柔性制造系统加盖机械手的PLC控制
【摘要】柔性制造特有的机械手，经由交流态势下的电机带动，转动机械手衔接着的蜗轮蜗杆。在减速电机的协同下，驱动摆臂把预备好的上盖，安设在工件固有的主体。完成了如上的组装，工件就随同托盘，朝向下站去传递。柔性制造体系特有的机械手，被划归成加盖机械手，它是经由PLC路径下的管控流程，被自动管控的。为此，有必要明晰PLC特有的管控方式。
【关键词】柔性制造系统;加盖机械手;PLC 控制
柔性制造这一体系架构内，带有加盖特性的机械手，被看成运行管控的可用单元，带有凸显的影响。对PLC特有的机械控制，予以辨识并解析，能保证管控单元应有的稳定及合理，同时明晰细分出来的动作任务，对自动管控，带有积极价值。
一、机械手固有的构架解析
(一)根本构架
柔性架构下的制造系统，安设加盖这一机械手，是要经由交流态势下的电机，带动固有的蜗轮蜗杆。在这以后，经由减速电机的互通驱动，摆臂会把制备好的上盖，衔接在工件固有的主体架构以内。完成如上的流程，工件会伴随固有的托盘，向下去运送。这样一来，加盖机械手预设的操作任务，就得以完成。依循如上的作用，可以明晰：加盖机械手固有的主体构架，可分出蜗轮蜗杆衔接着的减速配件、传送必备的电机、摆臂及衔接的料槽、工作态势下的指示灯、预设的直线单元。
(二)预设的控制单元
柔性制造这一系统架构内，加盖机械手特有的管控部分，是自动管控中的侧重部分。与此同时，机械手特有的自动控制，是经由PLC这一管控程序，予以建构的。惯常情形下，机械手衔接着的硬件构架，涵盖特有的查验配件、安设好的执行配件。
在这之中，预设的检测元件，被看成机械手衔接着的传感器，它被划归成既有的控制构架。这一配件，能输出明晰的控制信号。机械手惯常的机械动作，是由预设的执行配件，予以完成的。实践流程内，为实现惯常用到的管控性能，要在控制构架固有的结构以内，添加合规的查验装置、合规的传感装置。如上的装置，涵盖了电感架构下的传感器、电容架构的传感器、衔接好的微动开关。除此以外，安设好的直流电机、特有规格的电磁铁，都被划归成执行配件。继电器衔接的控制配件，也应被妥善安设。
二、PLC架构下的管控流程
第一，柔性制造这一系统以内，加盖机械手衔接的控制单元，经由启动及运行，控制配件特有的指示灯，被更替成开启状态。在这以后，直线架构下的电动机，会驱动安设好的传送带，进行惯常的动作运转。在停止以前，保持既有的运行态势。
第二，机械手管控这一运行时段内，若托盘把固有的工作主体，加载到预设的方位，并到达预设的定位口，那么电感架构下的传感器，在经由查验以后，会发出明晰的检测信号。在这样的态势下，绿色灯会更替成启动模式，红色灯熄灭。电容架构的传感器，在查验了上盖以后，启动体系以内的主要摆臂，执行关联着的加盖动作。
第三，机械手管控的时段内，PLC特有的控制流程，会经由设定好的继电器，预设正反转这一流程的管控。带动减速架构的电机，促动摆臂去运作。主体摆臂经由预设的料槽，取出体系固有的上盖，然后妥善去加盖。
第四，机械手管控的时段内，摆臂返回原初的后限位，开关发出特有的信号。在这以后，摆臂终结预设的返回动作，与此同时，上盖衔接的传感器，会发出特有的查验信号，辨识了启动态势以后，再预设下个动作。完成以后，它会恢复初始的限位。在这时，绿色灯亮，红色灯就熄灭。控制单元归入到原初的预备状态。
三、控制单元特有的软件
柔性制造这一系统，加盖机械手衔接的管控单元，要依循设定好的构架组成，去予以控制。经由解析可知：柔性制造特有的机械动作，是依循PLC特有的控制路径，来实现关联的自动管控。为此，在制备如上的单元时，或者预设可用的软件时，要接纳PLC特有的控制流程。
例如：在预设的某一流程下，加盖机械手衔接的PLC，涵盖了设定好的这一流程：运行调试时段内，可以经由管控开关，模拟机械手原有的总体状态。要依循设定好的动作次序，进行接续的模拟输入;与此同时，对输入架构下的接口板，衔接着的指示灯，进行妥善监控。应被查验的对象，还涵盖了输出态势下的接口板，能管控继电器惯常的动作结果。若现有的管控功能，与机械手预设的要求契合，那么可以衔接好输入输出特有的控制电缆。机械手特有的PLC管控，预设程序时，要明晰交流电动机特有的正反转，对如上的正反动作，设定可用的互锁。这样做，就回避掉了运行路径下的短路事故。
四、细化以后的运作流程
第一，在初始时段内，直线架构下的传送电机、特有规格的摆臂电机，都被设定成原初的停止状态。在这一时段，摆臂被划归成原位;内部架构下的限位开关，受到偏多压力。直流态势下的电磁铁，带有禁行这一标志。衔接着的工作灯，被设定成熄灭这一状态。
第二，在启动以后，单元架构下的红色灯，就会发出亮光。直线电机衔接着的传送带，带有运转的倾向，并保持如上的运转态势。若预设了分单元架构下的运行，那么可以预设同样停止着的继电器，来保持电机应有的运行态势。真正去运行以后，若托盘荷载着的工作主体，达到了预设的定位口，则电感架构下的传感器，会查验安设好的托盘，发出明晰的查验信号。绿色灯明亮，红色灯灭掉。电容架构的传感器，要慎重查验既有的上盖;确认了这一上盖完好，经由三秒以后，才可启动衔接的主臂，来执行惯常的加盖行动。
第三，PLC经由体系以内的继电器，控制电机应有的正反转。这样一来，就带动体系以内的减速机，让摆臂去转动。主体摆臂经由预设的料槽，取出衔接着的上盖，翻转一周。若碰到安设好的控制板，那么体系以内的复位弹簧，就会松开。在这时，摆臂碰到衔接好的外限位，触碰这一方位的开关，终结原初的加盖行动。上盖依循重力作用，落在配件主体这一架构内。经由三秒以后，启动衔接着的摆臂，执行预设的复原动作。
第四，摆臂返回以后，内部架构的限位开关，会发出特有的信号，告知摆臂去终结动作。在这时，若安设好了上盖，那么上盖衔接的传感器，就发出明晰的关联信号。经由辨识并认可，直流电磁铁带有吸合下落这一总倾向，就可放行托盘。若安设上盖这一特有动作，被划归成空操作，那么上盖衔接的传感器，就没能查验出任何信号。为此，摆臂要再去安设这一上盖，直到接纳了到位这一指示。经由三秒的放行，电磁铁被更替到原位，恢复初始时段的限位态势。这时，绿灯明亮，红灯灭掉，站点恢复原初的预备态势。
五、必备的管控软件
在预设的软件上，若要提升原有的可靠特性，则要预设输入点特有的滤波，对输出点预设可用的备份;与此同时，还要添加最优范畴内的工艺冗余。经由数据查验、停电记忆的存留，来提升系统固有的可靠特性。
(一)输入区段以内的滤波
偏多型号特有的配件，都可对设定好的输入点，预设最优的滤波。这样做，就限缩了带有干扰特性的输入信号，也限缩了惯常见到的误动作。若PLC架构下的输入配件，没能预设最佳滤波，那么在接续的编程中，就应妥善去滤波。
例如：衔接好的管控体系，受到场地固有的条件限制，直流态势下的电磁阀，以及衔接着的开关线路，没能穿在同一预设的塑料管以内。调试流程内，会常常发觉偏多故障。经由解析可知，若安设好的阀门，同时去吸合，则会对既有的输入点，造成偏大干扰。在这时，信号灯会亮。体系以内的输入点，不可都预设滤波。为此，在原初的程序以内，安设了合规的定时器，进行特有的软件滤波。
(二)可用的备份
PLC架构下的继电器，惯常涵盖偏小的容量。依循手册规定，这一范畴的配件，能运转偏长的时段。但是，个别触点由于惯常的故障，可能缺失应有的效能。为此，在预设流程时，可运用存留下来的冗余，对输入输出这一范畴的多样点，妥善去备份。
例如：某一机械手，在经由预备时段以后，进入接续的工艺流程。在平日以内的生产中，设备没能带有满负荷的态势。为了限缩能源，并限缩原有的耗费成本，就要更替设定好的温度控制。当达到了设定好的工艺温度，电接点衔接着的温度表，就会闭合特有的触头。在这时，程序进到了接续的下个工艺。若干时段以后，用户查验到这一温度表，被持续加热，没能进到预设的下个工艺，就被毁损掉。为此，可在原初的程序之上，添加可用的时间限制。这样一来，即便损毁了衔接的温度表，设备也维持着惯常的运转态势。这样虽耗费掉偏多电能，却限缩了事故概率。
(三)停电时段内的记忆存留
很多的机械手，在经由断电以后，再去启动，就要依循原初的工艺，予以操作。这时，可在设定好的流程以内，再去预设停电存留这一功能。PLC经由衔接着的多样配件，来预设停电时段的记忆。具体而言，可在运行态势下的程序中，预设精准的定时，并存留各个层级以内的状态值。
结束语
加盖架构下的机械手，是柔性教学特有的产出环节。调研数值表征出：这一产出流程，接纳了惯用的管控方式、机械传动依循的本源原理，它整合起了驱动装置、特有的调试程序、PLC架构下的在线监管。软件惯常见到的故障辨识及修护，也能依循设定好的流程，予以进行。如上的项目，涵盖了新颖的电工电子、关涉机床的预设方式、自动查验的关联技术、气动及关联的液压技术、一体架构下的制造技术，接纳了过程控制这一根本规则。
参考文献
[1]曹海泉.柔性制造系统加盖机械手的PLC控制[J].西安航空学院学报，2013(09).
