柔性制造十篇

柔性制造篇1

[关键词]柔性制造系统(FMS) 组成 优势 发展方向

70年代末80年代初,随着计算机辅助管理、物料自动搬运、刀具管理和计算机网络、数据库的发展以及CAD/CAM技术、成组技术(GT)、工业机器人等技术的成熟,更加系统化、规模化的柔性制造系统(FMS)就出现了。

所谓FMS,是一组数控机床和其他自动化的工艺设备,由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)。下面就柔性制造系统的组成、分类、优势及发展趋势进行阐述。

一、柔性制造系统(FMS)的组成

1.加工系统

柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。

2.物料系统

物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。

3.计算机控制系统

计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。

4.系统软件

系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。

二、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元(FMC)

FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高。

2.柔性制造线(FML)

柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。

3.柔性制造系统(FMS)

FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。

三、柔性制造系统的优势

1.设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度,一旦有机床空闲,计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下,采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3倍。

2.减少生产周期。由于零件集中在加工中心上加工,减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。

3.具有维持生产的能力。当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时,计算机可以绕过出现故障的机床,使生产得以继续。

4.生产具有柔性。可以响应生产变化的需求,当市场需求或设计发生变化时,在FMS的设计能力内,不需要系统硬件结构的变化,系统具有制造不同产品的柔性。并且,对于临时需要的备用零件可以随时混合生产,而不影响FMS的正常生产。

5.产品质量高。FMS减少了卡具和机床的数量,并且卡具与机床匹配得当,从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题,并采取相应的有效措施,保证了产品的质量。

6.加工成本低。FMS的生产批量在相当大的范围内变化,其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外,其他各项指标均优于常规的生产方案。

四、FMS发展方向

1.FMS仍将迅速发展

FMS在20世纪80年代末就已进入了实用阶段,技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益,因此随着国际竞争的加剧,无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。

从机械制造行业来看,现在FMS不仅能完成机械加工,而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看,现在FMS已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船等,还可用于计算机、半导体、木制产品、化工等产品生产。从生产批量来看,FMS已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。

随着计算机集成制造技术和系统(CIMS)日渐成为制造业的热点,很多专家学者纷纷预言CIMS是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS的重要组成部分,必然会随着CIMS的发展而发展。

2.FMS系统性能不断提高

构成FMS的各项技术,如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展,毫无疑问会大大提高FMS系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术,并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心,高效万能车削中心等用于FMS系统,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系统性能。AVG小车以及自动存储、提取系统的发展和应用,为FMS提供了更加可靠的物流运储方法,同时也能缩短生产周期,提高生产率。刀具管理技术的迅速发展,为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率,降低刀具费用,消除人为错误,提高产品质量,延长无人操作时间。

柔性制造篇2

关键词：科技革命 制造业 柔性制造

科技的迅猛发展不但改变了物理世界，而且改变了人们的思想观念，并从根本上改变了人们的生活方式，从而给制造业实体和理念上双重性的深远影响。科技革命带了变革的速度持续加快，从根本上加强了世界的互联性，增加了多样性，使得多元化成为常态，并加剧了不稳定性，从而使商业环境更加呈现出动态性的特点。由此，产品的革新速度和多样性空前加快，特别是全球竞争与国际贸易深入发展，企业想在全球供应链和国际竞争中占据有利位置而不被淘汰，就必须适应由科技突变而带来的环境快速变化的趋势。柔性制造策略是制造业面临信息时代挑战的重要策略，也是适应外部商业环境快速变化和客户需要动态要求的重要策略。因此，建立柔性制造系统对于我国制造业的生存和发展具有重要现实意义。

一、柔性制造概述

1、柔性制造的内涵。柔性制造技术是1967年英国莫林斯（molins）提出来的用于机械制造行业的一种先进制造技术，此后这一理念在各行各业得到了广泛应用，并已成为现代制造的一种科学“哲理”，倍受推崇。柔性制造技术的范围是十分广泛的，是对不同品种实现柔性制造的各种技术的总和。凡是侧重于快速转换的柔性要求、适合多品种、小批量生产的加工技术都属于柔性制造技术的范畴，如柔性制造系统、柔性制造单元、柔性制造线、柔性制造工厂等。

2、柔性制造的影响因素。企业柔性制造的能力受到许多因素的影响，是企业综合灵活适应能力的体现。但具体而言，影响柔性制造技术水平的因素主要包括以下方面：（1）设备柔性：即设备满足工艺变化的程度，这一点主要体现在市场需求变化时，设备转换生产一系列不同品种产品的能力。（2）工艺柔性：工艺柔性包含两个方面：一是工艺流程不变化时，其自身适应产品和原材料变化的能力；二是为适应产品和原材料变化而改变原有工艺的难易程度。（3）产品柔性：一是产品更新或完全转型后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用的特性的继承能力和兼容能力。（4）生产能力柔性：当生产量、品种变化时，系统也能经济地运行的能力。（5）维护柔性：持续高效地查询、处理故障以保证生产正常进行的能力。（6）扩展柔性：当生产需要时，扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。（7）服务柔性：一是在顾客产品使用寿命周期内，用新部件维修旧产品的能力；二是一些产品还需要可升级的能力。

3、柔性制造的指标体系。整体而言，柔性制造中“柔性”表现为两个方面：第一方面是系统适应外部变化的能力，第二方面是系统适应内部变化的能力。具体而言，衡量一个制造系统柔性高低程度主要有三个衡量指标：数量的柔性，允许各种因素（如产量）自由变化的幅度；时间的柔性，能够实现变量（如销售量）自由变化的幅度所需对应的时间；成本的柔性，在订单波动、产量波动的情况下，各项费用尤其是人工变动费用如何随之变化，其费用的变动，尤其是人工成本随产量波动而相应变动的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。如图1所示。

二、柔性制造系统的优势

1、灵活的适应能力。柔性制造技术的“柔性”是相对于传统生产方式的“刚性”而言的，它是相对的，动态的，也是不断改进的技术，而不是一成不变的。由于工业化带来需求的规模化，传统生产线主要实现的是单品种的持续性的大批量生产，优点是生产效率高，次品率低，单位产品生产成本低，能同时满足大量客户的需求，适合标准化占领市场。但随着科技革命的进一步发展，它改变了商业环境和现代市场的需求方式，客户需求快速变化，并表现为多元化和个性化特征。传统的制造方式难以满足现代市场要求的多品种、小批量和快速化的生产需求，更缺乏现代市场所要求的灵活适应性能力。基于现代市场环境的变化，制造系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它能否在很短的开发周期内生产出低成本、高质量、不同品种产品的能力，能否适应客户需求的不断变化。因而，柔性生产对于制造业变得越来越重要。

2、较高的客户价值。由于柔性制造的思想和方法非常适合小批量、多品种、及时交货的现代市

场需求趋势，在适合市场变化和客户要求方面具有极大的快速灵活适应能力。企业通过创造柔性优势，一方面，可以满足了客户的小批量、多品种的订单需求，适应了制造业市场快速多变的需求；另一方面，柔性制造系统能够充分发挥企业的柔性优势采取design in 的销售模式，主动为客户提升产品个性化价值，提高产品的附加值和客户的满足度，为品牌赢得声誉，树立良好的品牌形象。design in即“设计介入”，是指销售人员要在客户进行产品设计的前端介入。企业在实施design in 的销售模式中，要推广“顾问式销售，专家式服务”的销售文化：要求每位销售人员要成为客户产品问题的解决方案的专家，不仅仅推销自己的产品，更重要的是要从客户需求的角度帮助客户实现产品的优化设计，提升产品的个性化，为客户带来较高的附加价值。同时，将客户的个性化方案与企业的技术优势、柔性优势相结合，实现利润模式上的双赢。在客户价值得到提升的同时，企业也将获得大量订单及个性化的溢价。

三、构建完善的柔性制造系统

1、提高设备柔性。（1）增加灵活性设备。为适应柔性制造的要求，企业在设备设计方面，必须针对柔性的要求进行全面和重大的调整。如在设备的调整方面，可以逐渐放弃单一用途的设备，增加多功能用途的设备；可以放弃难以转换的设备，增加转换能力较强的设备；可以减少设备整机的配备，增加多用途零部件组装型设备等。这样不仅能够提高企业设备的转换能力，而且能够减少设备成本，在最佳经济条件下提高企业的柔性制造能力。（2）统一设备类型。不同型号转换时，由于要求不同，每次转换都会要求进行设备参数的重新调整等许多环节的重复无效率的工作，既影响工效又影响质量。为此，企业应该在生产许可和技术条件可行的情况下，统一零部件生产要求，或产品生产要求，并通过优化设计，将多种型号材料和零部件减少类型，或统一化，同时增加它们的灵活适应性。这样不仅能够提高工作效率，而且能减少浪费，缩减成本，提高柔性制造能力。

