![柔性製造技術[柔性製造技術]](/img/2/8fb/nBnauM3X2UjMzkTN2gDO4IDO1QTMwcTOykzMyQTNwAzMwIzL4gzLxMzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLyE2LvoDc0RHa.jpg "柔性製造技術[柔性製造技術]")
概述
柔性製造技術隨著社會的進步和生活水平的提高，社會對產品多樣化，低製造成本及短製造周期等需求日趨迫切，傳統的製造技術已不能滿足市場對多品種小批量，更具特色符合顧客個人要求樣式和功能的產品的需求。90年代後，由於微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發展，製造業自動化進入一個嶄新的時代，技術日臻成熟。柔性製造技術已成為各工業化國家機械製造自動化的研製發展重點。
柔性製造技術也稱<柔性集成製造技術>，是現代先進制造技術的統稱。柔性製造技術集自動化技術、信息技術和製作加工技術於一體，把以往工廠企業中相互孤立的工程設計、製造、經營管理等過程，在計算機及其軟體和資料庫的支持下，構成一個覆蓋整個企業的有機系統。
柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統適應外部環境變化的能力，可用系統滿足新產品要求的程度來衡量；第二方面是系統適應內部變化的能力，可用在有干擾(如機器出現故障)情況下，系統的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比來衡量。"柔性"是相對於"剛性"而言的，傳統的"剛性"自動化生產線主要實現單一品種的大批量生產。其優點是生產率很高，由於設備是固定的，所以設備利用率也很高，單件產品的成本低。但價格相當昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件，難以應付多品種中小批量的生產。隨著批量生產時代正逐漸被適應市場動態變化的生產所替換，一個製造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決於它是否能在很短的開發周期內，生產出較低成本、較高質量的不同品種產品的能力。柔性已占有相當重要的位置。
主要包括
機器柔性：當要求生產一系列不同類型的產品時，機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
工藝柔性：一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力；二是製造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
產品柔性：一是產品更新或完全轉向後，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力；二是產品更新後，對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
維護柔性：採用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行的能力。
生產能力柔性：當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對於根據訂貨而組織生產的製造系統，這一點尤為重要。
擴展柔性：當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統結構，增加模組，構成一個更大系統的能力。
運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品，換用不同工序加工的能力。
主要表現
①生產設備的零件、部件可根據所加工產品的需要變換；
②對加工產品的批量可根據需要迅速調整；
③對加工產品的性能參數可迅速改變並及時投入生產；
④可迅速而有效地 綜合套用新技術；
⑤對用戶、貿易夥伴和供應商的需求變化及特殊要求能迅速做出反應。採用柔性製造技術的企業，平時能滿足品種多變而批量很小的生產需求，戰時能迅速擴大生產能力，而且產品質優價廉。柔性製造設備可在無需大量追加投資的條件下提供連續採用新技術、新工藝的能力，也不需要專門的設施，就可生產出特殊的軍用產品。
技術劃分
柔性製造監控系統的套用1) 柔性製造系統(FMS)
