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柔性制造系統范文1
關鍵詞: 柔性制造系統;Petri網;信標;資源;化簡
中圖分類號:TP27
文獻標識碼:A文章編號:1672-8513(2010)06-0417-06
Reduction for Petri Net Modeling of Flexible Manufacturing Systems
YUE Hao1，LI Wenjie2, 3
（1. Department of Computer Science and Engineering, Zhangzhou Normal University, Zhangzhou 363000, China; 2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science & Technology, Qingdao 266510, China; 3. Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi′an 710065, China）
Abstract: In a class of Flexible Manufacturing Systems (FMS) Petri nets (PN) models N named S3PR, it is proved that neither the strict minimal siphons (SMSs) nor the elementary siphons would contain the special location resources. Therefore, the net with special location resources must be reduced in order that a smaller net can be derived. The reduction algorithm deletes the special location resources, the related transitions, as well as the arcs concerned. Finally, the net obtained has less place, less transition and a simpler net structure.
Key words: flexible manufacturing system; Petri net; siphon; resource; reduction
柔性制造系統(Flexible Manufacturing Systems，FMS)中的資源競爭會導致死鎖，死鎖控制問題近年來倍受關注［1-11］.我們可以選用多種形式化方法來解決死鎖問題，如Petri網(Petri Net ，PN)、有限自動機、有向圖.其中PN方法因為能用一種模塊化和系統化的方法來描述FMS操作的不同方面和多種特征而成為最流行、應用最廣泛的工具［3-4］.
文獻［1］定義了一種Petri網子類S3PR網，通過給這種網系統的每一個嚴格極小信標(Strict Minimal Siphon，SMS)添加控制庫所，而使得網系統是活的.這一工作被認為是第一次運用結構化分析進行基于監督器(Monitor-Based)的活性使能（Liveness Enforcement）Petri網監控器設計［3］.這種方法需要計算網模型的所有SMS，還有一些如文獻［2,7-11］中的方法也需要計算SMS集.眾所周知，Petri網信標數目相對于網規模來說是指數級的，理論上講S3PR網中SMS的數目也是網規模大小的指數級［3］.雖然沒有形式化的證明，但大家公認SMS的計算是一件代價高昂的工作［12-13］.
文獻［2］提出了基本信標的概念，基本信標理論不僅能極大地減少附加控制庫所和連接弧的數目，而且能達到同樣或更好的控制效果.人們可以先求一個S3PR網的SMS集，然后從中選出基本信標［2］，也可以直接由一個S3PR網求其基本信標，這方面的工作包括文獻［14-16］.但是，不管哪一條途徑，基本信標的計算也是一項花費很大的工作.
為了縮小FMS PN模型的規模，減少SMS或基本信標求取中的計算量，本文提出了一個消除位置特殊資源［6］的化簡算法.與原模型相比，執行該算法所得到的PN模型具有相同的SMS和基本信標，卻具有更少的資源庫所操作庫所，更少的變遷，以及更簡單的網結構.
1 基本概念與定義
A,B為2個集合， A表示集合A的基數，即A中元素的個數，A＼B表示在集合A中除去集合B中的元素所得到的集合.若一個列向量中的元素均為0（1），則記該列向量為[STHZ]0(1)[ST]，在不致發生混淆的情況下依然記為0（1）.
定義1 N=(P,T,F)稱為一個網，其中P和T為有限、非空且互不相交的集合，P是庫所的集合，T是變遷的集合，F(P×T)∪(T×P)稱為流關系或連接弧集合.定義x=y∈P∪T/(y,x)∈F為節點x∈P∪T的前集，而x=y∈P∪T/(x,y)∈F為節點x∈P∪T的后集，一個集合的前集（后集）為它的所有元素的前集（后集）的并集.
定義2 設N=(P,T,F)為一個網，N的關聯矩陣A:P×TZ是由P和T按照如下規則形成的,即若p∈t\t，A(p,t)=-1，若p∈t\t，A(p,t)=1，否則對于所有的p∈P和t∈T，有A(p,t)=0.P－向量I:P[WTHZ]Z[WTBX]是以P為序標的列向量，T－向量J:T[WTHZ]Z[WTBX]是以T為序標的列向量，其中[WTHZ]Z[WTBX]是整數的集合.
定義3 設N=(P,T,F)為一個網，則P－向量I是P－不變式的充要條件為I≠0且I[WTBZ]T[WTBX]A=0成立.不變式I的支撐為I={p∈P/I(p)≠0}.
定義4 設N=(P,T,F)為一個網，稱非空集合SP是一個信標(siphon)，當且僅當SS成立.一個信標是極小的，當且僅當它不包含任何其它信標，若一個極小信標不包含任何P－不變式的支撐，則稱它為嚴格極小信標(SMS).網N的所有SMS組成的集合記為Π.
本文研究對象為一類S3PR網FMS的PN模型，有關S3PR網的相關定義及性質詳見文獻［1］，S3PR網的一個實例見圖1.基本信標的定義及性質詳見文獻［2］，網N的所有基本信標組成的集合記為ΠE.
如圖1所示的S3PR網N的操作庫所集為P=p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9，PR=p11,p12,p13,p14,p15，進程空閑庫所為P0=p1,p10，資源庫所為PR=p11,p12,p13,p14,p15.
2 位置特殊資源定義及其性質
根據文獻［6］，本節首先定義了一類FMS Petri網模型S3PR網N中的位置特殊資源，證明了N的任意一個SMS都不包含位置特殊資源和使用這些資源的操作庫所.
定義5［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，集合XP∪P0∪PR，則以(P∪P0∪PR)為序標的0,1向量eX的各分量為
eX(p)=1,若p∈X 0,若pX
引理1［1］ 設N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則N的所有極小P－不變量的集合為
ePi∪P0i/i∈{1,2,…,k}∪eH(r)∪{r}/r∈PR
定義6［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，稱(P0)中的變遷為第1個操作工序變遷，所有第1個操作工序變遷所組成的集合記為Tb，即Tb=(P0)，對于r∈PR，若rTb，即r后集中的變遷均為第1個操作工序變遷，則稱r為N的位置特殊資源，N的所有位置特殊資源庫所組成的集合記為PdrR(N).[HJ]
定義7［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，設SR={r0,r1,r2,…,rn}，則定義L(ri)=SP∩H(ri)，i=0,1,2,…,n.若對于p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR，則稱S滿足RH－條件；如果S不包含N的任何一個P－不變量的支集，則稱S滿足P－條件.