2、柔性生产系统的设计。企业在构建适合自身的柔性制造系统时，必须进行生产系统的柔性设计，这里所提高的柔性生产系统主要是“以单元化作业+人工辅助的生产模式”的生产模式。这种方式和完全的人工和自动化相比，具有巨大的优势：通过单元中自动化设备保证了质量水平；通过人工连接，降低了投资与运行成本，而又不影响质量；在一些简单操作工序，采取人工操作，但通过工装夹具来预防和控制人工生产的质量波动。此外，这种模式还具有较好的柔性，对批量的要求大大降低。这一点在中国的许多制造业企业中具有典型的体现，中国之所在在全球供应链中成为重要的零配件生产、加工，以及产品的组装基地，和中国半自动化和人工化的灵活性有一定联系。不过，我国企业未来构建柔性制造系统的重点应该加强科学合理的管理系统建设，加强单元自动化作业和人工辅助的双重建设，并在设备转换，工艺变化，生产能力的维护、扩展和服务方面更加柔性化，提高适应市场变化和客户个性化需求的要求。

3、建立完全信息化的管理系统。在快速变化面前，企业面临的最大风险就是库存的风险。这种风险体现在：客户的个性化要求，带来产品的通用性差，多余的成品就变成了废品，导致企业的成本急剧增加；技术的快速进步引起新生产的产品性能的阶段性提升，导致原来库存的产品自然降级，失去市场流通的利润价值，给企业带来巨大经济损失；有些产品随着库存时间的延长，产品会性能变差，产品有可能损坏而不能出售，给企业造成经济损失。基于快速变化带来的库存性风险，我国制造也企业应该开发或先进的erp系统，提升了信息化管理水平，更重要的是优化了企业的流程，强化了企业精细化管理的观念，对库存产品实行“专用型号订单化管理，通用型号流量化管理”，并按生产批号对库存产品的质量实行全寿命周期的追踪管理，使库存得到有效管理，及时预防和控制因库存而产生的质量问题，使因库存质量而造成的经济损失最小化。

4、建设多能工队伍。由于现代制造业都是按订单生产，而订单的波动性又相当大，由此便导致了产量的剧烈波动。在订单多时，繁忙的季节，员工都能够全员工作，取得可观的收入；但当订单下降时，原来数量的员工就会变得多余，如要保持员工数量的不减少，就会使员工的工作时间大幅缩减，从而使一线工人收入大幅下降，最终将导致员工队伍的稳定。为此，企业应该采用了柔性化的绩效管理机制。将核心骨干和关键岗位的员工发展为多能工，用高工资保证这部分员工队伍的稳定，在较低的订单下，能够一人多能，保持80%的工作饱和度；当订单突然增大时，能够在关键岗位保证产品质量，并带动新人快速适应简单岗位的工作。这样，实现了短期内从较低的产能过渡到较高的产能的快速变换能力。从而使变动成本与实际产量实现基本的同步波动，提高成本的柔性水平

。

四、结束语

现代商业的竞争已经从产品和质量的竞争变成快速适应能力的竞争。在现代全球竞争和科技突飞猛进的今天，只要跟不上市场和客户的需求变化的速度，质量再好的产品也会被淘汰。柔性制造是现代制造业企业适应现代商业竞争环境的重要策略，对于提高企业的灵活适应性能力、满足市场需求和客户需求快速变化的能力至关重要。我国制造业企业具有开阔的视野，在借鉴国外先进柔性制造技术的基础上，结合自身的优势，扬长避短，创建适合自身发展的具有中国特色的制造业企业的柔性制造系统。特别是，我国制造业企业要利用我国丰富的人力资源，并把我国制造业自动化程度不高的缺点转变为转换能力强的优势，因势利导地构建适合现代国际制造业竞争需求和客户需求快速变化的要求，实现我国制造业柔性制造的跨越式发展。

【参考文献】

[1] 孙新、刘铁军、：企业质量管理中精确检测手段的应用[j].郑州航空工业管理学院学报，2005（3）.

[2] 肖智军、党新民、刘胜军：精益生产方式[m].海天出版社，2005.

[3] 张晓玲、史金飞、洪著财等：敏捷制造企业的分布式质量控制系统[j].东南大学学报（自然科学版），2007（6）.

[4] 李鸿斌、何志海：柔性制造技术的现状及发展趋势[j].桂林航天工业高等专科学校学报，2005（2）.

柔性制造篇3

关键词：柔性制造；大规模定制；研究综述

中图分类号：F406 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）05-0078-03

引言

随着全球经济一体化和卖方市场格局的逐步形成，制造企业面临前所未有的激烈竞争与挑战。与此同时，随着科学技术的进步及其广泛应用，人们开始产生更高层次消费需求。物质生产的丰富与顾客资源相对短缺的矛盾日益突出，尤其是顾客需求的个性化和快速化，使得企业越来越依赖对顾客需求的准确把握和快速反应。因此，如何通过运营模式创新从而建立适应市场需求变化快速响应的运作管理系统构成现代制造企业的一项重要战略任务。基于柔性制造的大规模定制（Mass Customization）在全面综合成本、质量、柔性和时间等竞争因素的前提下有效地解决了需求多样化与大规模生产之间的冲突，从而为现代制造企业提供了一种全新的竞争模式[1]。

一、柔性制造与大规模定制的内涵

（一）柔性制造的内涵

柔性是企业所拥有的一种能够增强反应和竞争的能力，它能使企业快速应对市场变化而不用牺牲企业的大量资源；同时它还是一种过滤器和隔离器，可以消除或者减弱各种环境不确定性变化对企业的影响。关于制造系统的柔性主要体现在两个方面：一个是来自生产制造过程中的柔性；另一方面是影响和决定生产的柔性[2]。

在生产制造过程中柔性包括以下几个方面：（1）机器柔性，是指机器能够处理不同操作的能力，一般取决于机器所能执行的不同操作的个数及其在不同操作之间进行切换所需要的时间。（2）运输柔性，是指各种型号的零部件在不同机器设备上被正确地传送定位能力。（3）操作柔性，是指零部件的加工过程中不同操作序列可被应用的容易程度，基本上取决于零部件的设计。（4）过程柔性，指系统无需重新装设而能生产零部件的集合大小的测度。（5）产品柔性，指系统只需要很少的重新装设而能产品零部件的集合大小测度。（6）生产柔性，指系统无需大的设备投资而能生产的产品集合大小测度。7.程序柔性，指系统运行一段时间无需外部干预的能力[3]。

影响和决定生产的柔性主要包括以下几个方面：（1）人员柔性，是指掌握多种操作技能的人员能够在不同岗位上工作的能力。（2）产量柔性，是指生产系统在已有的产品和零部件生产中生产不同产量而仍能获取利润的能力。（3）混合柔性，是指企业在给定的生产能力条件下能够经济有效地生产不同产品组合的能力。（4）扩张柔性，是指增加生产能力所导致边际投资减少的幅度。（5）市场柔性，是指系统能够有效适应市场条件变化的能力。通常分短期市场柔性（处理消费者订单变化的能力）和长期市场柔性（应付消费者需求变化、产品寿命周期缩短和产品技术变化的能力）。（6）新产品开发柔性，是指企业在最短计划期内开发新产品或者更改原有产品的能力。

柔性制造贯穿于企业生产的全过程，从而增加了生产的灵活性，降低企业生产成本，提高了企业生产的产出率，缩短产品生产周期，同时还能够对顾客需求的多样化和快速化作出迅捷的反应[4]。

（二）大规模定制的内涵

大规模定制通过企业组织核心业务与资源的整合，以大规模生产的成本和效率来提供个性化的产品，同时让顾客参与产品的设计与制造过程，并强调借助与柔性制造过程以大批量和合理的成本提供客户化需要的产品或者服务。大规模定制是高效提供个性化产品的一种先进制造与管理模式，能够有效地解决制造业大规模生产与个性化需求之间冲突的根本问题。企业实施大规模定制能够将“大规模”与“定制”两个不可调和的内容糅合在一起，通过构建高效的信息系统来准确、快速地获得和满足客户需求。企业实施大规模定制可以对企业流程和组织核心业务进行整合，并以一致的质量、合理的成本快速，灵活以及可靠地交付客户所认可的价值，同时也赢得企业自身的价值[5]。