關於柔性製造系統(FMS，Flexible manufacturing System)的定義很多，權威性的定義有：美國國家標準局把FMS定義為：“由一個傳輸系統聯繫起來的一些設備，傳輸裝置把工件放在其他聯結裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動化。中央計算機控制工具機和傳輸系統，柔性製造系統有時可同時加工幾種不同的零件。”國際生產工程研究協會指出“柔性製造系統是一個自動化的生產製造系統，在最少人的干預下，能夠生產任何範圍的產品族，系統的柔性通常受到系統設計時所考慮的產品族的限制”。而我國國家軍用標準則定義為“柔性製造系統是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化製造系統，它包括多個柔性製造單元，能根據製造任務或生產環境的變化迅速進行調整，適用於多品種、中小批量生產。”簡單地說，FMS是由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的並能根據製造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化製造系統。目前常見的組成通常包括4台或更多台全自動數控工具機(加工中心與車削中心等)，由集中的控制系統及物料搬運系統連線起來，可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工及管理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代 FMS，日本從1991年開始實施的"智慧型製造系統"(IMS)國際性開發項目，屬於第二代FMS；而真正完善的第二代FMS預計本世紀十年代後才會實現。
2) 柔性製造單元(FMC)
FMC的問世並在生產中使用約比FMS晚6～8年，FMC可視為一個規模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物，它是由1～2台加工中心、工業機器人、數控工具機及物料運送存貯設備構成，其特點是實現單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產品的靈活性。迄今已進入普及套用階段。
3) 柔性製造線(fml)
它是處於單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC工具機；亦可採用專用工具機或NC專用工具機，對物料搬運系統柔性的要求低於FMS，但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性製造系統和連續生過程中的分散型控制系統(DCS)為代表，其特點是實現生產線柔性化及自動化，其技術已日臻成熟，迄今已進入實用化階段。
4) 柔性製造工廠(FMF)
FMF是將多條FMS連線起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統進行聯繫，採用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMF。它包括了CAD/CADM，並使計算機集成製造系統(CIMS)投入實際，實現生產系統柔性化及自動化，進而實現全廠範圍的生產管理、產品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產的最高水平，反映出世界上最先進的自動化套用技術。它是將製造、產品開發及經營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質流的智慧型製造系統 (IMS)為代表，其特點是實現工廠柔性化及自動化。
關鍵技術
柔性製造技術未來CAD技術發展將會引入專家系統，使之具有智慧型化，可處理各種複雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術，該項新技術是直接利用CAD數據，通過計算機控制的雷射掃描系統，將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形，並按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑膠，如此循環操作，逐層掃描成形，並自動地將分層成形的各片狀固化塑膠粘合在一起，僅需確定數據，數小時內便可制出精確的原型。它有助於加快開發新產品和研製新結構的速度。
2) 模糊控制技術
模糊數學的實際套用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息並自動地對控制量作調整，使系統性能大為改善，其中尤其以基於人工神經網路的自學方法更引起人們極大的關注。
3) 人工智慧、專家系統及智慧型感測器技術