[2]李祥阳，罗庚合.加盖机械手的PLC控制[J].西安航空技术高等专科学院学报，2010(05).
[3]万书亭，韩蕾.基于PLC控制的柔性制造系统的研究[J].河北软件职业技术学院学报，2007(12).
[4]金燕.柔性制造系统加盖机械手的PLC控制分析[J].科技与企业，2014(03).
[5]梁爽.柔性制造系统实验平台的设计与控制[D].华南理工大学，2010(05).
[6]李进生.柔性制造系统PLC控制技术的优化和设计[J].制造业自动化，2012(11).
[7]方雷.柔性制造系统传输线单元的设计与研究[D].武汉理工大学，2011(04).
[8]曹海泉.穿销机械手的PLC控制[J].工业仪表与自动化装置，2013(08).
作者简介
陈兰，女，1981.3出生，汉，江苏苏州人，中级职称，工作单位：苏州高等职业技术学校，研究方向：机电一体化技术。
作者：陈兰
摘 要： 轨道车辆部件的焊接生产模式正由过去的单一型号生产向多品种共线、订单化生产转变，柔性化、智能化焊接生产成为发展趋势。为轨道车辆转向架构架焊接生产提出一种柔性化智能制造系统。提出侧梁、横梁、构架总成等关键部件的生产工艺流程，改进生产工艺布局;通过优化瓶颈工序生产工艺，提高智能化生产水平;通过优化夹具接口，实现工件快速装夹及产品混线生产;通过智能物流系统构建，将组装、打磨、焊接、运输、检测等工序进行有机串联，形成具有高度柔性的、以中央智能控制系统为核心的柔性化智能制造系统。系统智能化水平较高，可兼容五种产品的共线焊接生产，且能够有效提高产品质量和稳定性，大幅提高生产效率。
关键词： 转向架构架;焊接;工艺优化;柔性化;智能制造
工业技术创新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.013
引言
转向架构架是轨道车辆的核心部件之一，对轨道车辆起到重要承载作用，其可靠性直接影响轨道车辆的行驶安全。转向架构架结构复杂，导致焊缝位置的可达性较差，这一特点决定了其较难实现智能化生产。
当前，智能焊接技术已被各行业广泛应用在生产当中，焊接技术的发展方向是自动化、柔性化、智能化[1]。国内各主机生产企业对转向架构架的智能化生产进行了大量研究，但研究重点主要在于对局部生产工艺的智能化改进，缺乏对转向架构架智能化、柔性化生产系统的整体把控。目前的主流生产模式仍是为每种产品建设单独的生产线，生产线通用性较差，一旦需要生产新产品，必须进行布局调整，大规模更换生产装备及工装，造成大量浪费。近年来，有轨电车、磁悬浮列车、空轨列车等新制式轨道车辆不断涌现，导致产品的生产模式必须由过去的单一型号生产向多品种共线、订单化生产转变，以适应轨道交通产品市场需求的多样化和快速变化[2]。在这种形势下，将具有高度柔性化的智能制造技术应用于转向架构架焊接生产，成为一种解决问题的有效途径。
本文首先对转向架构架焊接结构特点进行分析;其次提出柔性化智能制造系统的总体技术方案;最后结合各子系统的功能，介绍系统应用情况。
1 转向架构架焊接结构特点分析
动车、拖车的转向架构架结构分别如图1a、1b所示，两种构架都主要由侧梁、横梁、纵向牵引梁、定位臂座、制动安装座等组成，主要区别是动车转向架横梁上有齿轮箱和电机吊座，拖车转向架制动安装座安装在横梁上。转向架构架为焊接结构，侧梁为箱型断面，横梁采用箱型结构或无缝钢管型材[3]。与车体结构长直焊缝多、对接焊缝多、母材壁薄相比，转向架构架的焊接结构呈现出截然不同的特征：
（1）构架内部多为加强筋板结构，受加强筋板阻隔以及构架内部空间小等因素影响，短焊缝数量多。焊接过程中需要频繁地熄弧和引弧焊接，不利于发挥智能化焊接方法中连续长时间、大批量焊接的优势[4]。
（2）构架定位臂座、牵引梁等部件的板厚可达50 mm，需提前进行预热处理，不利于流水线焊接作业智能化。
（3）构架焊接工序多，工艺流程复杂，特别是侧梁、横梁的生产需往复流转，工件运输线路繁杂，不利于实现物流智能化。
2 总体技术方案
2.1 基于柔性化智能焊接的生产工艺流程设计
（1）侧梁：侧梁自动组对→侧梁自动焊接→侧梁二次组对→侧梁自动焊接→部件组焊→打磨修补→侧梁调直→侧梁探伤→侧梁加工;
（2）横梁：横梁一步组对→自动焊接→横梁二步组对→自动焊接→打磨修补→横梁探伤→调修;
（3）构架总成：构架组装→构架自动焊接→部件组焊→构架探伤→构架气密性试验。
2.2 系统总体方案
根据转向架构架焊接生产特点，应用人工智能技术、自动识别技术、智能定位技术等先进技术手段，建立柔性化智能焊接生产系统。首先，通过工艺优化，按照工艺流程进行车间布局，解决生产物流系统紊乱、节拍不一致问题;其次，优化构架焊接生产中组装、焊接、打磨、存储等瓶颈工序，减少生产占地面积，提升智能化生产水平;再次，设计通用随行工装夹具平台，平台与工件存放系统、作业台位等夹具接口一致，实现工件快速装夹及不同产品的混线生产;最后，采用自动物流系统将构架侧梁、横梁及构架总成的焊接、加工、检测、试验等工序进行有机的串联，通过智能设备规模化、排布集中化、生产节拍化、产品多样化、管理信息化组成高度柔性的构架智能焊接生产系统。
根据生产工艺划分，构架智能焊接生产系统分为侧梁自动组装区、侧梁自动焊接区、侧横梁人工作业区、横梁自动打磨区、横梁自动焊接区、构架自动焊接区、立体存放区、构架人工作业区等区块，主要生产设备包括侧梁、横梁、构架焊接机器人系统，自动组装拼焊机器人系统，打磨机器人系统，板材AGV运输车，半成品RGV运输车，立体料库，人工工作站，线边料架，生产线配套安全装置，控制中心等。生产系统总体布置如图2所示。
3 应用
3.1 柔性化侧梁自动组装技术
柔性化侧梁自动组装技术用来完成盖板、立板、弹簧帽筒及内劲板的组装。柔性化侧梁自动组装系统由自动搬运组对机器人、悬挂式点固机器人、组装胎及板料存放台等组成。
自动组装搬运机器人采用6旋转轴机器人系统。该系统直立安装于可左右移动的滑轨上，使用专用的末端夹持单元从物料托盘抓取板材并将其自动放到组对工装上，如图3a所示。机器人所有旋转轴配备免维护交流伺服电机，无齿轮间隙和每个轴上都带制动的数字编码器。自动组装搬运机器人设计为在地面轨道上移动的形式，保证有足够的工作范围。6旋转轴机器人系统具有高度柔性，配备多个专用夹持头，根据板料条形码信息，设计为可自动更换对应夹持头，夹持单元根据多种板材规格尺寸的不同，适应不同型号的产品生产。通過扩展新编程序、更换工装，可满足多种侧梁自动组装需求。
自动点固机器人采用8轴点固机器人倒挂安装，设计为可沿桁架轨道轴直线运动，在桁架下方可平行布置多台组装工位。8轴点固机器人可以依靠轨道轴在各组装工位上方空间运动，保证焊缝可达。
侧梁的组装工作由自动搬运组实现机器人与焊接机器人协同作业，如图3b所示。在中央计算机的控制下，机器人、抓取机构、轨道移动轴、焊接电源和焊枪清理机构等协调动作。
3.2 柔性化横梁自动打磨系统
构架横梁焊接后需进行焊缝打磨处理，打磨部位主要为纵梁与横梁钢管及齿轮箱吊座、电机吊座、制动夹钳座、牵引拉杆座等与横梁之间的焊缝，以及需形成圆滑过渡形状的端头。
柔性化横梁自动打磨系统由一台直立安装的6轴机械臂和一台单回转轴变位机组成。机械臂采用6个高自由度的铰接轴和反应快速的短手臂设计，配合变位机同步作业，保证以最佳角度完成打磨工作。打磨机器人系统终端采用碟片式打磨工具完成长直焊缝及圆弧燕尾角位置的打磨，如图4所示。可以使用力控装置实现接触寻找功能，来进行焊缝的初定位。遇到编程位置角度不合适时，打磨机器人系统调节机器人的位置，但打磨力可以控制不变，在正常工作状态下，可以实时在线检测且可实时修改打磨力和显示补偿位置。力控装置精度达1 N，调节范围24～800 N。调整机构打磨位置具有自适应功能，可以将精度控制在0.1 mm，调节范围0～35.5 mm。
3.3 柔性化自动焊接系统
柔性化自动焊接系统包含多台侧梁、横梁焊接专用机器人和构架焊接专用机器人，完成构架所有主要焊缝的多层焊接。
转向架构架部件形状复杂，为保证焊枪可达性，机器人倒挂安装，可沿桁架轨道轴直接在工件上方的三维空间内左右、上下直线移动;同时，在纵向滑轨横梁下方布置可回转、可摆动的C型框架2轴双工位变位机。机器人采用高自由度的7轴铝合金铸造结构，高自由度的铰接轴和反应快速的短手臂设计，除了保证相对较广的工作范围，还可以在最佳焊枪角度下处理某些难以接近的焊缝。柔性化自动焊接系统如图5所示。
焊接软件系统专门为电弧焊设计，对焊接过程进行专业化的控制。任何工件程序可从焊接数据信息库中调出对焊缝操作的定义。构架焊接短焊缝多，需频繁起弧，在焊接起始点上的工件污染或熔渣堆积可导致电弧引燃失败，可选择反复引燃、移动并引燃、爬行启动三种方法的任意结合，以确保在焊接开始状态下的引燃可靠性。该系统为高度柔性化系统，通过扩展新编程序、调整工装可实现各种轨道车辆多种产品车型的自动焊接需求。同时，系统集成有自动预热、自动装夹、自动校准、焊缝跟踪、自动换枪等多项功能。
3.4 智能物流系統
采用AGV自动运输车（图6a）、RGV生产线物流运输车（图6b）、线边料架、立体料库、扫码系统联合应用方案，通过管理控制系统的集成、物料信息的记录和跟踪，保证物料转运，实现整个生产流程运行有序、自动无缝对接。
板材自动运输物流系统：通过中央智能控制系统进行统一管理，接收MES指令，调度多辆AGV自动运输车，自动完成车间板材从存放区至生产线侧横梁组装区的运输。利用扫码装置（或RFID 自动识别技术），准确读取物料信息及生产物流过程中的各项信息数据。根据产能，结合用户每班的物料送料班次，与生产线侧梁、横梁生产工艺相匹配，实现物料取放有序。