企业实施大规模定制可以将产品研发和制造面向产品族，同时通过系列标准化、规格化的多样性和模块化设计来达成顾客个性化需求与低成本生产的双赢之道。因此，基于柔性制造的大规模定制通常需要解决以下几个问题：（1）为了满足个性化需求和产品生产的多样化，企业应该具有良好的生产柔性。（2）企业实施大规模定制将使得企业生产制造系统变得更加复杂，产品研发、生产制造以及管理控制将会发生频繁改变和转换。如何通过柔性制造降低大规模定制企业运营成本将是一个非常重要的问题。（3）由于市场竞争的不完全性和不对称性，企业需要根据竞争对手等市场竞争因素来决定其柔性水平或者改变运营策略。（4）大规模定制企业还需要考察自身信息技术平台，没有企业信息化是无法实现大规模定制和柔性制造[6]。不同产品类型，其功能柔性水平、资源结构以及投资决策和生产过程控制等运营管理特征都对大规模定制系统快速需求响应能力及其运营效果产生重大影响。大规模定制运营特征主要表现为：（1）制造过程柔性高。（2）功能转换快。（3）管理控制难度大。（4）快速响应能力强。（5）顾客直接参与产品的设计与制造过程。

二、国内外研究现状

（一）国外研究现状

大规模定制思想最早由Akin Tomer在其著作《Future Shock》提出：以大规模生产的成本和时间提供满足顾客特定需求的产品和服务的运营模式，即从大规模生产标准产品转变为有效地提供满足单个客户需求的产品或者服务。大规模定制采用柔性过程和柔性组织结构，以提供个性化的产品和服务，从而使整个制造过程敏捷化，而这种产品和服务价格又必须与标准大规模生产相竞争[6]。

目前，国外学者从不同角度对大规模定制问题进行了大量的相关研究。 Huffman 和Kahn （1998）、Silveria和Borenstein（2001）曾对大规模定制的生产模式及多品种大量生产所引发的制造资源冲突等问题进行系统分析与论述[7-8]。Tseng和Du （1998）、Anderson（2002）以个性化产品需求为驱动，研究了大规模定制模式下客户参与产品簇开发设计的模式及其影响[5-6]。Kotha（1996）以日本国立自行车公司从大规模定制的变化过程，分析了制造业生产模式变革与组织创新的内在动力。Davtd（1998）从大规模定制的特征、环境等方面，探讨了大规模定制的实现途径和方法[10]。Marcia P、Amrik S S和Peter R（20004）对制造企业的快速反应理论和方法进行专门和系统化研究[11]。Berbard H Boar,Llula Arbos（2002）通过建立分布式的快速反应机制，研究企业快速反应中的资源配置能力问题，提出了基于网络协议的敏捷定制联盟模式[12]。Stephen Haag,Rajan Suri（2001）从21世纪全球性竞争趋势探讨了相关行业和企业实施大规模定制的基础条件和竞争策略[13]。Daniel Biodeau,Pierre-Yves Cremieux（2002）给出了一种企业制造柔性的测量方法[14]。R.L.Daniels,J.B.Mazzola 和D.Shi（2002）研究了流通企业计划中应对不确定需求的资源柔性问题[15]。Qiang Tu ,Mark Vonderembse A和Ragu Mathan TS（2001）分析了制造业大规模定制实施对顾客价值及其需求响应时间的影响研究[16]。

（二） 国内研究现状

对于大规模定制研究问题，在国内也引起众多学者和专家的关注和研究兴趣。谭跃雄（2004）研究了大规模定制模式下制造企业柔性的价值及其应用，提出了建立合理制造柔性的有效方法和应用策略[17]。祁国宁、顾新建和李仁旺（2000）系统研究了大批量定制及其模型构建的一般性方法[18]。陈俊、黄炜（2004）通过产品平台在基于大规模定制范式的生产系统中的作用建模，探讨了企业实施大规模定制的产品平台构建及其影响[19]。陈豪、陈剑（2004）以供应链快速需求为导向，探讨了定制延迟模式的供应链协调机制[20]。但斌（2004）提出面向大规模定制产品族功能性评价与选择方法[21]。毛宁等（1996）对制造资源重构问题建模，对大规模定制制造资源优化配置研究具有一定的启发作用[22]。秦明森（2003）探讨了大规模定制模式下企业资源合理配置与利用的决策方法[23]。傅小华、黎志成（2003）研究了大规模定制生产及其实现机制[24]。吴锡英（2001）全面综述大规模定制几种具体模型的特点及其适应性等问题[25]。

三、总结

从上述国内外研究现状分析，目前基于柔性制造的大规模定制问题的研究主要集中体现在以下几个方面：（1）对大规模定制的特征、运营模式等理论和方法的研究。（2）对典型企业或者行业的大规模定制问题进行实证研究。（3）对企业柔性制造的作用、实现途经及其测量方法进行研究。当前，关于基于柔性制造的大规模定制问题的定量化研究是研究的难点问题，也是当前需要进一步研究的热点问题之一。目前，以柔性制造为基础的大规模定制的柔性设计、柔性战略管理和柔性运营方式等问题也引起众多学者和专家的广泛专注和研究兴趣。尽管人们对企业快速响应顾客需求的重要性形成一致的认识，并开始关注大规模定制等相关理论和应用研究，但如何建立大规模定制的快速反应能力，实现企业柔性与大规模定制功能相适应的资源配置优化等方面还缺乏系统的理论和相关应用研究。因此，结合柔性制造与大规模定制问题进行深入研究将有助于大规模定制理论和方法的创新并形成实用的研究成果。

参考文献：

[1] 华中生. 一类柔性制造系统能力规划问题的研究[D].北京：中国科技大学,2000.

[2] Sethi Ak，Sethi SP.Flexibility in manufacturing:a survey[J].International Journal of Flexible manufacturing Systems,1990,2（4）:289-328.

[3] Stecke KE,Raman N.FMS Planning Decisions,Operation Flexibilities,and System Performance[J].IEEE Transactions on Engineering Management,1995,（42）:82-90.

[4] Carter MF.Designing flexibility into automated manufacturing systems[C].Proceeding of the second TIMS Conference on FMS.Ann Arbor,MI,1986.

[5] Tseng M M,Du X.Design by customers for mass customization products[J].Anals the CIRP,1998,47（1）:103-106.

[6] Anderson,D.M.Agile Product development for mass customization[M].McGraw-Hill,New York,2002.

[7] Huffman C,Kahn B E.Variety for sale: mass customization or mass confussion[M].Cambridge:Marketing Science Institute，Working Paper Report,1998：98-111.

[8] Silveria D ,Borenstein G D and Fogliatto F S.Mass customization: literature review and research directions[J].Int J.Production Economics,2001,（72）：1-13.

[9] Kotha,S.From mass production to mass customization: the case of the National Industrial Bicycle Company of Japan[J].European Management journal,1996,（14）：442-459.

[10] Davtd M，Anderson P I.Implementing mass customization[J].ASliiy&GLohicompd,1998,2（2）:36-49.

[11] Marcia Perry,Amrik S S and Peter Rumpf .Quick Response supply chain alliance in the Australian textiles,clothing and footwear industry[J].International journal of Production Economics,2004,（62）:119-132.

[12] Bernard H.BoarmLiluls Arbos.Design of a rapid response and high efficiency service by lean production principles:Methodology and evalution of variability of performance[J].international journal of Production economics，2002.

[13] Ste[hen Haag,Rajan Suri.Quick Response Manufacturing: A Competitive Strategy for the 21st century.Center for Quick Response Manufacturing University of WisconsinMadison.University Avenue Madison，2001：19.

[14] Daniel Bilodeau,Pierre-Yves Cremieux.Measuring Flexibility in the case of Multi-output Firms[J].Department of Economics，University du Quebec a Montreal Analysis Group/Economics，2002，may4.

[15] R.L.Daniels,J.B.Mazzola and D.Shi.Flow Shop Scheduling with partial Resource Flexibility[J].Working paper.University of Georgia,Athens,GA（2002）.

[16] Qiang Tu,Mark Vondrembse A,Ragu Nathan TS.The impact of time based manufacturing practices on mass customization and value to customer[J].Journal of Operations Managent,2001,（19）:210-217.

[17] 谭跃雄，等.企业制造系统柔性的价值及其应用研究[J].中国管理科学：专辑，2004：678-682.

[18] 祁国宁，顾新建，李仁旺.大批量定制及其模型的研究[J].计算机集成制造系统,2000,10（2）:41-45.

[19] 陈俊，黄炜.产品平台在基于大规模定制范式的生产系统中的作用建模[J].中国管理科学，2004,（4）:20-26.

[20] 陈豪雅，陈剑.定制延迟模式的供应链协调[J].系统工程理论与实践，2004，（8）:1-10.

[21] 但斌.面向大规模定制的产品簇功能性评价与选择方法[J].管理工程学报，2004，（1）：16-21.

[22] 毛宁，等.敏捷制造中制造资源重构问题建模[J].计算机集成制造系统，1999,5（2）:36-39.

[23] 秦明森.企业资源合理配置与利用的决策分析方法[J].物流技术,2003，（11）:10-12.

[24] 傅小华，黎志成.大规模定制生产及其实现机制研究[J].科技进步与对策，2003,（12）:19-20.

[25] 吴锡英.从成组技术到大规模定制生产[J].中国机械工程,2001,12（3）:319-321.