迄今，柔性製造技術中所採用的人工智慧大多指基於規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理，求解各類問題(如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計畫、監視、修復、命令及控制等)。由於專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論與通過經驗獲得的知識相結合，因而專家系統為柔性製造的諸方面工作增強了柔性。展望未來，以知識密集為特徵，以知識處理為手段的人工智慧(包括專家系統)技術必將在柔性製造業(尤其智慧型型)中起著日趨重要的關鍵性的作用。目前用於柔性製造中的各種技術，預計最有發展前途的仍是人工智慧。預計到21世紀初，人工智慧在柔性製造技術中的套用規模將在比目前大4 倍。智慧型製造技術(IMT)旨在將人工智慧融入製造過程的各個環節，藉助模擬專家的智慧型活動，取代或延伸製造環境中人的部分腦力勞動。在製造過程，系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵時能自動調節其參數，以達到最佳工作狀態，具備自組織能力。故IMT被稱為未來21世紀的製造技術。對未來智慧型化柔性製造技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智慧型感測器技術。該項技術是伴隨計算機套用技術和人工智慧而產生的，它使感測器具有內在的“決策” 功能。
4) 人工神經網路技術
人工神經網路(ANN)是模擬智慧型生物的神經網路對信息進行並處理的一種方法。故人工神經網路也就是一種人工智慧工具。在自動控制領域，神經網路不久將並列於專家系統和模糊控制系統，成為現代自動化系統中的一個組成部分。
發展趨勢
1) FMC將成為發展和套用的熱門技術這是因為FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近，更適用於財力有限的中小型企業。目前國外眾多廠家將ＦＭＣ列為發展之重。2) 發展效率更高的FML多品種大批量的生產企業如汽車及拖拉機等工廠對ＦＭＬ的需求引起了FMS製造廠的極大關注。採用價格低廉的專用數控工具機替代通用的加工中心將是ＦＭＬ的發展趨勢。
3) 朝多功能方向發展由單純加工型FMS進一步開發以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等製造工序兼具的多種功能FMS。
柔性製造技術是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢，是決定製造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。屆時，智慧型化機械與人之間將相互融合，柔性地全面協調從接受訂貨單至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。近年來，柔性製造作為一種現代化工業生產的科學"哲理"和工廠自動化的先進模式已為國際上所公認，可以這樣認為：柔性製造技術是在自動化技術、信息技術及製造技術的基礎上，將以往企業中相互獨立的工程設計、生產製造及經營管理等過程，在計算機及其軟體的支撐下，構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統，以實現全局動態最最佳化，總體高效益、高柔性，並進而贏得競爭全勝的智慧型製造技術。它作為當今世界製造自動化技術發展的前沿科技，為未來機構製造工廠提供了一幅宏偉的藍圖，將成為21世紀機構製造業的主要生產模式。
案例分析
內然機製造
(1)國外內燃機的製造，對多品種中小批量生產，大多數採用工序集中的原則，採用加工中心，數控工具機，柔性製造單元和柔性製造系統。因此，柔性化較高，更換品種的調整時間比一般生產線減少75%以上，儘管初期投資大，但總的經濟效益是好的。
(2)多品種中大批量生產，採用柔性製造線，生產線主要由換箱、轉塔、換刀加工中心，數控工具機和數控專用工具機組成。對換箱加工中心，目前自動更換儲貯主軸箱的數目很多，可由幾個至十幾個，所以組合起來能滿足中大批量多品種加工。
(3)多品種大批量生產的柔性生產線。國外不僅在多品種中大批量的情況下採用柔性生產線，而且在多品種大批量(十幾萬到數十萬)的情況下也採用柔性生產線，這種多品種大批量的柔性生產線由計算機控制的三座標模組組成，這些專門化的模組，可以是換刀的、換箱的、也可以是轉塔頭的。由三座標加工模組代替組合專用工具機，提高了生產線的柔性，不僅可以適用多品種的輪番生產，還可以混流生產。該類生產線雖然初期投資大，但由於生產線可以滿負荷生產，生產效率高，加工質量可靠，產品質量好，故障少，可靠性高，維修費用少，因此產品成本低，經濟效益好。
技術套用