生产线RGV运输系统：主要实现侧横梁及构架焊接工位半成品在相应工区的提取运输及存放，并与中央智能控制系统进行数据对接和信息通信。物流系统线边物料存放架与RGV生产线物流运输车具有传感器互锁功能，RGV生产线物流运输车沿轨道轴往复运动。
立体料库：以精益生产为目的，采用最小的占地面积达到产品生产的最大化，主要存放侧梁、横梁焊接成品及进行随行工装的入库缓存。立体缓冲站由大型立体库、竖直升降输送机、出料系统组成，入料前和出料后的执行动作由RGV生产线物流运输车执行。
3.5 自动化随行夹具系统
随行夹具也是实现生产柔性化的关键组成部分，其基础框架采用焊接式结构，允许最大变形量1 mm。如图7所示以横梁为例，自动加持机构包括主动侧组件、从动侧组件、连接模块等部件。每种类型的构架工件采用两组连接模块：连接模块上部连接并夹紧工件，通过调整定位块与压板的位置兼容各型构架工件的装夹;连接模块下部与夹具定位组件及台位料架相连。连接模块与各结构形式相同，接口统一，便于定位。产品转产时，工件尺寸发生变化，通过调整定位块与压板的位置，使得连接模块系统实现对不同尺寸工件的定位和装夹。自动化随行夹具系统具有自锁功能，只有在工件处于上料位置时才能实现锁紧与释放动作，主动侧组件与从动侧组件分别与头尾架构架变位机相连，其动作由焊接机器人控制系统控制，并与RGV生产线物流运输车、物料存储系统配合，实现构架工位自动上下工件。
3.6 中央智能控制系统
数据采集接口介于企业上游的信息系统（MES/MOM）与下游的自动化设备之间，具有承上启下的重要功能：一方面，需要将上游信息系统的生产控制指令及时地下达到现场设备;另一方面，需要规范现场数据的采集，为上游信息系统提供实时的生产数据。生产线末端配置中央智能控制系统，可以通过主控显示器轻易监控FMS生产线状态。中央智能控制系统的解决方案是以工单为驱动，以生产作业过程为主线，以制造现场管理、过程质量管理、生产物流管理、设备运行维护管理、安全管理为抓手，以在线采集数据为依托，形成全面的生产过程管理。中央智能控制系统通过与企业上游的PDM、ERP、MES、MRO等信息系统集成，实现产品制造全过程的可追溯。
通过总体工艺技术方案优化，有效缩短物流运输距离，为实现智能化物流创造前提条件;通过在组装、打磨、焊接等关键工序应用高度灵活的柔性化智能生产技术，可有效提高产品生产效率和生产质量;通过扩展新编程序，可实现多种产品共线生产。在进行产品转换时，无需大规模更换工装夹具，仅需调整夹具上的定位块与压板位置，即可实现快速转产。总之，整个生产系统可实现无人化生产，新的生产模式具有高度的柔性化与智能化水平。
4 结束语
本文为轨道车辆转向架构架的焊接工艺提出了一种柔性化智能制造新模式，不仅可以提高产品质量和稳定性，还可大幅缩短产品供应时间。高度柔性化的转向架构架焊接生产系统能够最大程度地重复利用现有生产资源，实现更好的经济效益。
因转向架构架结构较为复杂，目前智能焊接生产线的自动化生产率能达到约80%，部分边角修补工作还要依靠人工完成。生产线一般最多可兼容五种产品的共线生产，距离完全实现可订单化生产的柔性化智能制造尚有一定差距，仍需继续不断地改进创新。
参考文献
[1] 沈燕青， 朱林军， 杨波. 智能化机器人焊接技术应用[J]. 科学与财富， 2017（1）： 343.
[2] 冀相朝， 么天元， 胡文浩， 等. 轨道客车转向架自动焊接技术应用现状及发展趋势[J]. 焊接技术， 2015， 44（12）： 1-4.
[3] 韦皓， 单巍， 刘志明. 高速动车组技术[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2016.
[4] 王文静. 动车组转向架[M]. 北京： 北京交通大学出版社， 2012.
作者简介：
高加（1980—），通信作者，男，硕士，高级工程师。研究方向：轨道车辆工艺设计。
E-mail： gaojia200507@163.com
（收稿日期：2020-10-30）
作者：高加
【摘要】 当前我国制造业处于转型和升级的关键时期，提高我国制造业在全球价值链中的位置，不仅要增加我国制造业的科技含量，提高产品附加值，而且要在变革我国制造业系统方面给予足够的重视。柔性制造是适应全球竞争与变化的商业环境的重要制造技术与理念。提高我国制造业的柔性制造技术，秉承柔性制造理念，才能更好地提高我国制造业竞争力和客户变化适应能力，在全球价值链与国际贸易中占据优势地位。本文介绍了柔性制造的相关概念和要求，研究了柔性制造在现代商业环境中相对于传统制造的优势和价值，并提出建立我国制造业柔性制造系统的具体对策，以期对我国制造业的发展提高有益的借鉴。
【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。
(注：本文系教育部人文社会科学研究青年基金，课题编号：10YJC630011。)
【参考文献】
[1] 孙新、刘铁军、王毅：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).
[5] 俞新陆：柔性制造系统[M].机械工业出版社，2007.
作者：李雨 曹丽莉
摘 要：首先根据柔性制造单元的自身特点分析我国柔性制造单元行业服务的现状，提出综合服务体系的3个必备要素，其次，提出构建综合服务体系的方法，即厂家承担全面服务、人员培训考核上岗、维修地点集中等，最后重点讲述培养高素质的人才是关键。
关键词：柔性制造单元 服务体系 数控机床
我国的柔性制造系统(FMS)在近年来取得了飞速的发展和普及，特别是柔性制造单元(FMC)发展很快，它占地少、效率高、投资低，越来越受到企业的青睐。但是，与柔性单位的发展相比较起来，其服务水平还不晚上，发展步伐和服务质量不相称，因此，就要求相关部门必须建立系统的、全方位的综合服务体系，柔性制造单元才能高速健康的发展，本文主要讨论什么是成熟的综合服务体系及对于柔性制造单元行业如何才能达到这个体系。
1 柔性制造单元服务体系现状
柔性制造单元是由数控车床、数控铣床、加工中心、机械手、物料输送机构、计算机等相关部件有机组合起来的。数控车床、数控铣床、加工中心的使用维修经过数年的发展已经相当成熟，也自然地形成了它的服务体系，总结一下，这个体系至少包括以下三个要素。
(1)专业培训。数控机床的操作者通常都受到专业训练。随着数控机床的大量应用，许多学校和培训机构都开设数控专业，专门培养学生数控机床的操作、编程能力。
(2)分工明确“操作工”“工艺员”等都是常见的职业工种。对于数控机床的加工有工艺员专门制订零件的加工工艺，有程序员编制相应的程序，最后有操作由操作工完成加工。用户一般可以做到小修大修不出厂，有问题自我消化，很少再找生产厂的。
(3)服务社会化。服务机构社会化，第一是“数控加工厂”遍布各地，它提供各类零件的数控加工;第二是维修技术教育化，许多工科技术学校都设置数控维修专业，一般可以做到小修大修不出厂，有问题自我消化，很少再找生产厂的。
柔性制造单元是典型的机电一体化产品，除数控机床作基础外，一般配备有机械手、物料输送机构、传感器，有的还有专门的计算机控制系统，集中了机械、电子、传感、计算机技术于一体。因而柔性制造单元更加需要完善的、有效的、及时的服务。
然而，就我国的柔性制造单元而言，一开始就显得动力不足。分析其原因，可以看到，虽然我国的数控技术有一定的能力，但是相关行业人才较少，尤其是机器人技术控制方面，人才需求缺口更大，而数控设备的配套部分往往需要这方面的专业技术和专业人才。机床厂对柔性制造单元的服务准备不充分、系统建造不完善。目前，数控机床厂涉及到的物料运输小车、机械手等服务工作还都依赖于配套厂，不能自主地进行柔性单元技术服务的工作，在一些简单的生产过程中，都需要生产厂与配套厂进行配合，浪费了大量的时间和精力。
柔性制造单元的用户，绝大部分属于机械加工，他们对于电子技术的力量较为薄弱，特别是控制技术、总线技术、编程技术等与柔性制造单元相关的技术，所以，他们往往只会简单操作而缺乏配套部分的维修知识，出现一些故障就束手无策，甚至停机待修，影响生产。数控机床有了小的故障，使用者应该能够根据经验特别是柔性单元的自检功能判断故障原因并解除故障。所以说到底，人们对柔性制造单元服务的认识没有到位，观念没有更新，服务体系没有构建起来。
2 构建柔性制造单元服务体系
当前，虽然柔性制造单元也在不断发展完善，相关厂家也做出了相对应的调查，完善自己的服务体系，通过培训，提高自身素质。但是由于起点不高，认识不深，自身条件不足，还不能从根本上解决服务问题。
因此必须尽快构建与柔性制造单元相适应的综合服务体系，才能加快柔性制造单元的发展和普及。根据我国柔性制造单元发展的现状，参考其它行业的服务体系，我国的柔性制造单元的综合服务体系需要以下几点。
(1)必须由柔性制造单元生产厂家主动承担全面服务，即由他们承担包括机床、配套部分在内的全部服务，改变目前机床厂和各个配套厂分散服务的状况。因为他们是产品的最终完成者，直接面对用户，承担全面服务是理所当然。数控机床厂的提升转型基本可以生产柔性制造单元，数控系统对于数控机床厂是核心技术。机械手、物料输送装置等控制技术与数控技术也有相通之处，但是需要他们提高自身素质和能力，掌握这些技术，增强竞争力。
柔性制造单元使用中反映的问题是相互关联和影响的，初期很难判断问题在那個部分。如机械手失灵，就要机械手本身的机械部分、电气部分是否有问题，若没有问题就要检查整个的控制系统哪个环节出了问题，如线路问题，程序问题或者是传感器问题等等。如果分别由配套厂来检查和证明自己配套部分没有问题，或是发现问题解决了，各自的时间和费用已经浪费了。这种看似不可能的情况，其实是经常发生的。