Summary of the research on the mass customization based on the flexible manufacturing

XU Xu

（Information engineering college,Nanjing finance and economy university,Nanjing 210003,China）

柔性制造篇4

    随着社会的进步和生活水平的进步,社会对产品多样化,低制造本钱及短制造周期等需求日趋迫切,传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量,更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后,由于微电子技术、计算机技术、通讯技术、机械和控制设备的发展,制造业自动化进进一个崭新的时代,技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各产业化国家机械制造自动化的研制发展重点。

    1 基本概念

    11 柔性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,系统的生产率和无干扰情况下的生产率期看值之比来衡量。“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,单件产品的本钱低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。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,生产出较低本钱、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。柔性主要包括  1) 机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

    2) 工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

    3) 产品柔性 一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继续能力和兼容能力。

    4) 维护柔性 采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

    5) 生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

    6) 扩展柔性 当生产需要的时候,可以很轻易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

    7) 运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。

    12 柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同外形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,我们以为凡是侧重于柔性,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。目前按规模大小划分为:

    1) 柔性制造系统(FMS)

    有关柔性制造系统的定义很多,权威性的定义有:

    美国国家标准局把FMS定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工正确、迅速和自动化。中心计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程探究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”简单地说,FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心和车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及治理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS,日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目,属于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。

    2) 柔性制造单元(FMC)

    FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年,FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物,它是由1~2台加工中心、产业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特征是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进进普及应用阶段。

    3) 柔性制造线(FML)

    它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线和中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表,其特征是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进进实用化阶段。

    4) 柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使计算机集成制造系统(CIMS)投进实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范围的生产治理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营治理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表,其特征是实现工厂柔性化及自动化。

    2 柔性制造所采用的关键技术

    2.1 计算机辅助设计

    未来CAD技术发展将会引进专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的新题目。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑料,如此循环操纵,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

    2.2 模糊控制技术

    模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制用具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。

    2.3 人工智能、专家系统及智能传感器技术

    迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理,求解各类新题目(如解释、猜测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论和通过经验获得的知知趣结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展看未来,以知识密集为特征

    ,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的功能。目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有发展前途的还是人工智能。预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融进制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部激励时能自动调节其参数,以达到最佳工作状态,具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感用具有内在的“决策”功能。

    24 人工神经网络技术

    人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成部分。 3 柔性制造技术的发展趋向

    31 FMC将成为发展和应用的热门技术

    这是由于FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。

    32 发展效率更高的FML

    多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替换通用的加工中心将是FML的发展趋向。

    33 朝多功能方向发展

    由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。

    4 结束语

柔性制造篇5

关键词随着社会的进步和生活水平的提高，社会对产品多样化，低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量，更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。

一、基本概念

11柔性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，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“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，难以应付多品种中小批量的生产。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。柔性主要包括1)机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

2)工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

3)产品柔性一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

4)维护柔性采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。

5)生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。

6)扩展柔性当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。

7)运行柔性利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。

12柔性制造技术柔性制造技术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，我们认为凡是侧重于柔性，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。目前按规模大小划分为：

1)柔性制造系统(FMS)

关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义有：

美国国家标准局把FMS定义为：“由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。

2)柔性制造单元(FMC)

FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。

3)柔性制造线(FML)

它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。

4)柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。

二、柔性制造所采用的关键技术

2.1计算机辅助设计

未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

2.2模糊控制技术

模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。

2.3人工智能、专家系统及智能传感器技术

迄今，柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它使传感器具有内在的“决策”功能。

2.4人工神经网络技术

人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自动化系统中的一个组成部分。

三、柔性制造技术的发展趋势

31FMC将成为发展和应用的热门技术

这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。

32发展效率更高的FML

多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。

33朝多功能方向发展

由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。

4.结束语

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。

近年来，柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，可以这样认为：柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，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。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。实现了按端口、MAC地址、应用等来划分虚拟网络，有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。

四、结论

柔性制造篇6

一、规模

按规模大小fms可分为如下4类：

1.柔性制造单元(fmc)

fmc的问世并在生产中使用约比fms晚6~8年，它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。fmc可视为一个规模最小的fms，是fms向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。

2.柔性制造系统(fms)

通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

3.柔性制造线(fml)

它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种fms之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、cnc机床；亦可采用专用机床或nc专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于fms，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(dcs)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。

4.柔性制造工厂(fmf)

fmf是将多条fms连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整fms。它包括了cad/cam，并使计算机集成制造系统(cims)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。fmf是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(ims)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。

二、关键技术

1.计算机辅助设计

未来cad技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用cad数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

2.模糊控制技术

模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。

3.人工智能、 专家系统及智能传感器技术

迄今，fms中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为fms的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在fms(尤其智能型)中起着关键性的作用。人工智能在未来fms中将发挥日趋重要的作用。目前用于fms中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在fms中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术(imt)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。故imt被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化fms具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它使传感器具有内在的“决策”功能。

4.人工神经网络技术

人工神经网络(ann)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自支化系统中的一个组成部分。

三、发展趋势

1.fmc将成为发展和应用的热门技术

这是因为fmc的投资比fms少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将fmc列为发展之重。

2.发展效率更高的fml

多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对fml的需求引起了fms制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是fml的发展趋势。

3.朝多功能方向发展

由单纯加工型fms进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能fms。 fms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。目前反映工厂整体水平的fms是第一代fms，90年代此种状况仍将会持续下去，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(ims)国际性开发项目，属于第二代fms；而真正完善的第二代fms预计至21世纪才会实现。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单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。

柔性制造篇7

关键词：柔性制造；机械手；仿真技术

中图分类号：TH165

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）。

柔性制造系统，自1967年由英国莫林斯（molins）公司提出以后，至今已发展了40多年。柔性制造技术是以数控技术为核心，以信息技术、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合的先进制造技术，被世界各国所重视，并在发达国家的制造业中得到了广泛的应用。目前我国汽车、柴油机、工程机械、冷冻机、兵器、航空、航天等制造业都已提出对FMS的需求。但是目前这方面的人才非常缺乏，这就对于我们学校传统的教学和实训提出了更高的要求，在目前的实训环节中还不能提供全面的包括加工中心、搬运机器人、数控机床、物料传送、仓储设备和信息控制系统等先进设备，而且一般生产型FMS系统难以作为实训设备使用，生产型FMS初始投资高，占地面积大，即便可以提供这些设备，往往因为系统已经定型，只能进行系统演示，而不能让学生直接参与系统的设计、构建、调试和维护，因此开发FMS仿真系统具有一定的现实意义，可以让学生学习机器人的基本编程、PLC的基本编程、数控加工的基本编程以及柔性制造系统的搭建、调试和维护等方面的知识，掌握车间自动化调试改造和应急处理等技能。本项目结合面向对象技术、OpenGL三维图形、计算机仿真、数控加工技术，在VC++开发环境下，实现了柔性制造系统调试仿真、运行仿真等功能，该系统能够针对不同的工艺模型、不同的设备布局获得不同的加工模拟效果，从而获得同一个零件不同的加工方案，以方便获得满意的加工方案和模型，有效解决了学校仿真柔性生产线教学实习实训设备短缺的问题。

1 仿真柔性制造系统总体设计

1.1 系统的总体架构

本项目的柔性制造仿真系统以生产中实际使用的柔性系统为原型进行开发，主要功能组成模块包括：信息控制系统、物料储运系统和数控加工系统。系统可以从立体仓库里取出毛坯，然后通过物料储运系统送到数控机床上，再启动对应的加工程序就可以加工出不同的零件，适合多种不同工件的批量加工。

图1 系统总体架构

该FMS系统各环节结构相对独立，易于实现模块化操作，使各站单独工作，完成各自的功能：

1.1.1 数控加工系统

加工系统是整个柔性制造系统的核心，该系统通常由若干对工件进行加工的数控机床和所使用的刀具构成。

1.1.2 物料储运系统

物流系统是整个柔性制造系统的连接纽带。该系统中的物流系统包括传输站、六轴工业搬运机器手和立体仓库，主要用于将毛坯、半成品零件从仓库站的毛坯库或各缓冲站传送到每个加工单元进行加工，把加工好的零件传送到安装站进行安装，再将安装好的成品传送到仓库站的成品库。

1.1.3 信息控制系统

包括两部分，即过程控制及过程监控两个部分。过程控制系统连接物料储运系统，对各物料储运过程进行编程，连接机械手和数控机床，按相应顺序启动机械手和机床中的数控程序。过程监控系统进行在线状态数据采集和处理。

