6柔性制造系统的发展
新技术新工艺２０１３年第８期
柔性制造系统的发展
王
笛１，金湘２，张星２
（１．河南工业职业技术学院机械系，河南南阳４７３００９；２．河南北方星光机电有限责任公司，河南邓州４７４１００）
摘要：随着生产力的发展与科技的进步，市场竞争日趋激烈，人们对产品功能与质量的要求不断提高。传统的生产方式越来越无法满足当今市场对短周期、多品种和小批量产品制造的需求，即生产柔性的需求‘１｜。柔性制造系统将计算机、自动化控制、微电子技术和系统工程等复杂技术进行了有机结合，既具有机械加工的高自动化与高效率，又具有良好的生产柔性。本文根据柔性制造系统的特点，对其基本组成、类型、工作优势以及未来的发展方向进行了阐述。
关键词：柔性；制造技术；发展中图分类号：ＴＨ
１６５
文献标志码：Ａ
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧＤｉｌ，ＪＩＮ
Ｘｉａｎ９２，ＺＨＡＮＧＸｉｎ９２
（１．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｈｅ’ｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｙａｎｇ４７３００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅ’ｎａｎＮｏｒｔｈＳｔａｒ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｄｅｎｇｚｈｏｕ４７４１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｎ—
ｔｅｎｓｅ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｑｕａｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｓｏｆｐｒｏｄｕｃｉｎｇｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｕｎａｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅｍａｒｋｅｔｆｏｒｔｈｅｓｈｏｒｔ—ｐｅｒｉｏｄ，ｍｕｌｔｉ—ｓｐｅｃｉｅｓ，ａｎｄｓｍａｌｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｏｒｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ
ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｆｌｅｘｉｂｌｅ．Ｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＦＭＳ）ｃｏｍｂｉｎｅｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｉｃｒｏ—ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｙｓｔｅｍｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｏｔｈｈｉｇｈａｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇａｎｄｖｅｒｙｈｉｇｈｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎ—
ｔｒｏｄｕｃｅｄｉｔｓｂａｓｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
近年来，计算机技术、微电子技术以及机械装备制造技术飞速发展，促使现代制造业发生了重大变革。传统的自动化制造技术虽然具有较高的生产效率，却无法满足当今市场对短周期、多品种和小批量产品制造的需求，即生产柔性的需求，于是，柔性制造技术逐渐成为现代化制造业的一个新方向。
１柔性制造系统及其组成
柔性制造系统（ｆｌｅｘｉｂｌｅ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
ｓｙｓｔｅｍ，简
称ＦＭＳ）是一种在计算机系统的统一控制和管理之
下，用传输装置和自动装卸装置将加工设备连接起
来的自动化制造系统，适用于中小批量和多品种零
分析表明，采用ＮＧ－ＴＭＣＰ工艺生产的ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋钢质纯净，显微组织正常，符合国家标准ＧＢ１４９９．２的规定。