由定義7和嚴格極小信標（SMS）的定義知S是N的一個極小信標且S滿足P－條件，當且僅當S是N的一個SMS.下面的引理說明若一個信標S滿足RH－條件而一個資源庫所r0不在S之中，則任何使用r0的操作庫所也不在S之中.
引理2［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，S滿足RH－條件，r0∈PR，且r0S，則S∩(r0∪H(r0))=.
引理3［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S是N的一個信標，S滿足RH－條件，設SR={r0,r1,r2,…,rn}，則SP=∪ni=0L(ri).
引理4［6］ 設S是S3PR網N的一個信標，則S不包含N的任何一個P－不變量的支集當且僅當S不包含N的任何一個極小P－不
變量的支集.
引理5［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，S(≠)是一個不包含N的任何一個P－不變量支集的信標，則S∩PR>1.
這個引理告訴我們，不包含N的任何一個P－不變量支集的信標（即信標滿足P－條件）至少包含2個資源庫所.下面的引理說明任何一個第1個操作工序變遷，其后集中沒有資源庫所.
引理6［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則t∈Tb，t(r)=.
引理7［1］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于S∈Π，都有S∪CS=SR∪(∪r∈SRH(r)).
引理8［6］ 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于S∈Π，p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR.
推論1［6］ 設N是一個S3PR網，S是N的任意一個SMS，則S滿足RH－條件.
上面的推論告訴我們，N的任何一個SMS都滿足RH－條件，下面的引理說明位置特殊資源庫所不在任何一個SMS中.
引理9［6］ 設N是一個S3PR網，若r0是N的任意一個位置特殊資源，則對N的任意一個SMS，S∈Π，都有r0S.
下面的推論告訴我們，N的任何一個SMS都不包含使用位置特殊資源的操作庫所.
推論2［6］ 設N是一個S3PR網，若r0是N的任意一個位置特殊資源，S是N的任意一個SMS，即S∈Π，則H(r0)∩S=.
3 除去位置特殊資源及相關網元素
本節首先給出一個化簡函數Reduction(N,r0)，用來刪除N中的一個位置特殊資源r0，使用這個資源的操作庫所，以及相關的變遷和連接弧.隨后，文中又證明了化簡得到的網N′同原網N具有相同的SMS和基本信標.
定義8［1］ 設N=(P,T,F)是一個網，XP∪T，則記NX=(PX,TX,FX)為N的由X生成的網，其中PX=P∩X，TX=T∩X，FX=F∩(X×X).
函數1 N′=Reduction(N,r0)
輸入 帶有位置特殊資源r0的FMS Petri網模型N，N是一個S3PR網，N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F).
輸出 消去r0之后的S3PR網N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′).
Tb(r0)r0，H(r0)=(Tb(r0))，Tc(r0)=r0； // Tb(r0)是要被刪去的變遷集合，這時其中的任何一個變遷t都是第1個操作工序變遷，由引理6知t(r)=，因此使用r0的操作庫所集為H(r0)=r0∩P=（Tb(r0)）∩P=（Tb(r0)），Tc(r0)是新產生的N′中的第1個操作工序變遷集合；
for(Tc(r0)中的每一個變遷t) do //對于t∈Tc(r0)；if(t∩P0≠) then //若t后集中有進程空閑庫所，則t應當被刪去；
Tc(r0)=Tc(r0)＼{t};
Tb(r0)=Tb(r0)∪{t};
end if
X=P0∪(P＼ H(r0))∪(PR＼ {r0})∪(T＼Tb(r0));//在N中刪去資源庫所r0,以及H(r0)和相關變遷；N=NX=(PX,TX,FX);
for (i=1 to k) do //對于組成N的每一個S2PR Ni;
在N中加上弧集P0i×(Tc(r0)∩Ti);
return N.
例如圖1的S3PR網N，由定義6，Tb=t1,t8，由于(p11)=t1Tb，因此p11是N的一個位置特殊資源，調用函數Reduction(N,p11)，Tb(p11)=t1，Tc(p11)=t2,t6，H(p11)=p7，由于t2∩P0=t6∩P0=，所以函數Reduction(N,p11)中的第1個for循環不執行:
X=P0∪(P\p7)∪(PR\p11)∪(T\t1).
由X得出NX后再加上弧(p1,t2),(p1,t6)，最后的得到N′，如圖2所示.
函數1對S3PR網N處理后得到N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)，N′也是一個S3PR網，N與N′的關系如下：N′中的資源庫所比N少了一個r0，即P′R=PR－{r0}，對于r∈PdrR(N)＼ {r0}，r∈PdrR(N′)；空閑庫所集不變，都是P0，操作庫所少了H(r0)，即P′=P＼H(r0)，變遷集中少了Tb(r0)，即T′=T＼Tb(r0)，相關的每一個加工路徑上少了一個操作庫所p∈Pi∩H(r0)，對于資源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的.
定義9 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網， N′是由N經過函數1化簡后得到的S3PR網，設化簡過程中除去的位置特殊資源庫所為r0，r0∈PdrR(N)，則N的不包含PdrR(N)中庫所的且滿足RH－條件和P－條件的信標組成的集合記為Π1，Π1中所有極小元素組成的集合記為Π2；N′不包含PdrR(N)中庫所的且滿足RH－條件和P－條件的信標組成的集合記為Π3，Π3中所有極小元素組成的集合記為Π4，N′的所有SMS組成的集合記為Π′，N′的所有基本信標組成的集合記為Π′E.
定理1 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網:
N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)
=(P0∪(P＼H(r0))∪(PR＼r0),T′,F′).
Π1，Π3如前文定義，則有Π1=Π3.
證明
1)首先證明Π1Π3.