1.2 系统各模块功能架构分析

本系统采用3D开发工具开发，具有良好的交互性能。软件采用模块化开发，各模块相对独立，可拆解。系统结构图如图2所示：

图2 系统功能框架图

1.2.1 用户层

共分9个子模块：

（1）PLC指令：用户从此处导入PLC指令，对PLC指令保存，删除等；

（2）毛坯参数：用户可在此模块中设置毛坯的参数，比如长宽高等；

（3）机械人指令（1）：此为1自由度机械手，根据指令将设定的毛坯推入流水线中；

（4）机械人指令（6）：此为6自由度的机械手，其作用是根据指令，取出流水线上中的毛坯，并送到加工中心，等加工中心处理完毕后，再将工件取回流水线上；

（5）加工参数：用户在此处设置加工中心一些参数，比如设定G54，对刀，刀具半径等；

（6）数控加工指令：根据参数及数控加工程序，将毛坯加工成工件，加工完毕，发送返回信号给机械人指令（6）模块，使其装工件取回流水线；

（7）机械人接口（3）：此为3自由度机械手，根据机械手指令，将流水线上的工件取出并存储到立体仓库中；

（8）仓储控制：主要是用户对仓库工件的处理，如将仓库中的工件移除等；

（9）场景控制：用户可通过此处设定，从各个方位观察场景；

1.2.2 数据处理层

（1）送料处理：此处分析机械手（1）的指令及PLC指令，据仓储及检测测模块反馈的信号，做出送料动作；

（2）加工切削：包含机械手（6）的指令分析及数控加工指令的分析；根据机械手指令，发送信号至加工中心并将毛坯送入加工中心，加工中心接到毛坯后，分析数控加工指令，并将毛坯加工成工件，最后发送加工完毕的信号至机械手，让其取出工件送回流水线；

（3）仓储及检测：完成机械手（3）指令的分析，做出仓储动作；同时检测仓储情况，并将信号发至送料模块；

（4）OpenGL模型变换：根据用户选择，做出对应的矩阵运算；

1.2.3 显示层

OpenGL模型绘制：实行OpenGL的绘制，各部件实现模拟。

图3 仿真柔性制造系统

2 系统关键技术的实现

机械手及加工平台在柔性生产线中共同起着重要的作用。机械手能够模仿人手和肩膀的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件；运动机构使手部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，运动机构的升降、伸缩和旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度，是机械手设计的关键参数，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度，本系统即设计实现了一个6自由度的机械手。

在Windows环境下配合Pro/E，使用VisualC++工具调用OpenGL图形库中的函数，实现机械手三维运动仿真。

OpenGL是SGI公司开发的，作为一种三维工具软件包在交互式三维图形建模能力和编程方面具有无可比拟的优越性，可以灵活方便地实现二维和三维的高级图形技术。由于其强大的图形功能和跨平台的能力，已经成为事实上的图形标准，广泛应用于可视化、实体造型、CAD/CAM、模拟仿真等诸多领域。目前，Microsoft、SGI、IBM等大公司都采用了OpenGL作为三维图形标准。特别是随着PC性能的不断提升和微软的加入，使得在微机上实现三维真实感图形的显示与交互成为可能。另外，由于系统中涉及较多的机械手正、逆运动学方程求解问题，因而采用VC作为编程语言，一方面可以方便地调用OpenGL图形库函数；另一方面有利于算法的实现。

2.1 机械手模型的建立

系统采用Pro/E构建机械手模型，该机械手属于垂直多关节型，共有六个自由度，主要包括转动基座S轴、下臂倾动L轴、上臂倾动U轴、手腕俯仰B轴、手腕旋转T轴、手抓开合Z轴六个转动轴，每个转动轴可在±90°的范围内运动，重复定位精度达±0.5mm，手臂的终端配置可灵活张合的机械钳，钳子在电机的驱动下，通过齿轮传动和平行双曲柄机构自由张合，使机械手可以模拟人手抓取物件。

图4 仿真机械手模型

（1）对于结构比较复杂而控制要求简单的工作对象或者其他附件，使用OpenGL直接绘制是一件十分烦琐的工作。而Pro/E是一个相当好的流行建模工具，通过对简单几何形体进行并、交、切等布尔运算和曲面编辑等功能就能构造出复杂的几何形体。再通过一些相关工具软件可以生成OpenGL格式的C++数据文件，直接导入到VC工程中，稍加修改就可完成复杂模型的绘制工作。

（2）对于结构简单而控制要求较复杂的机械手各轴，可直接使用OpenGL提供的三维建模函数完成绘制。在此过程中，对各轴的缩放、位置、角度的调整主要使用函数glScalef（），glTranslatef（），glRotatef（）来完成，为使绘制出来的各轴形象逼真，可对各轴进行相应的材质、光照设置；在进行轴之间进行装配时，需要使用矩阵堆栈来保证预留对各轴控制接口的正确性，其函数原型是glPushMatrix（），glPopMatrix（）。另外，本文所介绍的机械手属于双端协调工作方式，所以装配还受到工作模式的动态控制；为使仿真显示的图形变化连续，一般使用OpenGL提供的缓存交换函数auxSwapBuffers（）来实现双缓存绘制。

实现步骤包括：

（1）在CArmView类中添加WM_CREATE消息，然后编写OnCreate事件处理程序来设置像素格式并创建OpenGL绘制描述表。

（2）在类CArmView的成员函数OnDraw中，添加6自由度机械手绘制程序。包括机械手的建模、材质、光源位置、背景色，视角程序等。

（3）在CArmView类中添加键盘WM_KEYDOWN消息，然后编写OnKeyDown事件处理程序。通过键盘来控制视角，比例等设置。

（4）在CArmView类中添加定时器WM_TIMER消息，然后编写OnTimer事件处理程序。使用SetTimer（）函数设置定时器的序号和记时周期：一个周期执行OnTimer（）函数一次，各关节变量的变化实时反馈到视窗中，视窗通过函数Invalitate（FALSE）不断重绘，为了避免显示动画时闪动，采用双缓存技术，通过SwapBuffers0函数来实现。下面是设置像素格式的核心代码：

Int CArmView：：OnCreat（LPCREATESTRUCT lpCreatStruct）

{

PIXEL FORMATDE SCRIPTOR pdf={

Sizect（PIXELFORMATDESCRIPTOR），1，

PFD_DRAW_TO_WINDOWlPFD_SUPPORT_OPENGLlPFD_DOUBLEBUFFER，

PFD_TYPE_RGBA，24，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，32，0，0，PFD_MAIN_PLANE，0，0，0，0

}；

CClientDC clientdc（this）；

Int pf=ChoosePixelFormat（clientdc.m_hDC，&pfd）；

BOOL rt=SetPixelFormt（clientdc.m_hDC，pf，&pfd）；

Hglrc=wglCreatContect（clientdc.m_hDC）；

Return 0；

}

下面是机械手建模的核心代码：

Void CArmView：：OnDraw（CDC*pDC）

{

CArmDoc*pDoc=GetDocument（）；

ASSERT_VALID（pDoc）；

wglMakeCurrent（Pdc->m_hDC，hglrc）；

display（）；

wglMakeCurrent（Pdc->m_hDC，NULL）；

SwapBuffers（Pdc->m_hDC）；

}

2.2 机械手运动轨迹运算

机器手运动学可分为正运动学及逆运动学。对机器手的各个关节坐标控制，即操作人员直接指定各关节的移动长度或转动角度，从而带动末端执行器的运动，这称为机器手的正运动学。对机器手进行直角坐标控制的方式，即操作人员指定末端执行器所期望的位置和姿态，然后求解出各关节需要的移动长度或转动角度，从而带动末端执行器运动，这称为机器手的逆运动学。

机械手的轨迹运算亦即是对机器手的运动学求解。主要运算包括机器人在运动过程中的位移、速度和加速度。而轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹。首先对机器手的任务、运动路径和轨迹进行描述，然后在机器手运动学和动力学的基础上，研究在关节空间和笛卡尔空间中机器手运动的轨迹规划和轨迹生成方法。通常将机器手的运动看作是工具坐标系{T}相对于工作坐标系{S}的运动，对机械手的安装任务，需描述它的起始状态和目标状态，即工具坐标系的起始值{T0}和目标值{Tg}，其运动为点对点的运动；而对另一些任务，如扫描任务等，则不仅要规定机器手的起始点和终止点，而且要指明两点之间的若干路径点，必须沿特定的路径约束，其运动为轮廓运动，按照不同的任务类型，完成任务中路径点的确定，是路径规划的主要任务。根据指定的末端执行器所期望的位置和姿态，求解各个关节的旋转角度