柔性制造单元生产厂实行综合的全面服务，提高服务人员技术素质后，可以精简人员，提高效率。同时，减少配套单位的服务，也会得到相应的经济补偿，有利于降低成本。
(2)要强调培训考核后上岗，建立针对不同层面的培训体系柔性制造单元生产厂自身要培养出一支掌握机电一体化技术的队伍，以适应生产、检验、服务工作。尤其要使服务人员能独立承担柔性制造单元的调试及维修工作。
柔性制造单元生产厂要强调对用户进行培训，要形成制度。培训考核合格后方可允许操作柔性制造单元。培训要求是使用户能正确使用、规范操作、能处理常见故障。拥有柔性制造单元较多的用户，应尽量培训出专职维修人员，能独立排除故障，做到修理基本不出厂门。
继续并加强在各类大、中专学校办好机电一体化专业，为社会输送和储备合格人才。不断补充和完善针对柔性制造单元的内容。已经从事此项工作的，要给以再学习的机会和条件。
(3)逐步在柔性制造单元的用户集中地建立维修点可以由厂家自己建立，也可以发动社会力量建立。把分散的维修力量集中组织起来，使柔性制造单元的维修专业化、社会化，做到就地解决柔性制造单元的维修和另配件供应。
3 结语
综上所述，柔性制造单元的综合服务体系概括地说，就是以数控机床生产厂为主、配套厂为辅的服务构架;其核心是培训，是机床厂自身的、用户的、行业和社会的培训。有了高素质的数控机床服务人才和队伍，才有构建数控机床综合服务体系的基础，有了这个基础，才会有高素质的用户，整个行业和社会的素质才能得以提升。
参考文献
[1] 张鹏.浅谈柔性制造系统[J].中国外资，2011(11).
[2] 姚松丽.柔性制造系统在实践教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011(5).
[3] 田海宽.企业柔性制造系统运行方式研究[J].科技信息，2009(3).
作者：周微
摘 要：在现代飞机研制过程中，已越来越重视柔性装配技术的应用。而柔性装配工装是现代飞机柔性装配技术的重要组成，对飞机柔性装配的生产效率和产品质量具有最直接的影响。由于柔性装配工装无论在整体结构形式或是元件定位方式等方面都较传统专用装配工装更具灵活性和复杂性。本文以飞机机身部件为研究对象，对机身部件柔性装配技术进行了研究。
关键词：柔性装配工装;机身装配工艺
1 引言
飞机装配是飞机制造过程的主要环节，它是将大量飞机零件按图纸和技术要求等进行组合、连接的过程。另外，飞机的结构件主要是钣金件或复合材料壁板件组成的薄壳结构，形状复杂、连接面多、工艺刚性小，在加工、装配过程中都会产生变形[2]。飞机的装配工作量约占整个飞机制造勞动量的 40%～50%（一般的机械制造中装配和安装工作量只占产品总劳动量的 20%左右）。因此，飞机装配技术在飞机制造过程中占有非常重要的地位，其技术水平直接体现了飞机制造的先进性。
传统飞机装配方法在早期飞机制造中发挥了重要作用，但是，也存在着如下弊端。随着对飞机性能要求的提高，特别是现代飞机长寿命、高可靠性（新一代军机 6000小时以上，大型客机 60000～70000 小时）以及新一代军机提出了隐身等战术性能指标，同时，基于数字化设计方法的飞机快速研制技术的应用，对飞机装配精度、质量和效率提出了更高要求。显然，传统飞机装配方法所存在的不足更加突出，已不能适应现代飞机制造要求，也不能适应先进生产管理模式和精益生产的要求。
2飞机柔性装配工装技术
2.1 柔性工装定义
柔性装配工装是指其主要构成元件可进行调节或局部重组，以适应一组结构相似和尺寸相近的装配件在其装配过程中的定位、保形、支撑和夹紧等工艺需求，进而达到减少工装品种和数量、缩短工装准备周期和降低工装研制成本等目的。这组装配件或同属于一个机型，或属于不同的机型。
2.2 柔性工装特点
与传统专用装配型架相比较，柔性装配工装具有如下特点[1]：
（1）结构离散化 在柔性装配工装结构中，通常不采用整体骨架结构，这是实现定位柔性化、通用化的有利条件之一。即使在某些采用整体骨架结构的柔性装配工装中，其定位元件也是采用离散化布局形式。
（2）元件模块化 在同一模块中，集成了支撑、定位和夹紧等主要结构，并为这些结构配备了相应的自动控制装置。此外，不同模块可通过自动控制来调整相互间的位置关系，以适应不同装配件的定位要求。这是实现工装柔性化、通用化的关键技术保证。
（3）元件控制自动化 柔性装配工装的主要模块和元件，均采用自动化控制方式来调节这些模块和元件间的相互位置关系，以快速形成工装定位构型，并确保此构型的准确性。
（4）自适应调节与定位精度补偿 通过在线测量系统，包括激光跟踪仪等，实时采集和反馈工件的空间位置，通过与理论位置的对比，确定定位调整量，利用这些调整量自动调整相关定位元件的方位，以达到工件准确定位的要求。
（5）支持自动化装配方式 柔性装配工装可以实现快速定位和夹紧，以适应于自动钻孔和铆接等自动化装配方式。
3 机身柔性装配技术研究
3.1 国外的研究现状
国外学者在飞机柔性装配发展历程、柔性装配系统及其单元设计等方面开展研究。Butterfield，J.等提出了应用数字化制造与协同产品和生命周期以用于航空装配工装和工作单元设计的集成化敏捷方法以满足可持续发展;Heilala，J.等介绍了用于飞机总装配的模块化可重构柔性总装系统;Yeung，B.H.B.等介绍了用于柔性装配的 6 自由度可重构夹持器，该夹持器可以具有六个自由度，灵活性高。Lehmker[等提出了基于柔性化的大尺寸机身装配方法。
以美国为首的西方发达国家首先开始研究和采用数字化技术，并将其应用到了航空航天制造业中。
波音公司精确机身装配 AFA 和机身装配改进团队 FAIT 首次采用“Snap- together”装配技术于 1999 年 11 月首架交付的 747 客机。通过机身的所谓“超壁板”上的精密孔，借助激光安装与定位调整使得超壁板与其它零件实现自定位，从而简化了装配夹具。洛克希德？马丁公司牵头研制的 JSF 战机原型机 X-35 目标缩短飞机装配制造周期三分之本降低一半。其核心技术之一就是充分体现柔性装配特点的龙门钻削系统技术，采用激光定位、电磁驱动实现精密钻孔，不仅降低了钻孔出错率，而且大大减少了工具和工装。在此基础上，波音公司在研制 JSF 的 X-32 样机和无人机 X-45 样机时，同样实现了柔性装配技术和系统创新，提出了包括根据零件关键特征以较少的安装工作快速定位不同零件的无专用型架制造技术，取消了巨大的型架，而是采用一种通用支架支承样机的主要部件，利用 4 台 Zeiss 激光跟踪仪对部件进行空间定位和其它装配工作。
德国 BRoTJE 公司开发一种“集成化机身壁板装配系统”，该系统采用了基于模块化的 POGO 柱单元的柔性工装系统、自动钻铆和环铆技术，并在波音 B737、C-17 和空客 A380 的机身壁板装配中得到了应用。
杜尔公司开发的 EcoPositioner 是一种模块化和可重置定位系统，它提出了一种新的定位技术概念，可整体解决飞机大部件对接时的定位方案，不仅考虑了定位任务以及使用条件，还考虑了环境影响。它是由多种机械手或多种定位器组成的机械系统，可在确定的附着点拾取飞机部件，并能以 6 自由度运动（3 个平移，3 个旋转）。EcoPositioner 系统包括一个测量模块（大型度量系统和测量软件，可提供飞机部件目前和理想的位置和方向信息）。当前和理想姿态是根据相关零件 CAD 模型和飞机结构的坐标参考系确定的。其中可靠的机器人控制平台保证每个控制装置多达 48 个感应轴的同步。安装在每个定位器末端的力传感器，能够监控作用于运动中的飞机零件上的力，这保证了零件操作中无应变，防止不可控的变形。
3.2国内的研究现状
国内学者对飞机机身柔性装配技术及其系统进行了研究[2]，典型的柔性装配工装有飞机壁板柔性装配工装、机身部件柔性装配工装和总装用的柔性对接工装系统等。
陈昌伟等分析了目前中国飞机装配中存在的问题，总结了国外飞机先进数字化柔性工装的研究及应用现状，综述了虚拟装配、柔性工装、数控钻铆、激光跟踪等数字化装配关键技术，指出了实现中国飞机数字化装配跨越发展的技术途径。王亮系统研究了飞机数字化装配柔性工装技术及系统研究，并开发了相应的软件和硬件系统，进行了飞机壁板类组件、部件类数字化柔性工装技术研究与开发。
在组件装配方面，秦政琪等研究了飞机薄壁组件数字化柔性装配相关技术。肖庆东开展了飞机数字化装配定位技术研究，设计开发了“十字架支臂式”机械随动定位装置，并基于该定位装置进行了数字化装配定位系统平台的组建;肖庆东等将飞机壁板类零件柔性工装的功能模块分为静态框架与动态模块;建立了数字化柔性装配工装的控制测量图，组建了飞机壁板类数字化装配平台，并且分析了该平台在飞机零部件装配应用中的特点。
在飞机部件装配方面，朱明华等提出以具有三坐标自由度的柔性支撑装置为基本单元组成柔性多点支撑系统的飞机部件支撑方法。高红研究了飞机部件柔性装配技术应用及工艺设计。蒋君侠、黄小东等提出了一种大飞机中机身数字化装配方案;张开富等提出了机身壁板对合柔性定位方法及其装置。
参考文献：
[1] 邱益， 郑国磊， 饶有福等. 飞机柔性装配工装智能化设计（FFixCAD）系统 [J]. 航空制造技术，2010，24： 90-94
[2] 邹方，薛汉杰，周万勇等. 飞机数字化柔性装配关键技术及其发展 [J]. 航空制造技术， 2006， 9（2）：30-35
作者简介：
焦彦超（19870814），男，籍贯：吉林白山，职称：工程师，研究方向：检验检测.