①本節證明對于S∈Π1，S在N′中也是一個信標.由S∩PdrR=，r0∈PdrR知r0SR，由S滿足RH－條件結合引理3知SP=∪ni=1L(ri)，S具有S=Sr∪(∪ni=1L(ri))的形式，其中Sr={r1,r2,…,rn}，r0Sr.由S是N的一個信標知在N中，對p∈S，t∈p，p1∈S，使得.對于p∈S，分2種情況討論.
情況1：若p∈Sr，由于r0Sr，所以p≠r0，N中的變遷集[KG-*3]p，庫所集[KG-*3]p，以及弧集F∩((p×{p})∪(p×p))在N′中都保留下來，所以在N′中也有p∈Sr，t∈p，p1∈S，使得t∈p1.
情況2：若p∈∪ni=1L(ri)，即存在j∈{1,2,…,n}，使得p∈L(rj)H(rj)，在N中，t∈p，rj=(r)t，由r0≠rj知變遷集p，庫所集(r)(p)，以及弧集F∩((p×{p})∪((r)(p)×p))在N′中都保留下來，所以在N′中也有p∈∪ni=1L(ri)，t∈p， r∈SrS，使得r=(r)t，t∈r.
由情況1及情況2知，Π′=在N′中也是一個信標.
②本節證明S在N′中滿足RH－條件和P－條件.由函數1知N′也是一個S3PR網，并且資源庫所集為P′R=PR＼{r0}，對于資源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的，S在N中滿足RH－條件知S∩P0=，S在N中滿足RH－條件且r0S，由引理2知S∩(r0∪H(r0))=，結合S∩P0=知SP′R∪(∪r∈P′RH(r))，又N′與N的進程空閑庫所集均為P0，所以由S在N中滿足RH－條件知S在N′中也滿足RH－條件；由引理1知網N的極小P－不變量的集合為:
由S在N中滿足P－條件知信標S不包含INVP(N)中任何一個元素的支集，結合S∩P0=和INVP(N)與INVP(N′)之間的關系，知S不包含INVP(N′)中任何一個元素的支集，由引理4知S在N′中滿足P－條件.
對于S∈Π1，S∩PdrR(N)=并且由①知S在N′中也是一個信標，由②知S在N′中也滿足P－條件和RH－條件，因此S∈Π3.有Π1Π3成立.
2)類似可證Π3Π1.
由1)，2)知Π3＝Π1.
推論3 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網，則有Π2=Π4.
證明 由定理1知Π1=Π3，由于Π2和Π4分別是Π1，Π3中的極小元素組成的集合，因此有Π2=Π4.
定理2 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于N來說，Π=Π2.
證明 1）首先證明Π2Π.對于S∈Π2，假設SΠ，則由于S滿足P－條件而SΠ,所以S不是N的極小信標，從S出發可以找到一個極小信標S′，S′S，由S′S知S′滿足P－條件，所以S′是N的一個SMS，由推論1知S′滿足RH－條件，由引理9知S′∩PdrR(N)=，所以S′∈Π1.由S′S且S′∈Π1知，S不是Π1中的極小元素，即SΠ2，矛盾.故若S∈Π2，則S∈Π.
2）其次證明ΠΠ2.對于S∈Π，則S滿足P－條件，S∈Π結合推論1知S也滿足RH－條件，又由引理9知對于任意一個位置特殊資源r0，都有r0S,所以S∈Π1，假設S不是Π1中的極小元素，則存在S′∈Π1，S′S，S′是N的一個信標，這同S是N的一個極小信標矛盾，因此S∈Π2.ΠΠ2成立.
定理3 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個S3PR網，則對于N′來說，Π′=Π4.
證明 同定理2的證明類似.
定理4 設N=(P∪P0∪PR,T,F)是一個帶有位置特殊資源r0的S3PR網，N′是由N經過函數1化簡除去r0后得到的S3PR網，則有Π=Π′.
證明 由定理2知Π=Π2，由定理3知Π′=Π4，而由推論3知Π2=Π4，因此有Π=Π′.
推論4 N與N′定義如定理4，則ΠE=Π′E.
證明 由網基本信標的定義結合定理4易知.
4 結語
解決柔性制造系統中的死鎖控制問題，需要處理系統的Petri網模型.由于處理算法的時間復雜度大部分都是非多項式（例如，是指數級的），因此，網模型規模大小往往會對計算量和處理時間產生重大影響.
本文考查包含一類位置特殊資源的S3PR網柔性制造系統Petri網模型，提出了一個化簡算法,刪去一個位置特殊資源，以及相關操作庫所、變遷和弧刪去,最終得到的網系同原網系統擁有相同的嚴格極小信標和基本信標.同時，與原網系統相比，最終得到的網系統具有更少的庫所、變遷和較簡單的網結構.
當然，如文獻［11］的作者邢科義教授指出，文中算法能在多大程度上簡化系統，這需要有一個定量的描述或結論（對有些系統簡化好像很有限）.另外，對本文中算法的時間復雜度的分析，筆者將另文討論.