机械手运动轨迹计算的核心代码如下：

//计算雅克比矩阵的 时间微分

// double *len--连杆长度； double *the--关节角度；

//double *dThe--关节角速度；MAT *dJaco--雅克比矩阵的时间微分

void dJacobianMatrix（double *len，double *the，double *dThe，MAT *dJaco）{

double l3s23， l3c23；

double aa， bb；

double cc， dd；

l3s23 = len[3]*sin（the[1]+the[2]）；

l3c23 = len[3]*cos（the[1]+the[2]）；

aa = len[2]*cos（the[1]） + l3c23；

bb = len[2]*sin（the[1]） + l3s23；

cc = len[2]*cos（the[1]）*dThe[1] + l3c23*（dThe[1]+dThe[2]）；

dd = len[2]*sin（the[1]）*dThe[1] + l3s23*（dThe[1]+dThe[2]）；

MATelem（*dJaco，1，1）= -aa*cos（the[0]）*dThe[0] + dd*sin（the[0]）；

MATelem（*dJaco，1，2）= bb*sin（the[0]）*dThe[0] - cc*cos（the[0]）；

MATelem（*dJaco，1，3）= l3s23*sin（the[0]）*dThe[0]-l3c23*cos（the[0]）*（dThe[1]+dThe[2]）；

MATelem（*dJaco，2，1）= -aa*sin（the[0]）*dThe[0] - dd*cos（the[0]）；

MATelem（*dJaco，2，2）= -bb*cos（the[0]）*dThe[0] - cc*sin（the[0]）；

MATelem（*dJaco，2，3）= -l3s23*cos（the[0]）*dThe[0]-l3c23*sin（the[0]）*（dThe[1]+dThe[2]）；

MATelem（*dJaco，3，1）= 0；

MATelem（*dJaco，3，2）= -dd；

MATelem（*dJaco，3，3）= -l3s23*（dThe[1]+dThe[2]）；

}

//计算末端执行器的速度

//MAT*Jaco--雅克比矩阵；double*dThe--各关节角速度；

//double*dPos--末端执行器的速度

void endVelocity（MAT*Jaco，double*dThe，double*dPos）

{

register int i，j；

int mm，nn；

mm=MATheight（*Jaco）；

nn=MATwidth（*Jaco）；

for（i= 0；i

{

dPos[i]=0.0；

for（j=0；j

dPos[i]+=（MATelem（*Jaco，i+1，j+1）*dThe[j]）；

}

}

2.3 加工平台模型的建立

此模块同样采用Pro/E构建加工平台模型，因涉及到工件切削等布尔运算，故该模型的数据文件统一采用STL格式的后缀文件。建好相关模型，导出STL文件，通过代码载入系统中，并进行绘制。绘制的关键代码如下：

//车床绘制

void CPCVMLatheView：：ShowNormal（）

{

//不移动 导轨 刀具柜 车门2 刀具柜中的刀具 床身1 地板

//尾架 床身2 床身底部 床身后挡板 车门移动

CPCVMLatheDoc*pDoc=GetDocument（）；

//导轨

if（pDoc->m_bPart[FRONT_DAOGUI]）

{

glColor3f（pDoc->m_part[FRONT_DAOGUI].m_fColor[0]，_

pDoc->m_part[FRONT_DAOGUI].m_fColor[1]，_

pDoc->m_part[FRONT_DAOGUI].m_fColor[2]）；

pDoc->DrawPart（FRONT_DAOGUI）；

}

if（pDoc->m_bPart[BACK_DAOGUI]）

{

glColor3f（pDoc->m_part[BACK_DAOGUI].m_fColor[0]，_

pDoc->m_part[BACK_DAOGUI].m_fColor[1]，_

pDoc->m_part[BACK_DAOGUI].m_fColor[2]）；

}

//刀具柜，不移动

if（pDoc->m_bPart[DAOJUGUI]）

{

pDoc->DrawPart（DAOJUGUI）； //隐藏刀具柜

}

//床身

if（pDoc->m_bPart[CHUANGSHEN]）

{

pDoc->DrawPart（CHUANGSHEN）；

}

//尾架

if（pDoc->m_bPart[WEIJIA]）

{

//double dx=m_fAngleX =0.0f；

//double dy =m_fAngleY=180.0f；

if（pDoc->m_bHaveWeijia&&（m_fAngleX！=0||m_fAngleY！=180.0））

}

}

…………

绘制的加工平台效果如图5所示：

图5 仿真数控加工平台

3 结束语

本仿真柔性制造系统解决了学校柔性制造系统教学培训缺乏设备的问题，对生产实践也具有指导意义，为FMS的设计人员提供了参考模型，在仿真环境中对FMS进行研究，即经济又灵活。

参考文献：

[1]邓子琼，刘小宁，何沛仁.柔性制造系统建模及仿真[M].北京：国防工业出版社，1993.

[2]陆宁，等.贝氏规则位置序权法[J].长安大学学报，2004（04）.

[3]丁国富.虚拟柔性制造系统仿真研究[J].学术动态，2006（01）.

[4]陈萧枫.柔性制造系统三维动画仿真的研究[D].广东：华南理工大学，2002.

[5]李刚俊，陈永.机器人的三维运动仿真[J].西南交通大学学报，2002（03）：273-276.

柔性制造篇8

关键词：柔性组合夹具；汽车零部件；零部件制造；柔性制造技术；汽车制造业 文献标识码：A

中图分类号：TH163 文章编号：1009-2374（2017）05-0059-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.028

在经济快速发展、社会不断进步的同时，人们的生活水平也在逐渐提高，市场中各产品的竞争也更加剧烈。为了获取更多的利益节省更多的时间，厂商在大规模生产时不但要保证产品的质量，还要尽可能多地降低成本，缩短制造周期。传统的制造技术明显已经不能满足现代社会市场的需求，而柔性组合夹具技术能在保证产品质量的同时满足市场对小批量产品生产的需求，使中小批量生产在大批量生产面前有立足之地。

1 柔性制造技术对柔性组合夹具的影响

自20世纪80年代以来，柔性制造技术的发展越来越快且被广泛的应用，形成了FMC与FMS相结合的具有现代先进技术水平的制造形式，它的形成对柔性组合夹具有重要的意义。FMC是指柔性制造单元，FMS是指柔性制造系统，在它们的制造过程中机床自主决定所要制造零件的式样、长短、大小，也就是刀具和零件之间的位置关系，所以不需要安装刀具引导。组合夹具的重要工作就是把零件准确地放入到机床的生产线中，这种先进的机床具有很多夹具的功能，比如说分度夹具、引导刀具及角度形状等，各种虎钳渐渐的成为它的辅助附件，夹具的形状也随之变得越来越简单。与传统的“分离体制”技术相比，如今“集成体制”柔性制造技术更能满足制造的需求，机床上各部件能有效地结合在一起，形成一个综合系统。制造过程中不再一味地要求工作时效，相反要求提高总体的工作效率。以往的积木式组合夹具在新时代制造原理的引导下被灌注了新的意义。结构灵活多变的夹具组合其传统优势之处，被行业内部称之为“同当代机床最为快捷、最为简单、最为匹配的且具备柔性的配置”。

2 柔性组合夹具的形成和运用

2.1 柔性元件的设计

生产中心是以FMC为代表，是将产品部件的多个制造程序集中起来高效率的生产，组合夹具安装一次就能同时完成多个程序的生产。机床、组合夹具及产品部件和过去的生产模式是截然不同的关系，其是在组合夹具的底部，尽最大可能地装置多个需要生产的部件，而且当这套夹具正在运作时，和其拥有同种特性的夹具也同时在机床外进行安装亦或是卸载部件，乃至装置在底板上的夹具还有可能在传输系统里中周转。组合夹具能够确保被生产的工件准确地放入机床的生产线里，夹具上的产品部件都成型以后，机床内部的夹具同机床外部的夹具进行互换，二者迅速地完成连接。因为机床外部具有安装、自卸产品部件的功能，这相对缩减了机床的停机时间。因此，柔性组合夹具在元件系列的设计上发展出与其相适应和匹配的元件系列。通常形式下，夹具和工件单一加工工序主要是以工件整个加工过程之间相互联系，以此形成了多种夹具为主要代表的柔性组合夹具，这种组合夹具主要有基础板和基础角铁、T形基础、方箱等几何形状的基础件系列。在其使用过程中，这些元件最大的特点就是：在与机床工作接过程中会形成一种密切的关系，同时这种形式可以与工作台面上或者是机床的托板相连接，有的时候托板会按照柔性的组合夹具来进行设计，并作为机床的附件出现。随着柔性组合夹具的不断发展，这也进一步推动了柔性制造技术的发展。