作者：焦彦超
摘要：柔性制造技术是当前制造领域的主流技术，以其为基础上产生的适合多品种、中小批量生产的新型生产模式能够帮助企业及时调整生产、快速应对市场变化，同时柔性制造技术也为产品设计发展创造了良好條件并提出了新的要求。产品设计必须针对柔性制造技术的机理特性和发展趋势等因素，通过不断改进和创新，形成与之相适应的设计理论、模式和手段等，从而更好地为社会、企业以及消费大众服务。
关键词：柔性制造技术 产品设计 创新 模式 流程
工业革命后形成的标准化、大批量生产方式在短期内创造了巨大的社会财富，满足了物质相对匮乏时期社会大众的基本生活需求。但这种大一统的生产方式在一定程度上限制了产品的多样性，导致了消费需求多元化与产品品种相对单一之间的矛盾。尤其进入丰裕社会后这一矛盾日渐突出，20世纪60年代出现的波普风格、后现代主义等设计风格就是大众对单调、乏味的标准化设计形式的直接对抗。与此同时，在制造领域中适应多品种、中小批量生产的柔性制造技术逐渐成型，并在计算机信息技术的支持下将工程设计、生产制造和经营管理等环节整合为一个有机系统，实现全局动态最优化和总体的高效益、高柔性[1]。
1 柔性制造技术综述
柔性制造技术集现代信息技术、自动化技术以及机械装备加工等高精技术于一体，是指导现代制造业快速应对市场变化，实现订单式生产的实用性先进制造技术[2]。柔性制造技术与传统制造技术有较大区别：运用传统制造技术的生产线比较适合单一品种产品的大批量生产，所以传统制造技术也被称为刚性制造技术;而运用柔性制造技术的生产线则具有较高的可塑性，可以通过调整设备、工艺、流程等要素适应不同产品的制造要求，能够在满足社会大众的多元需求的同时较好地控制成本，提高产品性价比，增强市场竞争力。
1.1 柔性制造技术发展概述 柔性制造技术产生于上世纪60年代，英国莫林斯公司研制的“Molins system-24”被认为是最早运用了这一技术及理念的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称FMS)。随后柔性制造技术在欧美、日本以及苏联等国家和地区倍受重视，形成了不同的技术特点和丰富的理论内涵：1988年美国通用公司和里海大学共同提出敏捷制造战略;1990年开始，美国、日本、加拿大等国联合进行为期十年的智能制造系统(IMS)的研究与开发;1992年德国和美国提出精益生产理念(Lean Production) [3]等等。目前，柔性制造技术已成为制造领域的核心技术，广泛应用于现代制造系统中。
1.2 我国的柔性制造技术研究现状 我国对柔性制造技术的研究和应用起步较晚，第一套柔性制造系统诞生于1985年;1985年之后我国对柔性制造技术的重视程度不断提高，在国家机电部“七五”重点科技攻关项目等工程项目的带动下，柔性制造技术进入自行开发和部分进口相结合的发展阶段。总体而言，我国比较注重对柔性制造技术本身的应用，对产品设计、生产组织、资源配置以及经营销售等相关环节及配套理论的关注度较低。但事实上柔性制造技术对这些环节的要求与传统制造方式有较大区别，因此在应用柔性制造技术的同时还必须对相关环节及理论进行研究和改进，才能充分发挥柔性制造技术的效能，而产品设计作为产品生产的初始环节更是首当其冲地需要加以改进。
2 柔性制造技术对产品设计发展的意义
当前，柔性制造技术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而被国际上所公认，成为现代制造业生产方式发展的主流方向[4]。柔性制造技术的进步不仅推动了制造工艺技术群的快速发展，同时也对产品设计的发展产生了积极促进作用。
2.1 推动产品更新换代，构建了有利于产品设计发展的外部环境 就产品设计的角度而言，产品品种越丰富、更新速度越快对产品设计理论、方法以及技术等发展的促进作用就越大。由传统刚性制造技术形成的自动化生产线由于资金投入大、建设周期长，改造成本极高，所以往往在较长时期内持续生产同一产品。比如福特的T型车从投产到停产延续将近20年，总产量超过1500万台，成为汽车发展史当中的传奇。但在这近20年的生产过程中T型车只做了少量的局部设计改进，其功能、造型基本保持不变，原因之一就是生产线的改造成本过高。可见传统刚性制造技术成为了产品更新换代的障碍，不利于产品设计的发展。而柔性制造技术的特征之一就是产品的“柔性”，能够根据市场变化快速适应新产品的生产，促进产品更替。同时，柔性制造系统已经逐渐成为现代社会的基础性生产方式：到上世纪末，在欧、美、日等制造业发达国家中以中小批量生产的产品在数量上约占85%，在产值上约占60%-70%[5]。柔性制造技术的广泛应用为产品的快速更替提供了技术保障，也为产品设计的发展创造了良好的外部环境。
2.2 促进学科交叉渗透，增强了推动产品设计发展的内在动力 柔性制造技术充分应用现代信息技术、传感技术、自动化技术以及管理技术等最新成果，这些成果提高了生产制造的难度、精度和速度，同时也成为产品设计发展的驱动力。如随着计算机辅助设计技术(CAD)的出现和成熟，使产品设计的平面、三维虚拟表现变的更加快捷，有效地缩短了设计周期、提高设计效率;而计算机辅助制造技术(CAM)的发展则使得不规则曲面等原来难以批量生产的形态变得易如反掌，大幅提升了产品设计的创新空间;此外，柔性制造技术涉及领域的相关理论也为产品设计的理论发展提供了丰富的养分，如模块化、并行工程以及产品族等理论的应用就极大地丰富了产品设计的理论内涵。柔性制造技术在技术和理论两个层面都为产品设计的发展提供了充足的“燃料”，只要加以合理利用就能转化为强大的动力。
3 柔性制造技术条件下产品设计的发展要点
现代产品设计理论产生于工业革命之后，主要建立在传统刚性制造技术基础之上。由于柔性制造技术与刚性制造技术各方面差异较大，原有的产品设计理论、模式等已不能很好地适应制造业发展的要求，必须深入研究柔性制造技术的机理特性、发展趋势等，在此基础上不断改进、创新产品设计的理论、流程、模式以及手段等，才能适应社会经济、市场需求的快速变化，符合制造技术发展的要求。
3.1 持续深化产品设计与其他学科的理论融合 现代产品设计涉及经济、技术、文化和艺术等众多领域，是不同学科交叉渗透的成果。产品设计必须加强对相关领域的理论研究，从中汲取可借鉴的内容充实自己，才能突破固有设计理论的限制，不断发掘、丰富自身理论内涵，如模块化设计就是产品设计与模块化理论融合的成果。模块化是柔性制造系统构建的基本理念，而模块化设计则是在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块;并根据用户的要求对模块进行选择和组合，以构成不同功能或功能相同但性能、规格不同的产品[6]。模块化设计注重功能模块的相对独立，使各功能模块的设计、测试、制造等工作能够同步进行，有效缩短产品的设计、生产周期，较好地适应柔性制造技术高效、灵活的生产特性;同时，模块化设计可以通过不同功能模块的交叉组合形成产品族，而柔性制造技术源于成组技术，其特点之一就是较适合同一产品族产品的生产。模块化设计理论与柔性制造技术各方面的高度适配性使它成为了当前产品设计的重要指导理论之一，被企业和设计师广泛采用。柔性制造技术综合运用了多学科、多领域的最新理论，产品设计应充分利用这一平台加强与其他学科的渗透与融合，不断充实、深化理论内涵。
3.2 深入推进设计模式的创新实践 理论与实践相对独立又相辅相成的：理论引导实践、实践检验理论，两者必须紧密结合才能实现各自价值。产品设计领域同样如此，在充实设计理论的同时还必须改进设计流程、步骤等环节，形成与理论相匹配的设计模式，才能更好地适应柔性制造技术。并行设计就是在并行工程、模块化等理论指导下创新设计模式的实践成果。在传统批量化大生产方式条件下，产品设计往往采用串行设计模式：整个设计过程被尽量细致地划分为一系列连续的工作环节，不同环节的设计任务由不同部门或个人分别承担，依次执行和完成。串行设计模式以职能和分工任务为中心，条理清晰、职责明确，但设计周期长、运行效率低，且容易导致设计与制造等其他环节脱节，不能适应柔性制造技术条件下短、频、快的生产节奏，而并行设计则较好地解决上述问题。并行设计借鉴了并行工程的工作模式，对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行一体化设计[7]，并运用模块化理念打破了传统的部门划分和封闭的组织模式，强调不同功能模块团队的协同工作，重视对产品开发流程的优化重组，从而达到缩短开发周期、提高产品质量、降低产品成本等目的。产品设计的“并行”主要表现在以下几个方面：其一是同一产品不同功能模块的设计工作并行开展;其二是同一产品族不同产品的设计工作并行开展;其三是产品的设计与制造、装配、检测等环节并行开展。并行设计模式本身还需不断改进和完善，同时它作为一种对设计模式的创新实践也值得进一步研究和推广。