國內內燃機的製造，機械加工線以自動化線和機械化生產線為主，其中發動機機體和缸蓋的加工以自動線為主，曲軸、凸輪軸和連桿等主件以機械化生產為多，但線上插有工序為自動線。
柔性生產線基本上尚屬空白。
套用領域
柔性化生產比較典型的套用在汽車製造領域。美國、日本等國家在上世紀70年代前後已經開展了柔性生產。世界主要汽車生產廠商如通用、福特、寶馬、豐田等公司都採用了柔性製造系統，實現同平台多車型或跨平台車型共線生產、任意混流生產或批量生產等柔性生產目的。在我國，廣汽豐田、一汽大眾、上海通用等品牌的工廠都採用了柔性化的生產方式。除此之外，柔性化生產也廣泛套用電子製造、家用電器、醫療器械、紡織服裝等行業。
柔性化生產在“網際網路+”時代被賦予了更多的意義。供需雙方通過網際網路平台，實現明確需求、產品設計、加工生產、物流配送，在短時間之內完成個性化產品的交易，柔性化生產在此過程中至關重要。以服裝行業為例，不管是青島紅領，還是阿里的“淘工廠”，都在通過個性定製、柔性生產讓用戶需求得以快速落實為企業訂單。與此同時，柔性化生產也有助實現多企業的組織協同，讓技術要素、市場要素等協同配置更便捷，提升產品的質量和服務水平。
分析原因
(1)產品單一。既無多品種中大批量，也無多品種中小批量，因此，缺少建設柔性生產線的必要條件。
(2)投資限制。各汽車廠和各內燃機廠幾乎都依賴於向銀行借貸投資，因此投資規模受到資金來源和經濟效益雙重限制，不大可能將巨額資金用於純技術水平的提高上即建設高技術的柔性生產線。廠家更多考慮的仍然是建設規模。事實上，在產品單一大量生產時，國外也仍然是以自動線為主，其原因也是從經濟效益的角度出發，況且自動線仍然是當今國內外內燃機製造的主要工藝手段之一。
(3)技術因素。柔性生產線畢竟是當今高科技的產物，引進、消化都需要時間，欲速則不達，弄不好會有適得其反之效果。當然，柔性製造技術決不是高不可攀的技術，事在人為，只要各種條件具備，柔性製造技術也一定會在中國內燃機廠家生根開花，為多品種生產服務。
技術方式
1、細胞生產方式
與傳統的大批量生產方式比較，細胞生產方式有兩個特點，一個是規模小（生產線短，操作人員少），另一個是標準化之後的小生產細胞可以簡單複製。由於這兩個特點，細胞生產方式能夠實現⑴簡單應對產量的變化，通過複製一個或以上的細胞就能夠滿足細胞生產能力整數倍的生產需求；⑵減少場地占用，細胞是可以簡單複製的（細胞生產線可以在一天內搭建完成），因此不需要的時候可以簡單拆除，節省場地；⑶每一個細胞的作業人數少，降低了平衡工位間作業時間的難度，工位間作業時間差異小，生產效率高；⑷通過合理組合員工，即由能力相當的員工組合成細胞，可以發揮員工最高的作業能力水平。如果能夠根據每一個細胞的產能給予相應的獎勵，還有利於促成細胞間的良性競爭。細胞生產線的形式是多樣的，有O形，也有U形，有餐檯形，也有推車形等等。
2、一人生產方式
我們看到過這樣的情形，某產品的裝配時間總共不足10分鐘，但是它還是被安排在一條數十米長的流水線上，而裝配工作則由線上的數十人來完成，每個人的作業時間不過10、20秒。針對這樣一些作業時間相對較短、產量不大的產品，如果能夠打破常規（流水線生產），改由每一個員工單獨完成整個產品裝配任務的話，我們將獲得意想不到的效果。同時，由於工作績效（品質、效率、成本）與員工個人直接相關，一人生產方式除了具有細胞生產的優點之外，還能夠大大地提高員工的品質意識、成本意識和競爭意識，促進員工成長。
3、一個流生產方式
一個流生產方式是這樣實現的，即取消機器間的台車，並通過合理的工序安排和機器間滑板的設定讓產品在機器間單個流動起來。它的好處是，⑴極大地減少了中間產品庫存，減少資金和場地的占用；⑵消除機器間的無謂搬運，減少對搬運工具的依賴；⑶當產品發生品質問題時，可以及時將信息反饋到前部，避免造成大量中間產品的報廢。一個流生產方式不僅適用於機械加工，也適用於產品裝配的過程。
4、柔性設備的利用
一種叫做柔性管的產品（有塑膠的也有金屬的）開始受到青睞。從前，許多企業都會外購標準流水線用作生產，現在卻逐步被自己拼裝的簡易柔性生產線取代。比較而言，柔性生產線首先可降低設備投資70-90%以上，其次，設備安裝不需要專業人員，一般員工即可快速地在一個周末完成安裝，第三，不需要時可以隨時拆除，提高場地利用效率。
5、台車生產方式
我們經常看到一個產品在製造過程中，從一條線上轉移到另一條線上，轉移工具就是台車。著眼於搬動及轉移過程中的損耗，有人提出了台車生產線，即在台車上完成所有的裝配任務。
6、固定線和變動線方式
根據某產品產量的變動情況，設定兩類生產線，一類是滿足某一相對固定最的固定生產線，另一類是用來滿足變動部分的變動生產線。通常，傳統的生產設備被用作固定線，而柔性設備或細胞生產方式等被用作變動生產線。為了徹底降低成本，在日本變動線往往招用勞務公司派遣的零時工（Part-Time）來應對，不需要時可以隨時退回。