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柔性制造系統范文2
一、規模
按規模大小FMS可分為如下4類：
1.柔性制造單元(FMC)
FMC的問世并在生產中使用約比FMS晚6~8年，它是由1~2臺加工中心、工業機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成，具有適應加工多品種產品的靈活性。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和一種產物，其特點是實現單機柔性化及自動化，迄今已進入普及應用階段。
2.柔性制造系統(FMS)
通常包括4臺或更多臺全自動數控機床(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接起來，可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工及管理。
3.柔性制造線(FML)
它是處于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機床；亦可采用專用機床或NC專用機床，對物料搬運系統柔性的要求低于FMS，但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制造系統和連續生產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.柔性制造工廠(FMF)
FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統進行聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使計算機集成制造系統(CIMS)投入實際，實現生產系統柔性化及自動化，進而實現全廠范圍的生產管理、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應用技術。它是將制造、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能制造系統(IMS)為代表，其特點是實現工廠柔性化及自動化。
二、關鍵技術
1.計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引入專家系統，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。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，通過計算機控制的激光掃描系統，將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形，并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料，如此循環操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數據，數小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
2.模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。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并自動地對控制量作調整，使系統性能大為改善，其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更引起人們極大的關注。
3.人工智能、 專家系統及智能傳感器技術
迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。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、計劃、監視、修復、命令及控制等)。由于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FMS的諸方面工作增強了柔性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統)技術必將在FMS(尤其智能型)中起著關鍵性的作用。人工智能在未來FMS中將發揮日趨重要的作用。目前用于FMS中的各種技術，預計最有發展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初，人工智能在FMS中的應用規模將要比目前大4倍。智能制造技術(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環節，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程，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世紀的制造技術。對未來智能化FMS具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能而產生的，它使傳感器具有內在的“決策”功能。
4.人工神經網絡技術
人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并行處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經網絡不久將并列于專家系統和模糊控制系統，成為現代自支化系統中的一個組成部分。
三、發展趨勢
1.FMC將成為發展和應用的熱門技術
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近，更適用于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制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數控機床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、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。 FMS是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢，是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS，90年代此種狀況仍將會持續下去，日本從1991年開始實施的“智能制造系統”(IMS)國際性開發項目，屬于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS預計至21世紀才會實現。屆時，智能化機械與人之間將相互融合、柔性地全面協調從接受訂單貨至生產、銷售這一企業生產經營的全部活動。
柔性制造系統范文3
關鍵詞：模塊化；柔性制造系統；實驗室；方案；特征；范圍