3.3 不断加强高新科技的设计应用 “科学技术是第一生产力”，现代产品设计注重创意，同时也必须充分利用高新科技改进设计方法和手段、拓展设计范围和内容。产品设计对高新科技的应用包括以下几个方面：一是利用高新科技作为设计辅助手段，提高设计能力和效率。比如以往设计中常常需要花费大量的财力、物力和时间在产品模型的制作上，而3D打印技术的应用使这一环节变的简便、快捷。福特公司利用这一技术打印出同一零部件的不同式样供测试使用，将这一环节由数月缩短至几天，极大地提高了设计的效率和质量;二是将高新科技应用于产品的生产制造当中，创新个性化生产模式。同样以3D打印技术为例，近年来随着相关技术日益成熟，3D打印的成本不断下降，个人用户持续上升。在不久的将来，每个人都可以成为设计师和生产者，完全按照个人意愿设计、制造日常用品。可以预见这一全新的设计、制造模式将对产品设计和制造产业产生巨大冲击，需提前准备、及时应对;三是将高新技术运用于产品当中，开发新产品、满足新需求。比如触屏技术在数码产品中的应用、3D虚拟显示技术在行车导航仪中的应用等。
3.4 实时更新设计师的信息储备 柔性制造技术能够根据生产需要对制造工艺、流程以及资源等进行适度调整，但其调整是相對有限的。设计师一方面需充分了解包括柔性制造技术在内的科技发展整体趋势，另一方面还需掌握企业本身的柔性制造能力、资源配置能力等个体信息。在此基础上通过信息的整合、分析，综合考虑整体和个体的各方因素，以便有针对性地进行设计创新，避免因产品设计要求超越企业的“柔性”范围而增加额外成本，同时也能够从设计的角度对企业的生产组织、工艺设置等提出较为专业的建议。
4 结语
柔性制造技术在国内、外的制造企业中被广泛应用，成为现代制造领域的核心技术。产品设计必须深入了解柔性制造技术及相关理论，并以此为平台不断创新设计理论、模式和手段等，充分适应以柔性制造技术为基础的现代生产制造模式，才能设计出性能更卓越、价格更合理、品种更丰富的产品，更好地为社会、企业以及消费者服务。
参考文献：
[1]张强.浅谈柔性制造技术的现状及发展[J].技术与市场，2008.(5)：39-40.
[2]沈向东.柔性制造技术[M].北京：机械工业出版社，2013.2.
[3]吴立.关于柔性制造的研究[J].机床与液压，2010，38(14)：9-11.
[4]陈琪.制造业企业推行柔性制造的意义及对策[J].企业经济，2005(4)：7-8.
[5]崔培枝，朱胜，姚巨坤.柔性再制造系统研究[J].机械制造，2003(11)：7-9.
[6]王志，张进生，于丰业，等.基于模块化的机械产品快速设计[J].机械设计，2004，21(8)：1-3.
[7]周红，甘茂治，刘安清，等.基于并行工程的产品维修性设计[J].机械设计，2003，20(9)：3-5.
作者简介：王岳(1975-)，男，浙江诸暨人，柳州职业技术学院讲师，硕士，研究方向：工业设计。
作者：王岳
机器人与柔性制造系统(高等学校教材)的目录介绍
内容介绍 作者介绍 目录介绍
商品目录： 返回商品页面 第一章 绪论
第一节 工业机器人与柔性制造系统
第二节 工业机器人分类及性能简介
思考题
第二章 机器人机构数学基础
第一节 坐标投影
第二节 坐标变换
第三节 影响系数矩阵
思考题
第三章 串联式机器人
第一节 单开链机器人机构的结构分析
第二节 单开链串联式机器人机构的运动学研究
第三节 单开链串联式机器人机构的工作空间及奇异位置分析
第四节 单开链串联式机器人机构的动力学简介
第五节 机器人轨迹规划
思考题
第四章 并联式机器人
第一节 并联式机器人的应用与研究
第二节 并联式机器人机构的结构分析
第三节 并联式机器人机构的运动学研究
思考题
第五章 工业机器人常用零部件
第一节 分类与要求
第二节 滚珠丝杠螺旋副
第三节 导轨
第四节 谐波齿轮减速器
思考题
第六章 工业机器人的驱动
第一节 步进电动机及其驱动
第二节 直流伺服电动机及其驱动
第三节 交流(AC)伺服电动机及其驱动
第四节 其他驱动装置
思考题
第七章 工业机器人各类传感器简介
第一节 概述
第二节 工业机器人系统中常用传感器
思考题
第八章 柔性制造技术概述
第一节 柔性制造技术产生的历史背景
第二节 柔性制造的基本概念和特点 第三节 柔性制造系统的组成及工作原理
第四节 柔性制造技术的发展
思考题
第九章 柔性制造中的加工系统
第一节 柔性制造系统中加工设备的要求及其配置
第二节 柔性制造系统中的自动化加工设备
第三节 自动化加工设备在FMS中的集成与控制
思考题
第十章 柔性制造中的物流系统
第一节 物流系统的功能与组成
第二节 工件流支持系统
第三节 刀具流支持系统
第四节 物料运储设备
思考题
第十一章 柔性制造中的信息流系统
第一节 FMS的信息流模型及特征
第二节 FMS中的信息流网络通信
第三节 FMS实时调度与控制决策
第四节 FMS的计算机仿真
思考题
第十二章 柔性制造中的质量控制系统
第一节 集成质量控制系统的概念
第二节 FMS中的质量检测
第三节 工件清洗与去毛刺设备
第四节 切屑处理及冷却液处理系统
思考题
第十三章 工业机器人在柔性制造中的应用
第一节 机器人自动喷涂线
第二节 焊接机器人及其应用
第三节 搬运机器人的应用
第四节 装配机器人应用实例
第五节 冲压机器人应用
第六节 并联式机器人的应用
思考题 参考文献
柔性制造系统FMS
http:// 2005年07月17日 机床技术
柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)是由数控加工设备，物料运储装置，计算机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，能根据制造任务或生产的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。
柔性制造系统主要由以下部分组成：
1. 加工子系统，它是FMS的基本制造单元，由CNC机床、FMC及工具等组成，一般CNC机床均需安装自动托盘交换器(APC)。
2. 物料储运子系统，包括自动化仓库、中央刀具库、无人运输小车、输送带及搬运机器人等。自动化仓库包括平面仓库和立体仓库。物料自动搬运可以选用无人运输小车、搬运机器人或传送带等。无人运输小车可以有轨，也可以无轨。搬运机器人可自动进行上、下料操作，对以车削中心组成的FMS常常由悬挂式机械手作为物料搬运工具。对于物流单向流动的FMS，可选用传送带作为物料搬运系统。随行夹具及随行工作台系统，用于传送零件及定位夹紧的载体。
3. 运行控制子系统，它接收来自工厂或车间主计算机的指令并对整个FMS实行监控，实现单元层对上级(车间或其它)及下层(工作站层)的内部通信传递，对每一个标准的数控机床或制造单元的加工实行控制，对夹具及刀具等实行集中管理和控制，协调各控制装置之间的动作。另外，该子系统还要实现单元层信息流故障诊断与处理，实时动态监控系统状态变化。
4. 刀具子系统，涉及刀具的订购、计划、准备、存储及管理。包括刀具室存储装置、对刀仪、刀具搬运装置、刀具组装装置及刀具控制管理计算机子系统等。
5. 质量检测及监控子系统，实现在线和离线质量检测和监控。一般包括三座标测量机、测量机器人等。
---★ 本文转摘自『开心文秘网』,开心文秘网http://，打造最大的文秘范文网!
FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。 FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。 采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期;提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”;提高产品质量的一致性。 1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。 同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成 Omniline I系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。 1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1～2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。 70年代末期，FMS在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。 1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元(包括50个工业机器人)和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。 这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有FMS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。 典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控„„
---★ 本文转摘自『开心文秘网』,开心文秘网http://，打造最大的文秘范文网!