2.2 在汽车零部件制造中采用柔性组合夹具

在使用柔性制造技术时，机床的夹具在整个生产过程中产生着巨大的作用。从计算机的集成制造系统来看，大部分单位的柔性制造生产系统都不是很完善。对此为了将这种系统更加的智能化，形成机床和加工零件之间进行对接过程中实现自动化或者是柔性化，实现这种自动化生产模式是非常难的。这种智能化较高的生产技术，务必要在某一技术中有所突破才可以，如果要覆盖全行业是不容易实现的。理想状态柔性化实现的最便捷途径，就是从之前的组成夹具进行优化，进而可以体现出柔性化。随着柔性组合夹具的不断发展，其中柔性组合夹具在其技术制造过程中也取得了前所未有的突破，其中将柔性组合夹具应用在汽车行业中，在此过程中也取得了一定的成绩。柔性化组合夹具和元件系列和机床之间的关系密不可分，当元件系统在压缩时，柔性组合夹具技术就会在机床上被应用，夹具的结构将会从复杂结构转变成为简单结构。比如在汽车柔性制造过程中，将会使用许多的柔性组合夹具，特别是发动机、变速器或者离合器等关键部分的零件。例如离合器与变速器这种主要是由壳体或者盖子组成，被广泛应用在零件夹具结构制造中，进而使得两面加工更加的现实。这种零件通常都是由铝合金材料组成，在此过程中都是保持一种加工刚度特性，其中理想的典型柔性组合夹具都是各种技术应用所体现出的结果。对此需要加强这一方面的技术研究和发展，下面简单列举几种柔性组合夹具的实例：

从图1可以看到，汽车离合器壳体零件是在立式加工中心中所生产的，其主要使用的是组合夹具。这种夹具局限在定位和加紧元件的功能之上，其中系统的结构比较稳定，其中工作人员对夹具组装只需要30min，在进行柔性化生产过程中可以从中看出其速度。图2是一种汽车离合器中的壳体零部件，这种部件主要是在卧式加工中心中使用柔性组合夹具。从中不难看出，夹具虽然是围绕零件的框架式结构，可是也要充分考虑到整体的加工状态，框柱组成双体并作加固，其中各种定位点和辅助支撑点相对要处于合适位置。

在对加工柔性组合夹具进行管理过程中，主要涵盖了各种元件和人的组合系统，同时两种不同的环境中出现各种元件配置或者是在生产准备过程中形成的管理位置、元件管理及技术管理等，换而言之，技术的发挥和管理水平之间存在着柔性化的关系。从技术管理层面来看，管理的重要性则显现得更为突出。这是由于传统的组合夹具已经不能适应当前的生产需求，对此需要建立起一种科学的夹具组装站，并对其相关夹具进行科学管理，以此推动柔性夹具的进一步发展与创新。

3 发展趋势

柔性组合夹具是不可能在每一个方面都实现柔性化的，因此针对某一个方面合理发展与之适应的柔性组合夹具系列，待到发展成熟后再向其他方面逐渐拓展，这样就能开发出更高技术的柔性组合夹具。比如在汽车的车身焊接夹具中可以利用高技术的机器人技术来开发更为简捷的柔性焊接组合夹具，其中采用的夹紧技术更先进、快速、可靠。传统的组合夹具元件这里已经可以完全抛弃，采用先进技术组合的配件自然也是最先进的夹具结构组合。而汽车零部件的大小和形状基本决定了汽车零部件的结构和变化的相似性，在合理的范围内改变也是柔性组合夹具的必要条件。但需要明确的是，虽然柔性组合夹具有着更为可观的应用前景，但我国缺少专业的、高水平的柔性组合夹具人才这是不争的事实，为了解决这一问题，我国高校、政府和社会应多培养这方面的人才，这样才能母本上促使柔性组合夹具取得更好的发展，在促进我国社会经济发展中做出更大的

贡献。

4 结语

综上所述，在现代化发展柔性组合夹具的今天，技术研发者只有了解柔性组合夹具的特点和发展方向，理解柔性制造的特点和基本技术，才能研发出新型的适应市场的柔性组合夹具，只有研发出与市场发展需求相符的柔性组合夹具发展，才能真正受到各大企业的普遍欢迎和认可，但想要达到这一目的还需要我国有关人员对柔性制造的技术和特征深入研究。在不久的将来，柔性组合夹具必定能造福于更多的领域，在各大领域内得到更为普遍的应用。

参考文献

[1] 刘玉霞，王勇.柔性制造系统及其应用[J].制造技术与机床，2008，（1）.

[2] 王凤鲜.浅谈组合夹具的重要作用[J].科技情报开发与经济，2008，（34）.

[3] 徐斌，马|.柔性制造系统在汽车冲压行业中的应用[J].湖南农机，2014，（3）.

柔性制造篇9

关键词：截齿；弧焊机器人；柔性再制造；建模；反求工程

引言

采掘设备截齿在高冲击、高应力、高磨损条件下，在截肩处受到很大的弯矩和剪切力，所以截齿的齿体易出现破损状态。基于煤矿生产中大量截齿磨损、破损的实际，通过弧焊机器人再制造技术获得性能满足使用要求的截齿，从而实现报废截齿被修复再利用。

反求工程是对已有实物原型进行数据测量、拟合、重构CAD模型的一种技术，是截齿再制造模型建立的基础[1]。采用分层/堆积方式实现重要破损零件维修再制造是目前研究的热点问题之一，柔性化、自动化、智能化的再制造技术是未来再制造工程发展的方向。在基于精密焊接方法制造金属零件的研究方面，国内外都开展了相关工作， 如英国的诺丁汉大学、澳大利亚的威龙宫（Wollongong） 大学 等。西安交通大学机械学院的先进制造研究所进行了等离子弧焊直接金属成形技术的研究工作[2]，华中科技大学材料学院进行了基于焊接机器人的三维快速成形的方法研究等[3]。

本文着重介绍采掘设备截齿机器人柔性再制造三维模型建立的基础-反求工程。

1 截齿三维信息数据的预处理

实际测量结果不可避免存在一定误差，如果直接用这些数据进行拟合及重构，势必会造成曲面不满足精度要求，因此，需要对拟合曲面进行处理[4]：

1.1 数据插补

1.2 数据平滑

测量结果存在误差，部分点是不准确的，除去不在曲面的点，使截齿曲面趋于平滑。

2 曲面重构

根据曲面拓扑的形式不同，曲面构造可分为两种方法[5]：

2.1 以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方法

2.2 是以非均匀有理B样条曲线、曲面为基础的矩形域参数曲面拟合方法，即NURBS法，目前大都采用这种方法，本文也采用这种方法。

一般情况下，分两个步骤利用NURBS进行曲面插值，首先，沿着u向对每个切片上的数据，把它们换算成带权的型值点，再按照B样条曲线的边界条件及反算公式，求出控制点，然后再把这些控制点看做v向按照B样条曲线的边界条件及反算公式进行反算，求得矩阵点，构成控制网络。

在反算过程中，应用重节点条件，使特征多边形的首末顶点满足型值点首末端点的插值条件，边界条件取为自由端点条件，节点矢量按照累计弦长法计算。得到控制网格后，就可以利用定义式，进行曲面重构。

3 截齿三维模型

通过空间点数据得到截齿曲面模型后，就可将其导入三维造型软件中，得到截齿的三维实体模型，截齿的种类不同，结构不一，其中一种截齿三维模型如图1所示，图2为其STL模型。

4 结束语

本文主要是对缺损的截齿进行三维结构建模，然后与完整的采掘及截齿进行对比，建立截齿的再制造模型，为后续的弧焊机器人柔性再制造过程奠定了一定的基础。

参考文献

[1]钟俊坚.反求工程中的数据加工处理[J].南方冶金学院学报，2005，26（6）.

[2]Zhao Baojun， Wang Su， Chen Wuyi ， A lgorithm for rapid slicing STL model [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautic， 2004， 30（4）： 329-333.

[3]Choi S H， Kwok K T. A tolerant slicing algorithm for layered manufacturing [J]. Rapid Prototyping Journal， 2002， 8（3）： 161-179.

柔性制造篇10

［关键词］ 模块化生产； 战略柔性； 企业绩效

随着全球范围内技术转移和产业融合趋势的增强，我国制造业正以前所未有的速度嵌入全球价值链。但是同发达国家相比，我国的制造业的整体水平还比较低，仍以劳动密集型为主，处在价值链低端。因此，如何充分利用嵌入全球价值链所带来的机遇，通过提高企业自身的模块化生产能力，从而提高企业绩效成为我国制造业发展中不可回避的课题。利用模块化，企业可以把复杂的产品分解或者运用拼组技术将零部件重新组合，进而缩短新产品的研发周期和投放市场的时间。在实践中，模块化生产模式已在IBM、大众汽车 和GE 等一些跨国公司中得到了成功的应用。因此，在全球化分工协作的背景下，结合我国制造业（本文是基于珠三角制造企业的数据）的发展状况，研究制造企业的模块化生产对企业战略柔性及企业绩效的作用具有重要的战略意义。