同濟大學職業技術教育學院從1997年起承擔了中德兩國政府簽署的職教師資培養的合作項目，項目合作期限共八年，分三個階段執行。現設有機械工程及其自動化、電子與信息工程、土木工程、工商管理四個職教師資本科專業，生源主要是職校和大專的優秀應屆畢業生。學院同時還是上海市和全國中、高等職業教育師資重點培訓基地以及中德職業教育師資培訓中心。
根據中德合作項目要求，學院按中德雙方共同開發、制定的培養模式、教學計劃與大綱，培養集專業知識和技能及師范教學能力于一身的復合型職業教育高級人才。在職教師資培養過程中，學院借鑒和引進德國職教師資培養的教育思想與教學方法，特別注重對學生專業技能的培養與訓練，大力加強專業實驗室的建設。
一、現代化教學設備的引進
傳統的工程學科教學中，通常做法是各門課程單獨傳授，學生很少有機會了解各種技術在實際工程中是如何被綜合性應用的。學生在學習專業課程時，每門課程雖然都有相應的實驗，但這些實驗都是各自獨立進行的。在很多情況下，實驗中所使用的設備和器件很多都是實驗室專用的，與工業生產中所使用的實際設備和器件有著較大的差異。自動化技術是一門融機械、電氣、電子及計算機等技術于一體的綜合技術，在這種技術中，不同領域和層次的知識與能力融會在一起。與其他工程領域相比，在自動化生產中所使用的生產設備都是資金密集型的。因此，一方面，一般教學或培訓單位是沒有經濟實力專門為教學購置真實的、昂貴的自動化生產系統的；另一方面，擁有自動化生產系統的企業，因經濟原因而不愿將其作為實訓設備給學生使用。這樣，學校在傳授自動化技術時，只能用模型或采用計算機仿真作為一種彌補的手段，但采用模型或計算機仿真的手段，學生無法學到真實生產系統所需的知識。從某種意義上說，這樣培養出來的學生是“半成品”，學生走上工作崗位后，面對實際的工業生產設備、器件仍然感到陌生，需要經過較長的工作崗位適應期。
同濟大學職教學院在職教師資培養過程中，充分地認識到了上述問題。為使機械工程及其自動化專業方向的職教師范生在學習過程中，有機會將所學到的各門專業課的知識綜合性地應用到接近于生產實際的過程中，為他們走上教學崗位后應用這種新的教學理念打下基礎，學院除了建立適合于現代教學法模式的幾個獨立的專業實驗室外，正在籌建一個開放式自動化綜合實驗室。在這個綜合實驗室中，將開發一套完全接近于生產實際的模塊化柔性制造系統，由同濟大學和德國技術合作公司 (GTZ)共同投資。實驗室的開放性主要體現在兩個方面：一是系統組成具有開放性，系統中不同生產廠家的設備可相互兼容，便于以后擴展；二是實驗室資源具有開放性，實驗室可面向校內外各種層次的學生或培訓學員，做到資源共享，擴大受益面，使得高投資的設備取得盡可能大的社會效益。
二、模塊化柔性制造系統的配置
建成后的模塊化柔性制造系統，應該能夠完成不同形狀和結構尺寸零件的加工。現計劃在該系統中加工制造東方明珠電視塔模型、國際象棋等，從毛坯進來直到成品制成的所有工序都要在該系統中完成。為了達到這些工藝要求，系統集成了下列主要功能模塊：
(一)切削加工工位
該工位由一臺數控車床和一臺數控銑床組成，能完成車、銑、鉆的切削加工任務。數控裝置采用的是具有開放性和兼容性的通用PC機，操作鍵盤為標準的PC機鍵盤，操作系統為WIN95／98／2000／ME／ NT4.0／XP，采用圖形操作界面，具有人機對話編程功能。在這兩臺機床上可以選用手動、半自動、全自動數控加工方式，學生在工位上可以學習編制數控程序、操作和調整數控機床。
(二)上、下料工位
在該工位上配置一臺Eshed公司的五軸機器人，通過在線模塊，可以將PC機上編好的程序直接傳送到機器人控制器中。學生在該工位上可以學習機器人編程語言，并學習如何操作使用機器人。
(三)倉儲系統
倉儲系統采用的是一個四層28個庫位的立體高架倉庫，共分三個區域，分別用于存放毛坯、半成品和成品零件，同時配備一個物料搬運機械手。
(四)柔性物料輸送系統
在各個工位之間零件的傳輸，是由一個環形的可按需拼裝的傳送帶和有軌輸送小車完成的，該傳送系統具有零件的傳送、交換等功能。
(五)監控系統
每個自動工位都配備一個可編程控制器，各自動工位之間是通過工業局域網絡(如Profibus)相連接的，由一臺PC機實現系統的協調控制。為了實時監控系統中每個自動工位的工況，在這臺PC機上還可實時顯示各自動工位的工況信息。
轉貼于 三、模塊化柔性制造系統的特性
在綜合性的專業實驗室里，主要傳授與實踐有關的教學內容和實際的操作技能，在建立綜合性的專業實驗室時，必須考慮到使學習的內容與勞動過程緊密相關。因此，所要建立的模塊化柔性制造系統具備了下述重要特性：
(一)工業標準化特性
在系統中絕大部分的設備和器件都符合工業標準，盡可能不使用過分簡化了的教學設備與器件，使學生可以在一個能反映真實生產過程的系統中學到專業知識與操作技能。
(二)模塊化特性
系統被設計成具有模塊化的特性，也就是系統中的每個功能部件都能獨立運行，重要的功能部件應該是分布式控制的。在學習過程中，學生不僅可以對各個功能部件進行操作，而且還可以根據不同的教學內容增減功能部件，功能部件的增減同時又不影響系統中其他功能部件的運行。
(三)結構的開放性和兼容性
由于電子技術、信息技術和自動化技術的快速發展，所建系統必須與變化了的技術要求相匹配。在設計該系統時，我們充分考慮了其硬件結構與軟件系統的開放性和兼容性，使得組成該系統的設備不僅能與當今其他設備相組合和匹配，而且還具有進一步開發的可能性，為將來技術更新留有余地。
(四)學習的實踐特性
學生在綜合性的專業實驗室中學習時應該具有創造性勞動的可能性，也就是允許學生對某些設備進行拆裝、更改，以使他們能夠真正學到生產實際所需的專業技能。在該系統中采用的元器件雖然是工業用的，但是，在設計這些元器件時已經充分考慮到了拆裝的方便性。所以，學生能較容易地把建好的系統重新拆開，然后再組裝起來，而且還可以通過增減器件來對系統的配置進行重構。
(五)現代教學特性
在現代職業勞動中，勞動組織形式是以小組勞動為特征的，在職業技術教育中，學生在學校就應該了解并習慣于這種勞動組織形式。模塊化柔性制造實驗系統為學生提供了這種可能性，這是因為每個功能部件都能獨立運行，各功能部件又通過局域網絡相連接，通過協調控制連成一個系統。當學生在該系統中學習時，可以將“構建系統”作為一個學習課題，先構思出整個系統的方案，然后各小組分別對各功能部件進行設計、安裝、編程和調試。在各功能部件調試通過之后，將組合系統進行整體調試。在整體調試通過之后，再對系統進行評價，最后，整個學習課題才算完成。
學習的任務是以課題的形式出現的，學生參與了從整體構思、設計直至安裝、編程、調試、評價的所有學習過程，這樣的學習過程符合行為導向和創造導向的教學思想。學生在這樣的系統中學習，除了能學到有關專業知識和技能外，還能培養包括獨立工作能力、決策和判斷能力在內的個人能力，以及包括協作能力、交往能力以及強烈的責任心在內的社會能力。
四、模塊化柔性制造系統的適用范圍
(一)學習內容
在該模塊化柔性制造系統中，可以進行下列單項或多項內容組合式的教學與培訓：
數控機床操作、編程和加工功能擴展重構以及數控機床精度檢查及調整
機器人的操作、調整、編程和保養
數控機床和機器人的聯機
倉儲管理
傳送帶調整、重構和編程
傳送帶與倉庫以及各工位之間的聯機
工件檢驗和質量管理
計算機網絡
電子、電氣、氣動等的安裝
復雜系統的調試、維護、保養和故障查找
編制教學軟件并制作新的教學媒體