虚拟柔性制造系统仿真研究
作者：丁国富
机械制造系统是一个复杂的系统，系统输入的是与制造有关的物料、设备、工具、能源、人员、制造理论、制造工艺和制造信息等，输出的是一个合格的具有一定功能的产品。制造系统的复杂性表现在：制造环境、制造产品和制造系统结构和制造过程的复杂性上。面对如此复杂的系统，要使产品达到TQCS最优，需要严格控制制造的各个环节，得到局部最优乃至全局最优目标。而这一切需要对整个制造过程进行建模，目前研究的热点之一就是虚拟制造技术。
柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称FMS)是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整。要采用虚拟制造技术来正确模拟柔性制造系统的制造过程，主要开展两方面的工作，一是真实模拟该制造系统中加工设备的功能：二是对整个柔性制造系统在“一”的基础上正确规划生产过程，以便获得对整个产品可制造性的全面评估。
“虚拟柔性制造系统系统仿真研究”项目从2003年5月～2005年5月得到西南交通大学科技发展基金的支持。该项目以柔性制造系统为原型研究对象，从系统论的角度，按照复杂系统的观点对对虚拟柔性制造系统进行理论建模，对虚拟柔性制造系统仿真的关键技术进行研究。重点研究加工过程的工艺信息建模，工艺系统几何建模、运动建模和物理效应建模，并对加工过程工序进行规划运动模拟、对NC代码进行检验和刀具轨迹模拟。以此研究零件可加工性的评判因素和机理，建立工艺评价的优化模型。其最终目的是建立一个能评价工艺方案和工艺参数的基于虚拟现实的直观制造评价体系，以解决制造系统与产品市场的矛盾关系。
经过两年的研究，该项目已取得预期的成果或可以认定的技术性能指标。
1 提出基于组件的虚拟柔性制造系统建模理论及方法
柔性制造系统内部一般包括两类不同性质的运动，一类是系统的信息流，另一类是系统的
物料流，物料流受信息流的控制。FMS是在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。对柔性制造系统规划，首先要按照任务的分配，或者说是信息流的流向，对各种物理设备组成进行合理的规划和布置。由于物理设备种类的多样性、可重用性和各物理设备间对加工信息流的交互性，使其更具有自然对象的特征，可以采用基于面向对象的组件来表达。每个组件是一个对象的实例化，它们有自己的属性和行为，组件所能提供的与外界的交互行为过程就是各物理设备交互和传递信息流的过程。在典型的柔性制造系统中，这些组件有：数控车床对象、数控铣床对象、加工中心、机器人对象、堆垛机对象、立体仓库对象、搬运小车对象、输送装置对象等等。每个对象按照各物理设备自身的行为和属性进行建模，包括三维建模、运动控制建模、属性建模等。
该研究采用自然的对象描述方法，从理论上规划了虚拟FMS系统中各组件之叫的关系，为后面的功能建模提供了方法学基础。
2 提出基于三维模型的组件功能和行为建模方法
虚拟制造环境由相应的虚拟制造设备构成，每个虚拟设备相当于一个组件，该组件应能够较完整的反映物理设备的特性，如物理设备的几何特征、材料特征、运动信息等。因此，必须根据真实的设备所具有的特征，对其进行数字化，建立虚拟设备模型。
虚拟设备模型是物理设备功能特征及形状特征的信息在虚拟环境中的映射。物理设备的功能特殊性决定了虚拟设备模型的几何属性，因此在构建虚拟设备模型时，可以分别从几何模型和运动控制两个方而着手，对物理设备进行功能特性与几何特征分析，将虚拟设备模型划分为几何模型和运动控制模型两部分。
几何模型是对物理设备形状特征的描述，它表达了物理设备的基本形状信息，如机床的床身，工作台以及主轴等部件的形状，这些几何模型在运动控制模型的控制下，根据外部输入的控制数据做相应的运动，这些运动可以表示为物理设备的实际行为，如工作的进给、主轴的转动、机械手的行为以及物料小车的运动等。
对虚拟设备的几何建模首先采取Pro-E、UG或Solidworks等三维造型的形式，将各物理设备分解成功能模块部分，比如车床可分解为：床身、刀架、主轴、顶尖、机床门等，然后通过转化成基于OPENGL的模拟环境中，获得其在模型中的准确坐标，按照齐次坐标变换关系，获得一台虚拟加工车床。其他的如铣床、机器人、立体仓库、托盘等都可以按照这种方式进行。
运动控制模型反映了物理设备的各种控制功能，它根据外部输入的控制信息，进行处理，判断，并且输出相应的控制信息，驱动相关几何模型的位置和运动状态变化，实现物理模型设备行为的虚拟化。根据各物理设备的运动属性建立相应的运动系统，每个加工设备严格按照数控原理进行运动规划，确定加工坐标系统、机床原点、加工原点。按照数控插补的原理，确定走刀步长、加工终点位置，并按照不同的数控加工代码编制圆弧、直线、抛物线插补算法。每个部件的运动则采用时钟触发方式，这种时钟可以根据控制运动的个数定义多个，相互之间根据完成的功能属性进行协调。对加工设备，可以控制主轴的快慢、正反转，单轴运动和多轴联动、换刀等等，对输送设备，机器人和取物装置、输送装置之间的时钟必须按照工时规划进行严格控制。
该研究将FMS各组件对象的功能和行为特性融合在组件模型中，采用可视的三维模型引入，利用Opengl作为模型三维驱动引擎，并结合加工过程模拟，形成了具有真正自然表现属性的虚拟机床、虚拟工件、虚拟机器人等等。
3 基于工艺工程的虚拟柔性系统布局及工作过程三维可视化研究
针对柔性制造系统的布局柔性，规划了一种随意布局虚拟设备的系统，该系统中虚拟设备是按照功能和行为属性而建模的虚拟设备组件对象，并按照这些对象的具体布局位置、方位布局相应的生产物料运输系统，建立虚拟的物料输送线、虚拟立体仓库、虚拟托盘、虚拟堆垛机等。
为了获得满意的虚拟柔性制造系统加工仿真整体模型和模拟效果，采用了多时钟绑定技术。并按照工艺过程对这些定义各个部分动作模型的时钟进行复杂的逻辑规划，根工艺模型的过程来触发和停止不同的时钟，以适应按照柔性制造系统随息布尔过程的运动模拟效果。
同时每个虚拟设备可以定义自己白。工作模式、工作过程和方法。比如对于铣削中心，则可按照数控加工插补获得刀具轨迹，形成NC代码，然后进行加工过程模拟。所有附在虚拟设备上的工艺过程数据，比如调度指令、NC代码等都通过自定义一定的协议，并按照这种协议进行匹配获得指导运动模拟的控制效果。
该项研究，充分利用了计算机仿真、可视化、运动建模及运动模拟、数据解码等技术，将虚拟柔性制造系统规划的灵活性，功能模拟的有效性等结合起来，以可视化的方式形成了不同的产品在不同的柔性制造系统环境下的可制造过程，用户可以在此基础上评价所采用的设备、布局方式等，并进行评价和相互对比，获得满意的产品可制造模型，达到虚拟制造的部分目的。
4 基于面向对象的虚拟柔性制造系统可视化环境系统的研制
在前面研究的基础上，结合面向对象技术、Opengl建模、计算机仿真、多时钟技术、数据解码及数据协议的制定、CAD技术、计算机图形学、数控机床及数控加工、柔性制造系统、制造工艺学等多种知识和技术，在VC++开发环境下，编制了一套虚拟柔性制造系统建模、运动模拟可视化系统，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。该系统稍加扩展。可以成为基于桌面虚拟现实的沉浸式系统，从而加大人的主观评价力度。更深入地认识系统本身。
此外该项目还在数控系统的建模及可视化方面做了很多细致的工作，对虚拟样机、虚拟制造系统、虚拟现实的部分理论都有直接或间接的指导作用。
总之，该项目按照任务书要求，在有限的时间内，获得了满意的效果，该项目的目前部分研究，研究本项目及结果具有如下意义：
(1)探索制造系统中的内在本质，并针对制造系统的复杂性进行理论建模，以了解影响制造系统的决定性因素;
(2)针对目前制造系统中存在的问题。建立一个制造方案评价体系，以对市场风险进行正确评估，并在问题出现之前，尽快通过评价体系找到问题所在，从而提高产品快速响应市场的能力;
(3)采用可视化技术，并适时结合虚拟现实技术，将人考虑在整个制造系统评判体系结构中，以增加入的主观能动性和积极性，以便在整个评判体系中增加人的智能和经验，更快发现问题，获得满意的结果;
(4)将计算机仿真、计算机图形学、虚拟现实等技术与制造系统结合进行学科交叉研究，更快提升本专业的研究优势。
由于本项目所研究的内容较多，而且难度较大，研究的周期又较短，所需要使用的切削力学模型试验设备部具备，为了获得项目的整体效果，本项目弱化了加工力学模型的建立，这对虚拟柔性制造系统的整体效果没影响，但对机床某一道工序的加工有一定的影响。因此，后面的工作将针对虚拟制造加工模型的详细建模，综合考虑没计：切削深度、切削厚度、切削速度、刀具角度等切削因素以及机床本身的物理模型等进行切削力学模型，并针对切削过程的可视化进行材料切除模拟。以深入地了解虚拟制造系统的本质。 (end)
柔性制造系统的关键技术及发展趋势
作者：admin 论文来源：Lwsir.Com收集整理 点击数： 106 更新时间：2007-1-20
添加到雅虎收藏+
柔性制造系统(FMS)系指具有自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
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。