1理论推导与假设

1．1模块化生产能力与战略柔性的关系

20世纪60年代，模块化技术取代流水线技术成为新的主导范式。关于模块化的定义，多数学者都沿用美国斯坦福大学经济学教授青木昌彦的定义，即模块化是指半自律的子系统，通过和其他同样的子系统按照一定规则相互联系而构成的更加复杂的系统或过程。它的核心是从相对小的、可以独立进行功能设计的系统组建成一个复杂产品或流程。模块化是一种基于产品体系的发展战略，它将复杂的产业链按照一定的“块”进行调整和分割，按模块组织生产和供应，制造商保留产品研发、产品设计的技术控制，将高度模块化的生产过程外包给供应商。同时，作为创建产品和过程架构的一种设计战略，模块化还可以提高企业向顾客提供更多种类的产品和服务的能力，加速经过技术改良的产品的上市过程和降低新产品的开发成本，提高企业有效应对日益复杂技术的能力。通过把产品分解成子系统或模块，设计者、生产者和用户可以同时获得较高水平的柔性，特别是为实施企业带来大量的战略柔性。Nicolay Worren等（2002）在对家电行业的实证研究中，把战略柔性分为模块多样化、模块引进速度和新产品创新速度3个层面，并得出模块化生产能力对战略柔性有显著的正向影响作用的结论。此外，在特定的模块化架构中，通过实现新的零部件组合，可以产生大量新产品，这种柔性可以为企业带来许多战略利益。有些学者还结合家电行业就市场环境、产品模块化对企业绩效的影响进行了实证研究，结果表明，市场环境的变化与模块化产品架构以及企业绩效具有强相关性论文下载。

本文根据前人的研究，把战略柔性分为先动柔性和响应柔性两个维度，认为模块化生产能力与战略柔性和战略绩效具有紧密相关关系。本文提出以下3个假设：

假设1：制造企业模块化生产能力对先动柔性具有显著的正向影响作用。

假设2：制造企业模块化生产能力对响应柔性具有显著的正向影响作用。

假设3：制造企业模块化生产能力对战略绩效有显著的正向影响作用。

1．2战略柔性与企业绩效的关系

战略柔性的研究与企业内外部环境的变化是紧密联系的，由于研究角度的不同，学术界对战略柔性还没有统一的定义和分类。Ansoff（1965）认为战略柔性可以从两个有代表性的方面来衡量：通过多元化的产品市场投资模式而获得的外部柔性和通过资源流动方式获得的内部柔性。Sanchez（1995）认为战略柔性是公司对动态竞争环境下不同需求做出反应的能力及新产品创造技术对研发、生产、配送、营销产品所需资源的影响：公司产品创新资源中的柔性和公司在新产品战略和组织结构中有效应用这些资源的能力之间的关键依赖性。并提出战略柔性由资源柔性和协调柔性组成。其中资源柔性是由资源本身的属性所决定的，而协调柔性则反映了企业利用资源的能力。M．Mandelbaum（1978）则认为战略柔性是生产系统应对环境变化或者环境变化带来的不稳定性的能力，并把它分为先动柔性和响应柔性两个维度。其中，先动柔性反映企业以变应变的能力，响应柔性则反映企业以不变应变的能力。在动态的环境中，企业通过提高自身的战略柔性来应对外部环境的变化，从而达到增强企业的竞争优势和绩效的目的。许守任（2006）在以中国工业企业为样本的实证研究中发现，企业的战略柔性对企业的国际经营绩效具有显著的正向影响。 王核成（2005）认为战略柔性的目标是长期的，如果企业仅着眼于短期利益而牺牲战略柔性，则随着环境快速复杂变化，企业的发展必然要受到阻碍。

基于上述理论分析，在总结前人研究的基础上，本文从先动柔性和响应柔性两个维度来衡量战略柔性，并采用近3年来，公司同主要竞争者相比，对新产品开发的满意度、对新市场拓展的满意度等6个非财务指标来衡量企业战略绩效。由此提出本文的第四个和第五个假设：

假设4：先动柔性对企业战略绩效具有显著的正向影响作用。

假设5：响应柔性对企业战略绩效具有显著的正向影响作用。

2数据收集与研究方法

2．1概念衡量

制造企业模块化生产以模块化技术为主导，以信息技术为基础，以成熟的管理方法为手段，以满足顾客个性化需求为目标，是一种柔性的生产方式。它的衡量主要包括10个指标。

企业战略柔性主要从先动柔性和响应柔性两个维度衡量。先动柔性的衡量主要包括9个指标；响应柔性主要包括10个指标。

衡量一个企业的经营绩效，有很多指标可供选择，如每股收益、投资回报率、净资产收益率、总资产收益率等。由于本文主要考察模块化生产能力对战略柔性及企业绩效的影响，特别是对企业长期绩效的影响，因此选择近3年来，公司同主要竞争者相比，对新产品开发的满意度、对新市场拓展的满意度、对设计制造过程创新能力的满意度等6个非财务指标来衡量其战略绩效。

以上所有指标均采用李氏5分量表（Likert－5Points）进行赋值，给最高的赋值为5分，给最低的赋值为1分。

2．2样本数据来源

本文选取的样本主要来自广东省的制造企业。本文共发放问卷800份，回收600份，剔除无效问卷后，得到有效问卷381份，有效问卷的回收率是63．5％。

2．3研究方法

本文首先对制造企业模块化生产、战略柔性及战略绩效理论进行概述，在此基础上进行实证分析。本文采用LISREL 8．7作为实证分析的工具，对数据分别进行验证性因子分析、二阶因子分析和结构方程模型的构建，对本研究的假设进行检验。

3实证分析过程

3．1验证性因子分析

在本研究中，我们首先对各假设变量进行验证性因子分析，并根据修正指数（Modification Indices， MI）剔除部分指标，从而提高因子的信度和效度。各验证性因子分析模型经过修正后，RMSEA值都比较小（均小于0．08）；且NNFI和CFI都比较接近1（均大于0．9）。这些都表明拟合情况良好。

3．2模块化生产能力的二阶因子分析

本文构建二阶模型的主要目的是提高模型的总体自由度和使因子间关系更加清晰、明确。变量中的模块化生产能力由于因子较多，采用二阶模型进行建模，需先对二阶模型进行验证性因素分析。运用LISREL 8．7，得出模块化生产能力二阶因子拟合系数的RMSEA值为0．074，小于0．08；且NNFI（0．944）和CFI（0．961）都比较接近1。这些都表明二阶因子模型拟合情况良好。

3．3结构方程全模型

根据以上文检验结果，各验证性因子分析模型拟合良好，可在此基础上构建结构方程全模型。由于模型中各因子间相互影响，导致部分原来的因子负荷和相关关系发生变化，如模块化生产各因子负荷在二阶验证性因子分析中和在全模型中有一些差别，这是因为全模型中综合考虑了模块化生产、战略柔性及战略绩效因子的关系。模块化生产能力对先动柔性和响应柔性具有显著的正向作用，作用系数分别为0．77和0．80，这与假设1相一致；先动柔性和响应柔性对企业战略绩效有正向作用，但作用不是很明显，作用系数分别为0．19和0．27，这同时也说明模块化生产能力通过战略柔性来对企业战略绩效的影响不是很显著；模块化生产能力对企业战略绩效有正向作用，但作用也不是很显著，作用系数为0．32。可以看出，整个模型的拟合程度较好。

同时，为了了解模块化生产能力各一阶因子与战略柔性及企业绩效的关系，我们进一步分析了各一阶因子对战略柔性以及企业绩效的直接效应和间接效应，得出的结果是，模块化生产能力的各一阶因子对企业绩效的总效应都比较高，按照总效应大小排序分别为M3（0．49）、M4（0．49）、M9（0．49）、M10（0．49）、M2（0．47）、M8（0．47）、M5（0．45）。

假设检验结果如下：

假设1：制造企业模块化生产能力对先动柔性具有显著的正向影响作用，支持（0．77）；

假设2：制造企业模块化生产能力对响应柔性具有显著的正向影响作用，支持（0．80）；

假设3：制造企业模块化生产能力对战略绩效有显著的正向影响作用，支持（0．19）；

假设4：先动柔性对企业战略绩效具有显著的正向影响作用，支持（0．27）；

假设5：响应柔性对企业战略绩效具有显著的正向影响作用，支持（0．32）。

4结果与讨论

本文的创新性主要在于利用实证的方法建立了一个理论模型，并验证了模块化生产能力与战略柔性及企业绩效之间存在显著相关关系。本文从实证分析中所得到的主要发现如下：

本文支持了模块化生产能力与战略柔性及企业绩效具有正向相关关系的假设。这与Sanchez（1995）等学者的研究结果相一致。我们发现模块化生产能力与企业战略柔性（先动柔性和响应柔性）具有显著的正相关关系。Nicolay Worren（2002）等学者在对家电企业的实证研究中也发现制造模块的多样化（如企业所具有的产品模块的数量）与战略柔性及企业绩效有正向相关影响。这一结果也证实了模块化生产能力是企业战略柔性的重要来源。在当今企业经营环境日益动态化和顾客需求日益多样化的背景下，模块化生产作为一种战略工具，可以满足顾客的多样化需求，从而有效地提高企业的战略绩效。

主要参考文献

［1］ 曹虹剑．模块化组织及其竞争优势［J］． 湖南师范大学社会科学学报，2006，35（5）.