(二)適用對象
由于該系統與一般的實驗設備相比價格較昂貴，而且從技術的角度看系統比較復雜，所以如何充分、合理地使用好該系統是非常重要的。建成的綜合性的自動化專業實驗室將成為開放性實驗室，主要面對下列學習對象：
1．本學院的學生。主要是已經學過專業基礎課的機械工程及自動化、電子與信息工程等專業不同竿級的學生。
2．同濟大學其他院系的學生。為了實現資源共事，可以讓本校其他院系需要做機電一體化實驗的學生共同使用該實驗室。這樣不僅可以提高設備的利用率，而且可以增進院系之間的合作交流。
柔性制造系統范文4
關鍵詞：科技革命 制造業 柔性制造
科技的迅猛發展不但改變了物理世界，而且改變了人們的思想觀念，并從根本上改變了人們的生活方式，從而給制造業實體和理念上雙重性的深遠影響。科技革命帶了變革的速度持續加快，從根本上加強了世界的互聯性，增加了多樣性，使得多元化成為常態，并加劇了不穩定性，從而使商業環境更加呈現出動態性的特點。由此，產品的革新速度和多樣性空前加快，特別是全球競爭與國際貿易深入發展，企業想在全球供應鏈和國際競爭中占據有利位置而不被淘汰，就必須適應由科技突變而帶來的環境快速變化的趨勢。柔性制造策略是制造業面臨信息時代挑戰的重要策略，也是適應外部商業環境快速變化和客戶需要動態要求的重要策略。因此，建立柔性制造系統對于我國制造業的生存和發展具有重要現實意義。
一、柔性制造概述
1、柔性制造的內涵。柔性制造技術是1967年英國莫林斯（molins）提出來的用于機械制造行業的一種先進制造技術，此后這一理念在各行各業得到了廣泛應用，并已成為現代制造的一種科學“哲理”，倍受推崇。柔性制造技術的范圍是十分廣泛的，是對不同品種實現柔性制造的各種技術的總和。凡是側重于快速轉換的柔性要求、適合多品種、小批量生產的加工技術都屬于柔性制造技術的范疇，如柔性制造系統、柔性制造單元、柔性制造線、柔性制造工廠等。
2、柔性制造的影響因素。企業柔性制造的能力受到許多因素的影響，是企業綜合靈活適應能力的體現。但具體而言，影響柔性制造技術水平的因素主要包括以下方面：（1）設備柔性：即設備滿足工藝變化的程度，這一點主要體現在市場需求變化時，設備轉換生產一系列不同品種產品的能力。（2）工藝柔性：工藝柔性包含兩個方面：一是工藝流程不變化時，其自身適應產品和原材料變化的能力；二是為適應產品和原材料變化而改變原有工藝的難易程度。（3）產品柔性：一是產品更新或完全轉型后，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力；二是產品更新后，對老產品有用的特性的繼承能力和兼容能力。（4）生產能力柔性：當生產量、品種變化時，系統也能經濟地運行的能力。（5）維護柔性：持續高效地查詢、處理故障以保證生產正常進行的能力。（6）擴展柔性：當生產需要時，擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。（7）服務柔性：一是在顧客產品使用壽命周期內，用新部件維修舊產品的能力；二是一些產品還需要可升級的能力。
3、柔性制造的指標體系。整體而言，柔性制造中“柔性”表現為兩個方面：第一方面是系統適應外部變化的能力，第二方面是系統適應內部變化的能力。具體而言，衡量一個制造系統柔性高低程度主要有三個衡量指標：數量的柔性，允許各種因素（如產量）自由變化的幅度；時間的柔性，能夠實現變量（如銷售量）自由變化的幅度所需對應的時間；成本的柔性，在訂單波動、產量波動的情況下，各項費用尤其是人工變動費用如何隨之變化，其費用的變動，尤其是人工成本隨產量波動而相應變動的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。如圖1所示。
二、柔性制造系統的優勢
1、靈活的適應能力。柔性制造技術的“柔性”是相對于傳統生產方式的“剛性”而言的，它是相對的，動態的，也是不斷改進的技術，而不是一成不變的。由于工業化帶來需求的規模化，傳統生產線主要實現的是單品種的持續性的大批量生產，優點是生產效率高，次品率低，單位產品生產成本低，能同時滿足大量客戶的需求，適合標準化占領市場。但隨著科技革命的進一步發展，它改變了商業環境和現代市場的需求方式，客戶需求快速變化，并表現為多元化和個性化特征。傳統的制造方式難以滿足現代市場要求的多品種、小批量和快速化的生產需求，更缺乏現代市場所要求的靈活適應性能力。基于現代市場環境的變化，制造系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它能否在很短的開發周期內生產出低成本、高質量、不同品種產品的能力，能否適應客戶需求的不斷變化。因而，柔性生產對于制造業變得越來越重要。
2、較高的客戶價值。由于柔性制造的思想和方法非常適合小批量、多品種、及時交貨的現代
市場需求趨勢，在適合市場變化和客戶要求方面具有極大的快速靈活適應能力。企業通過創造柔性優勢，一方面，可以滿足了客戶的小批量、多品種的訂單需求，適應了制造業市場快速多變的需求；另一方面，柔性制造系統能夠充分發揮企業的柔性優勢采取design in 的銷售模式，主動為客戶提升產品個性化價值，提高產品的附加值和客戶的滿足度，為品牌贏得聲譽，樹立良好的品牌形象。design in即“設計介入”，是指銷售人員要在客戶進行產品設計的前端介入。企業在實施design in 的銷售模式中，要推廣“顧問式銷售，專家式服務”的銷售文化：要求每位銷售人員要成為客戶產品問題的解決方案的專家，不僅僅推銷自己的產品，更重要的是要從客戶需求的角度幫助客戶實現產品的優化設計，提升產品的個性化，為客戶帶來較高的附加價值。同時，將客戶的個性化方案與企業的技術優勢、柔性優勢相結合，實現利潤模式上的雙贏。在客戶價值得到提升的同時，企業也將獲得大量訂單及個性化的溢價。
三、構建完善的柔性制造系統
1、提高設備柔性。（1）增加靈活性設備。為適應柔性制造的要求，企業在設備設計方面，必須針對柔性的要求進行全面和重大的調整。如在設備的調整方面，可以逐漸放棄單一用途的設備，增加多功能用途的設備；可以放棄難以轉換的設備，增加轉換能力較強的設備；可以減少設備整機的配備，增加多用途零部件組裝型設備等。這樣不僅能夠提高企業設備的轉換能力，而且能夠減少設備成本，在最佳經濟條件下提高企業的柔性制造能力。（2）統一設備類型。不同型號轉換時，由于要求不同，每次轉換都會要求進行設備參數的重新調整等許多環節的重復無效率的工作，既影響工效又影響質量。為此，企業應該在生產許可和技術條件可行的情況下，統一零部件生產要求，或產品生產要求，并通過優化設計，將多種型號材料和零部件減少類型，或統一化，同時增加它們的靈活適應性。這樣不僅能夠提高工作效率，而且能減少浪費，縮減成本，提高柔性制造能力。
2、柔性生產系統的設計。企業在構建適合自身的柔性制造系統時，必須進行生產系統的柔性設計，這里所提高的柔性生產系統主要是“以單元化作業+人工輔助的生產模式”的生產模式。這種方式和完全的人工和自動化相比，具有巨大的優勢：通過單元中自動化設備保證了質量水平；通過人工連接，降低了投資與運行成本，而又不影響質量；在一些簡單操作工序，采取人工操作，但通過工裝夾具來預防和控制人工生產的質量波動。此外，這種模式還具有較好的柔性，對批量的要求大大降低。這一點在中國的許多制造業企業中具有典型的體現，中國之所在在全球供應鏈中成為重要的零配件生產、加工，以及產品的組裝基地，和中國半自動化和人工化的靈活性有一定聯系。不過，我國企業未來構建柔性制造系統的重點應該加強科學合理的管理系統建設，加強單元自動化作業和人工輔助的雙重建設，并在設備轉換，工藝變化，生產能力的維護、擴展和服務方面更加柔性化，提高適應市場變化和客戶個性化需求的要求。