80年代中期以来，FMS获得迅猛发展，几乎成了生产自动化之热点。一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展，提供了可供集成一个整体系统的技术基础;另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式。近年来，FMS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：FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础，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系统。FMS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
摘要：在日益激烈的市场竞争中，柔性被认为是企业竞争力的主要决定因素之一。
由于供应链管理概念的提出，商业社会意识到柔性的概念应该从单个制造系统拓展到供应链系统。
文章讨论了柔性的概念及类型，探讨了供应链柔性的定义及其作用，指出供应链柔性的概念及定量研究还处于初始阶段。
另外，文章给出了提高供应链柔性的一些途径。
关键词：柔性，供应链，制造，系统
一、 柔性的概念及其类型
现代生产企业都处在竞争十分激烈、需求多样化以及多变的市场环境之中，企业能不能对市场环境变化作出相应灵敏的反应，将决定企业的发展前途和命运。
同时，企业也应能够适应企业内部的一些变化因素的影响。
因此，企业需要不断增强自己的技术水平、管理水平以及人员素质等，才能在市场竞争中生存下来，并不断成长壮大。
所以，柔性技术就成为许多企业的战略目标之一，许多文献把柔性同成本、质量、技术等同时并列为企业的战略核心领域。
在过去，市场需求比较平稳，企业生产的产品品种也比较单一，产品的生产周期和生产提前期都比较长，对柔性的要求也就不高。
然而，对许多制造企业来说，这一切都发生了巨大的变化。
为了有效地消化市场需求的波动，并利用现有设备和技术更快地生产和开发新的产品，是一个关系到企业在市场竞争中立于不败之地的重大课题，正是这种情况使人们对柔性技术的研究产生了极大的兴趣。
关于柔性的一般定义，现在还在不断的探索之中，现有的有关柔性的定义，往往只适合于某一特定的方面或领域，目前还没有明确的共识。
在较早前的研究中，有人将其定义为“制造系统适应因环境变化或由于环境变化引起的一系列变化的能力”，或将制造柔性称为，企业轻便快捷地应对市场条件变化的能力。
从企业内部作业层面出发，可以定义柔性为，企业系统适应相关因素(如产品、制程、负荷、机床故障等)变化的能力。
但是，一个更加综合性的柔性定义可能是，企业以在时间、精力、成本或企业运行性能等方面较小的代价，而作出快速反应或改变的能力。
本文倾向认为，企业柔性定义为企业对外部变化和内部变化的适应能力，它能使企业保持较高的竞争力和较好的经济效益。
企业对外界环境和内部因素等变化的适应能力，是受企业自身的生产条件决定的。
要提高企业的整体柔性水平，企业需要提高譬如人员、生产组织、机器设备、加工工艺、组织结构、产品开发等方面的柔性水平，也就是说，这些因素能使企业适应多样化、多变的生产要求，易于调整和转换。
例如，在企业内部采用高效率的数控机床、培养企业人员掌握多种技术、采用团队工作方式等。
度量柔性的数量方法很多，例如路径分析模型、信息模型、决策理论、财务分析等等，不一而足。
本文认为，企业柔性水平的衡量，应该建立在提高企业现在及将来的经济效益上，不能给企业带来经济效益的柔性，没有多大意义。
事实上，相关的研究也支持这一观点，表明柔性越强，并不一定始终意味着更多的经济效益，特别是当产品经济规模较大时更是如此。
因此，如果企业没有一个关于生产方面的清晰战略指引，那么新的制造技术可能成为因解决柔性问题而付出的昂贵代价。
度量柔性一般可以用时间或成本来作为度量指标。
由于成本较难估计，并且在市场竞争条件下，产品价格由市场竞争决定，所以最小的成本也就意味着最大的利润。
因此，以经济效益作为评判柔性的重要指标，是必须且可行的。
有关企业柔性的种类，有许多划分方法，一般包括机器柔性、工序柔性、产品柔性、市场柔性、组织柔性、人员柔性等等。
关于工序柔性的定义，本文认为工序柔性是企业生产单元处理机器故障而继续完成给定加工任务的能力。
设机床可靠性是指机床在给定的一个时间点正常运行的概率，为了定量工序柔性，可以将机床可靠性引入到了工序柔性模型当中。
机床柔性的一种定义是机床柔性是指机床在一系列给定的加工部件之间作出加工类型变换的容易程度。
产品柔性是企业快速高效率地生产、开发多品种、不同数量产品的能力。
市场柔性则是企业适应市场环境变化，保持企业正常平稳运行的能力。
组织柔性是企业为适应环境变化，克服组织结构可能发生变化的能力，而人员柔性则是人员能够适应多种工作的能力。
信息技术对系统柔性的有着重要的影响，本文着重加以讨论。
信息技术对企业组织的柔性贡献主要体现在三个方面，即信息技术改变或模糊了企业组织的边界，改变了工作时间和组织间的联系时间;改变了工作的性质和节奏;帮助企业对变化的市场环境作出快速反应。
各类不同的信息技术能够使作业因可以采用灵活的方法而增强企业的柔性。
例如，个人计算机系统、第四代语言(4GL)、电子商务技术等可以建立比以往更加灵活的工作、计划、决策模型，而面向对象技术也提供了一种有效手段处理企业柔性需求和不确定的未来。
信息技术对企业的影响并不完全局限在企业内部，它可以使企业与外界的联系更加快捷，提高了企业的竞争能力。
信息系统的采用能够提高企业柔性以适应新的竞争环境，信息系统使企业与商业伙伴的联系更加灵活多样，使企业间的信息交换更加快捷，从而增强企业的整体柔性。
二、 供应链系统的柔性
在过去几十年的中，有关柔性的研究都是站在单个制造企业的角度来研究的。
随着供应链管理概念的提出，人们意识到只研究单个制造系统的柔性是不够的，必须扩展到供应链系统。
柔性的提高需要供应链中各组织间数据信息的共享和协作，尽管供应链系统柔性的研究很重要，到目前为止，这方面的研究文献还非常有限。
为了研究供应链柔性模型，关于供应链系统内部柔性的划分，Ducos等人考虑了六个方面的柔性，即生产系统、市场、配送、采购、组织和信息系统。
Swafford等人则认为，供应链系统柔性由四个方面的柔性决定：产品开发、采购、制造和配送。
他们给出了供应链整体柔性的定义，即供应链系统能够以最小的时间和最小的成本适应市场的变化，并提供市场所需的产品和服务的能力。
供应链系统柔性可以从四个方面加以考察：采购柔性、产品开发柔性、制造柔性和配送柔性。
采购柔性是指供应链系统根据顾客需求，改变产品供应而重构供应链的能力。
产品开发柔性是指供应链系统能够低成本、快速地开发各种新产品设计，并灵活配置相关资源的能力。
制造柔性指低成本、快速地生产不同类型、不同数量的产品的能力。
配送柔性指低成本、快速地配送不同类型、不同数量的产品的能力。
在现有非常有限的供应链系统的柔性研究中，定性讨论讨论较多。
对于供应链系统柔性的定量研究，定量研究方法多为模拟、加权评价法等，完整而系统地采用数学模型对供应链系统整体柔性作出定量和说明，这方面的研究基本上还是空白。
供应链系统的整体柔性定量模型的建立，可以对供应链系统整体柔性作出定量化解释，以及帮助供应链系统作出柔性方面的决策，使系统而准确地评价供应链系统的总体性能成为可能，同时经济性模型的建立，为供应链系统总体柔性决策及柔性改造提供决策评判的基础。
三、 供应链柔性的作用及管理措施
供应链柔性的作用体现在如下几个方面：
(1)产品生命周期。
供应链系统的柔性越强，那么供应链系统就能够在短时间内以低成本的方式实现新产品的开发，保证新产品开发所需物料的供应及其它保障，从而使系统能够适应市场较短的产品生命周期的要求。
(2)产品种类。
如果供应链系统能够实现多种产品和多种产品组合的生产，无疑使供应链系统更能适应市场需求的变化，提高系统的竞争力。
(3)顾客需求不匹配。
顾客需求在数量、品种、质量、时间等要求方面往往不一致，柔性较强的供应链系统，就能较好地处理这些问题。
(4)零部件多样性。
柔性较强的供应链系统，能在较短时间内、低成本地实现不同零部件之间的加工转换。
(5)工艺复杂性。
柔性较强的供应链系统能够处理复杂多样的工艺处理要求，能够高效率地实现加工过程的优化。
(6)采购不确定性。
消除和适应原材料采购的不确定性是供应链系统稳定运行的关键因素之一，供应链系统的柔性越强，就能够很好地保证原材料的供应。
(7)其它方面。
例如，配送过程的复杂性、人员的变动及调配、机床加工的可靠性等等，较高的柔性就可以快速低成本地克服供应链系统内部、外部各种因素的变化带来的不确定性。
提高供应链柔性应采取如下措施：(1)提高供应链系统的管理水平，应用现代化的管理手段和方法。
例如，可以建立反映供应链柔性的系统优化模型，据此分析供应链系统的柔性水平，同时还可以分析供应链内外各不确定性的因素对系统整体柔性性能的影响，从而作出柔性改造决策。
(2)提高供应链系统的信息交换和处理水平，构建高效的电子商务信息处理系统。
建立柔性良好的供应链系统，高效率、运行良好的ERP系统是必要的。
(3)提高人员的技术水平，培养多技能人才。
对单个人员来说，应加强人员的技能训练和培训，做到精通多种专业技能。
在具体生产业务活动中，努力采用团队的组织方式。
(4)提高设备技术水平，采用高效率的数控机床。
高效率的数控机床能够方便快捷地实现不同加工产品之间的转换。
(5)其它措施，如采用多供应商供应物料、设计良好的配送中心等等。
多个供应商供应物料，能够有效防止供应短缺的风险，设计及管理良好的配送中心能够实现产品的灵活、快捷的配送。
推荐阅读：
柔性制造（共8篇）03-24
柔性制造技术关键管理论文（精选3篇）04-26
柔性制造技术现状研究论文（精选3篇）04-27
女性董事、财务柔性与非效率性投资——基于A股装备制造业的经验数据12-31
柔性直流控制系统的链路时延测试方法05-12
企业管理系统柔性研究论文（共3篇）04-26
智能制造信息系统08-25
柔性管理05-26
产品柔性05-27