４
标准ＧＢｌ４９９．２的规定要求。
参考文献
［１］王国栋．以超快速冷却为核心的新一代ＴＭＣＰ技术
结语
１）采用新一代ＴＭＣＰ（ＮＧ—ＴＭＣＰ）技术，可使
［Ｊ］．上海金属，２００８，３０（２）：１—５．
钢筋屈服强度提高４０ＭＰａ以上。
２）采用ＮＧ—ＴＭＣＰ工艺生产ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋，生产成本可减少４０元／ｔ。
作者简介：徐志（１９５８一），男，工程师，主要从事新产品开发等
方面的研究。
收稿日期：２０１３年０１月１１日
３）采用ＮｐＴＭＣＰ工艺生产的ＨＲＢ４００热轧带肋钢筋，钢质纯净，成分、性能均匀，质量达到国家
责任编辑吕菁
乏１
万方数据
１堑垫查堑三茎！垫圭垫查皇垫堡三堡
数字技术
部件的高效率加工。其基本组成与布局如图１所
示。
工厂计算机
中央计算机ｌ
ｌ物流控制计算机
自动
仓库
机械工程
大批量、单品种和非柔性自动生产线与中小批量和多品种柔性制造系统之间的生产线设备。一般可使该生产线将多台机床与物料运输系统连接起来，对于物料传输系统柔性的需求要比柔性制造系统低，但生产效率较高。
３）柔性制造系统（ＦＭＳ）。该系统是指以数控
加工ｌｌ加工ｌ
单元ｌｌＩ单元２Ｉ单元＾．．．．．．．．．√’Ｌ－．．＿．．．．．－／１－＿．．。．．．一
广—］运输小车
……
工夹具站Ｉ信息传输网络
Ｉ加工
机床或加工中心为基础，再加上物料运输系统组成的生产系统，主要由计算机控制，可以连续地进行多品种工件的加工。该系统主要适合中小批量、形状
图１
柔性制造系统的组成与布局示意图
比较复杂和多品种的零件的管理及生产。典型柔性制造系统如图２所示。
柔性制造系统一般由以下４个部分组成。１）自动加工系统。该系统是指以成组技术为基础，把外形尺寸（形状差异不大）和质量大致相似、材料相同、工艺相似的零件，集中在１台或数台数控机床或专用机床等设备上进行生产的加工系统［２一。柔性制造系统的加工设备一般由多台自动化程度很高的数控设备共同组成，主要包括加工中心、切削中心以及采用计算机控制的其他种类机床，用于完成不同工序的加工。
２）物料运输系统。该系统是指由多种运输装置构成，实现工件和加工刀具等的供给与传送的系统，是柔性制造系统的主要组成部分。该系统主要用于实现物料的存储和搬运，包括各种传送带、轨道、起吊设备和工业机器人等。
３）信息控制系统。该系统是指对加工和运输过程中所需的各种信息进行收集、处理和反馈，并通过计算机或其他控制装置（液压和气压装置等），对机床或运输设备实行分级控制的系统［３］。该系统主要用于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。
４）软件系统。该系统是保证柔性制造系统进行综合有效管理的必不可少的组成部分，确保柔性制造系统能够有效地适应中小批量及多品种生产的管理、控制及优化工作。该系统主要包括了设计规划、生产过程分析、生产过程调度、系统管理以及监控等软件。
图２典型柔性制造系统示意图
３种不同类型的柔性制造设备在产品品种、生产批量以及自动化生产中的对比如图３所示。从图３可以看出，ＦＭＬ更适合生产批量较大和品种较单一的零件，生产效率相对较高，而柔性相对较低；ＦＭＣ更适合生产批量较小和品种多样化的零件，生产效率相对较低，而柔性相对较高；ＦＭＳ介于两者之间。
ｌ０００
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１００
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ｌ０００
２柔性制造系统的类型
１）柔性制造单元（ＦＭＣ）。该单元是指由１台或多台数控机床或加工中心构成的加工单元。可使该单元根据生产需要自动地更换夹具与刀具，以适应不同工件的加工。该单元一般适合加工批量小、形状比较复杂、工序较简单和加工时间较长的零件。该单元的设备柔性很高，但人员和加工柔性较低。
２）柔性自动生产线（ＦＭＬ）。该生产线是介于
３
品种
图３零件品种、批量与自动化加工方式的选择
柔性制造系统的特点
柔性制造系统将计算机、自动控制、微电子技术
和系统工程等复杂的技术有机结合，既具有机械加工的高自动化和高效率，又具有非常高的柔性，具体如下。
！堑垫查堑三茎！墼圭垫查量塑塑三堡厂万
万方数据
新技术新工艺２０１３年
第８期
现了整个生产制造过程实际上是各种信息的采集、
１）设备柔性好。柔性制造系统的刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，当市场需求发生变化或者改进产品设计时，可以迅速地进行调整，以适应生产。