3、建立完全信息化的管理系統。在快速變化面前，企業面臨的最大風險就是庫存的風險。這種風險體現在：客戶的個性化要求，帶來產品的通用性差，多余的成品就變成了廢品，導致企業的成本急劇增加；技術的快速進步引起新生產的產品性能的階段性提升，導致原來庫存的產品自然降級，失去市場流通的利潤價值，給企業帶來巨大經濟損失；有些產品隨著庫存時間的延長，產品會性能變差，產品有可能損壞而不能出售，給企業造成經濟損失。基于快速變化帶來的庫存性風險，我國制造也企業應該開發或先進的erp系統，提升了信息化管理水平，更重要的是優化了企業的流程，強化了企業精細化管理的觀念，對庫存產品實行“專用型號訂單化管理，通用型號流量化管理”，并按生產批號對庫存產品的質量實行全壽命周期的追蹤管理，使庫存得到有效管理，及時預防和控制因庫存而產生的質量問題，使因庫存質量而造成的經濟損失最小化。
4、建設多能工隊伍。由于現代制造業都是按訂單生產，而訂單的波動性又相當大，由此便導致了產量的劇烈波動。在訂單多時，繁忙的季節，員工都能夠全員工作，取得可觀的收入；但當訂單下降時，原來數量的員工就會變得多余，如要保持員工數量的不減少，就會使員工的工作時間大幅縮減，從而使一線工人收入大幅下降，最終將導致員工隊伍的穩定。為此，企業應該采用了柔性化的績效管理機制。將核心骨干和關鍵崗位的員工發展為多能工，用高工資保證這部分員工隊伍的穩定，在較低的訂單下，能夠一人多能，保持80%的工作飽和度；當訂單突然增大時，能夠在關鍵崗位保證產品質量，并帶動新人快速適應簡單崗位的工作。這樣，實現了短期內從較低的產能過渡到較高的產能的快速變換能力。從而使變動成本與實際產量實現基本的同步波動，提高成本的柔
性水平。
四、結束語
現代商業的競爭已經從產品和質量的競爭變成快速適應能力的競爭。在現代全球競爭和科技突飛猛進的今天，只要跟不上市場和客戶的需求變化的速度，質量再好的產品也會被淘汰。柔性制造是現代制造業企業適應現代商業競爭環境的重要策略，對于提高企業的靈活適應性能力、滿足市場需求和客戶需求快速變化的能力至關重要。我國制造業企業具有開闊的視野，在借鑒國外先進柔性制造技術的基礎上，結合自身的優勢，揚長避短，創建適合自身發展的具有中國特色的制造業企業的柔性制造系統。特別是，我國制造業企業要利用我國豐富的人力資源，并把我國制造業自動化程度不高的缺點轉變為轉換能力強的優勢，因勢利導地構建適合現代國際制造業競爭需求和客戶需求快速變化的要求，實現我國制造業柔性制造的跨越式發展。
【參考文獻】
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[3] 張曉玲、史金飛、洪著財等：敏捷制造企業的分布式質量控制系統[j].東南大學學報（自然科學版），2007（6）.
[4] 李鴻斌、何志海：柔性制造技術的現狀及發展趨勢[j].桂林航天工業高等專科學校學報，2005（2）.
柔性制造系統范文5
一、柔性制造概述
1、柔性制造的內涵。柔性制造技術是1967年英國莫林斯（MOLINS）提出來的用于機械制造行業的一種先進制造技術，此后這一理念在各行各業得到了廣泛應用，并已成為現代制造的一種科學“哲理”，倍受推崇。柔性制造技術的范圍是十分廣泛的，是對不同品種實現柔性制造的各種技術的總和。凡是側重于快速轉換的柔性要求、適合多品種、小批量生產的加工技術都屬于柔性制造技術的范疇，如柔性制造系統、柔性制造單元、柔性制造線、柔性制造工廠等。
2、柔性制造的影響因素。企業柔性制造的能力受到許多因素的影響，是企業綜合靈活適應能力的體現。但具體而言，影響柔性制造技術水平的因素主要包括以下方面：（1）設備柔性：即設備滿足工藝變化的程度，這一點主要體現在市場需求變化時，設備轉換生產一系列不同品種產品的能力。（2）工藝柔性：工藝柔性包含兩個方面：一是工藝流程不變化時，其自身適應產品和原材料變化的能力；二是為適應產品和原材料變化而改變原有工藝的難易程度。（3）產品柔性：一是產品更新或完全轉型后，系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力；二是產品更新后，對老產品有用的特性的繼承能力和兼容能力。（4）生產能力柔性：當生產量、品種變化時，系統也能經濟地運行的能力。（5）維護柔性：持續高效地查詢、處理故障以保證生產正常進行的能力。（6）擴展柔性：當生產需要時，擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。（7）服務柔性：一是在顧客產品使用壽命周期內，用新部件維修舊產品的能力；二是一些產品還需要可升級的能力。
3、柔性制造的指標體系。整體而言，柔性制造中“柔性”表現為兩個方面：第一方面是系統適應外部變化的能力，第二方面是系統適應內部變化的能力。具體而言，衡量一個制造系統柔性高低程度主要有三個衡量指標：數量的柔性，允許各種因素（如產量）自由變化的幅度；時間的柔性，能夠實現變量（如銷售量）自由變化的幅度所需對應的時間；成本的柔性，在訂單波動、產量波動的情況下，各項費用尤其是人工變動費用如何隨之變化，其費用的變動，尤其是人工成本隨產量波動而相應變動的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。
二、柔性制造系統的優勢
1、靈活的適應能力。柔性制造技術的“柔性”是相對于傳統生產方式的“剛性”而言的，它是相對的，動態的，也是不斷改進的技術，而不是一成不變的。由于工業化帶來需求的規模化，傳統生產線主要實現的是單品種的持續性的大批量生產，優點是生產效率高，次品率低，單位產品生產成本低，能同時滿足大量客戶的需求，適合標準化占領市場。但隨著科技革命的進一步發展，它改變了商業環境和現代市場的需求方式，客戶需求快速變化，并表現為多元化和個性化特征。傳統的制造方式難以滿足現代市場要求的多品種、小批量和快速化的生產需求，更缺乏現代市場所要求的靈活適應性能力，基于現代市場環境的變化，制造系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它能否在很短的開發周期內生產出低成本、高質量、不同品種產品的能力，能否適應客戶需求的不斷變化。因而，柔性生產對于制造業變得越來越重要。
2、較高的客戶價值。由于柔性制造的思想和方法非常適合小批量、多品種、及時交貨的現代市場需求趨勢，在適合市場變化和客戶要求方面具有極大的快速靈活適應能力。企業通過創造柔性優勢，一方面，可以滿足了客戶的小批量、多品種的訂單需求，適應了制造業市場快速多變的需求；另一方面，柔性制造系統能夠充分發揮企業的柔性優勢采取DESIGNIN的銷售模式，主動為客戶提升產品個性化價值，提高產品的附加值和客戶的滿足度，為品牌贏得聲譽，樹立良好的品牌形象。DESIGNIN即“設計介入”，是指銷售人員要在客戶進行產品設計的前端介入。企業在實施DESIGNIN的銷售模式中，要推廣“顧問式銷售，專家式服務”的銷售文化：要求每位銷售人員要成為客戶產品問題的解決方案的專家，不僅僅推銷自己的產品，更重要的是要從客戶需求的角度幫助客戶實現產品的優化設計，提升產品的個性化，為客戶帶來較高的附加價值。同時，將客戶的個性化方案與企業的技術優勢、柔性優勢相結合，實現利潤模式上的雙贏。在客戶價值得到提升的同時，企業也將獲得大量訂單及個性化的溢價。
