术，实现生产信息在ERP、MES、SCM等系统中共享。ERP为FMS提供物料、采购、销售等基础数据;MES为FMS提供物料需求计划、产成品产出计划、成本计划等。FMS生产过程中为ERP和ME提供的关键数据，对设备、质量等多模块具有很大的改进作用。同时，FMS与自动仓储系统间的集成，可实时统计生产订单的配套表、生产领料单和生产退料单的物料净出库量信息。

结语

经过了几十年的探索和发展，FMS的制造理念在当前遭遇了一些困难和其他一些制造模式的挑战。但在对FMS进行充分理解的基础上，可以发现FMS中无论是系统内部的传统柔性，还是生产、组织、协调、管理的整体柔性，都是现在市场经济条件对企业的必然要求。