２）设备利用率高。柔性制造系统布局合理紧
交换和加工处理的过程。计算机集成制造系统将信
息技术、现代管理技术和制造技术有机地结合起来，并成功地应用于企业生产的各个部分，通过信息的传递和资源的优化，实现物流、信息流和价值流的集成和优化运行。
总体上看，柔性制造系统的设备生产线将进一步缩短，场地利用率更高；初始投资和中间库存减少，生产成本更低；生产速度更快，生产效率更高。柔性制造系统的不断发展可以缩短生产周期，降低生产成本，提升产品质量，提高生产效率，从而增强生产企业的竞争力。
５
凑，设备的利用率较高，而设备的总占地面积可以减
少２０％。
３）在制品数量少。柔性制造系统的产品生产工序集中，减少了加工零件的装夹次数，并且可大大缩短生产的准备时间。
４）具有维持生产的能力。当柔性制造系统中的１台设备发生故障时，可以降级运转，物料运输系
统会自行调整路线，绕过出现故障的设备，从而不对
整个生产的运行造成影响。
５）产品质量稳定。柔性制造系统的加工过程是全自动的，人为的因素很少，产品的加工精度高，而且质量稳定性好。
６）运行灵活。当柔性制造系统的检验、装夹及维护等工作做好后，后续的加工生产可以在无人值守的情况下自动进行，其监控系统还可以处理刀具的磨损，以及物流运输堵塞等运行过程中出现的一些不可预料的情况［４］。
４
结语
柔性制造系统将计算机、自动控制、微电子技术
和系统工程等复杂技术有机地结合起来，既具有机
械加工的高自动化和高效率，又具有非常高的柔性。
柔性制造系统可以将企业的工程设计、生产制造及经营管理等过程在计算机及其软件的支撑下，构成覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动
态的最优化。柔性制造系统是为实现未来制造业新
的发展趋势而迅速发展的先进生产技术，它将成为
柔性制造系统的发展趋势
柔性制造系统的模块化
为了保证柔性制造系统的可靠性与经济性，可
决定未来企业整体竞争力的重要保证和未来制造行
业进行产品生产制造的主要方式。
４．１
参考文献
［１］孙杰．浅议柔性生产线的产生与应用［Ｊ］．科技资讯，
２０ｔ０（３５）：２３．
以将其主要组成部分进行模块化和标准化。这是因为刀具的供给方式和工件的运输及交换方式等能够在较大程度上影响柔性制造系统的复杂程度。通过不同功能的模块间的组合，构成不同形式的具有物料运输系统和信息交换系统的柔性制造系统，以适应不同产品的加工制造过程。４．２计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ｝
现代制造技术的发展不会仅仅局限在车间生产过程的自动化上，而是要全面地实现从产品设计、生产决策和加工制造到产品销售的整个过程的自动化，特别是整个生产管理层面上的自动化［５］，这样形成的一个完整的自动化生产系统就是计算机集成制造系统。一方面，计算机集成制造系统体现了企业的整个生产经营活动是密切联系的；另一方面，也体
［２］张亚明．柔性制造技术及应用ＥＪ］．煤炭技术，２００８（３）：５６．［３］高青．柔性制造技术的发展现状及趋势研究ＥＪ３．太原科技，２００８（７）：３２—３３．
Ｅ４］文延莉．谈柔性制造技术与发展ＥＪ］．安阳工学院学报，
２００８（４）：５５．
［５］李全普，刘静．柔性制造技术的应用［Ｊ］．现代制造，
２００８（２４）：６７—６８．
作者简介：王笛（１９８５一），男，助理讲师，主要从事材料加工等
方面的研究。
收稿日期：９０１３年０３月２３日
责任编辑李思文
乏■
万方数据
！堑垫查堑三茎！墼皇垫查皇塑塑三墨
．
柔性制造系统的发展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王笛， 金湘， 张星， WANG Di， JIN Xiang， ZHANG Xing
王笛,WANG Di(河南工业职业技术学院机械系,河南南阳,473009)， 金湘,张星,JIN Xiang,ZHANG Xing(河南北方星光机电有限责任公司,河南邓州,474100)新技术新工艺
New Technology & New Process2013(8)
1. 孙杰 浅议柔性生产线的产生与应用[期刊论文]-科技资讯 2010(35)2. 张亚明 柔性制造技术及应用[期刊论文]-煤炭技术 2008(03)
3. 高青 柔性制造技术的发展现状及趋势研究[期刊论文]-太原科技 2008(07)4. 文延莉 谈柔性制造技术与发展[期刊论文]-安阳工学院学报 2008(04)5. 李全普. 刘静 柔性制造技术的应用 2008(24)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xjsxgy201308009.aspx