三、構建完善的柔性制造系統
1、提高設備柔性。（1）增加靈活性設備。為適應柔性制造的要求，企業在設備設計方面，必須針對柔性的要求進行全面和重大的調整。如在設備的調整方面，可以逐漸放棄單一用途的設備，增加多功能用途的設備；可以放棄難以轉換的設備，增加轉換能力較強的設備；可以減少設備整機的配備，增加多用途零部件組裝型設備等。這樣不僅能夠提高企業設備的轉換能力，而且能夠減少設備成本，在最佳經濟條件下提高企業的柔性制造能力。（2）統一設備類型。不同型號轉換時，由于要求不同，每次轉換都會要求進行設備參數的重新調整等許多環節的重復無效率的工作，既影響工效又影響質量。為此，企業應該在生產許可和技術條件可行的情況下，統一零部件生產要求，或產品生產要求，并通過優化設計，將多種型號材料和零部件減少類型，或統一化，同時增加它們的靈活適應性。這樣不僅能夠提高工作效率，而且能減少浪費，縮減成本，提高柔性制造能力。
2、柔性生產系統的設計。企業在構建適合自身的柔性制造系統時，必須進行生產系統的柔性設計，這里所提高的柔性生產系統主要是“以單元化作業+人工輔助的生產模式”的生產模式。這種方式和完全的人工和自動化相比，具有巨大的優勢：通過單元中自動化設備保證了質量水平；通過人工連接，降低了投資與運行成本，而又不影響質量；在一些簡單操作工序，采取人工操作，但通過工裝夾具來預防和控制人工生產的質量波動。此外，這種模式還具有較好的柔性，對批量的要求大大降低。這一點在中國的許多制造業企業中具有典型的體現，中國之所在在全球供應鏈中成為重要的零配件生產、加工，以及產品的組裝基地，和中國半自動化和人工化的靈活性有一定聯系。不過，我國企業未來構建柔性制造系統的重點應該加強科學合理的管理系統建設，加強單元自動化作業和人工輔助的雙重建設，并在設備轉換，工藝變化，生產能力的維護、擴展和服務方面更加柔性化，提高適應市場變化和客戶個性化需求的要求。
3、建立完全信息化的管理系統。在快速變化面前，企業面臨的最大風險就是庫存的風險。這種風險體現在：客戶的個性化要求，帶來產品的通用性差，多余的成品就變成了廢品，導致企業的成本急劇增加；技術的快速進步引起新生產的產品性能的階段性提升，導致原來庫存的產品自然降級，失去市場流通的利潤價值，給企業帶來巨大經濟損失；有些產品隨著庫存時間的延長，產品會性能變差，產品有可能損壞而不能出售，給企業造成經濟損失。基于快速變化帶來的庫存性風險，我國制造也企業應該開發或先進的ERP系統，提升了信息化管理水平，更重要的是優化了企業的流程，強化了企業精細化管理的觀念，對庫存產品實行“專用型號訂單化管理，通用型號流量化管理”，并按生產批號對庫存產品的質量實行全壽命周期的追蹤管理，使庫存得到有效管理，及時預防和控制因庫存而產生的質量問題，使因庫存質量而造成的經濟損失最小化。
4、建設多能工隊伍。由于現代制造業都是按訂單生產，而訂單的波動性又相當大，由此便導致了產量的劇烈波動。在訂單多時，繁忙的季節，員工都能夠全員工作，取得可觀的收入；但當訂單下降時，原來數量的員工就會變得多余，如要保持員工數量的不減少，就會使員工的工作時間大幅縮減，從而使一線工人收入大幅下降，最終將導致員工隊伍的穩定。為此，企業應該采用了柔性化的績效管理機制。將核心骨干和關鍵崗位的員工發展為多能工，用高工資保證這部分員工隊伍的穩定，在較低的訂單下，能夠一人多能，保持80%的工作飽和度；當訂單突然增大時，能夠在關鍵崗位保證產品質量，并帶動新人快速適應簡單崗位的工作。這樣，實現了短期內從較低的產能過渡到較高的產能的快速變換能力。從而使變動成本與實際產量實現基本的同步波動，提高成本的柔性水平。
柔性制造系統范文6
隨著社會的進步和生活水平的提高,社會對產品多樣化,低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切,傳統的制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年代后,由于微電子技術、計算機技術、通信技術、機械與控制設備的發展,制造業自動化進入一個嶄新的時代,技術日臻成熟。柔性制造技術已成為各工業化國家機械制造自動化的研制發展重點。
1基本概念
11柔性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”是相對于“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,由于設備是固定的,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,一個制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于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。柔性主要包括1)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。
2)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;二是制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。
3)產品柔性一是產品更新或完全轉向后,系統能夠非常經濟和迅速地生產出新產品的能力;二是產品更新后,對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
4)維護柔性采用多種方式查詢、處理故障,保障生產正常進行的能力。
5)生產能力柔性當生產量改變、系統也能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統,這一點尤為重要。
6)擴展柔性當生產需要的時候,可以很容易地擴展系統結構,增加模塊,構成一個更大系統的能力。
7)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。
12柔性制造技術柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和。柔性制造技術是技術密集型的技術群,我們認為凡是側重于柔性,適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。目前按規模大小劃分為:
1)柔性制造系統(FMS)
關于柔性制造系統的定義很多,權威性的定義有:
美國國家標準局把FMS定義為:“由一個傳輸系統聯系起來的一些設備,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。中央計算機控制機床和傳輸系統,柔性制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“柔性制造系統是一個自動化的生產制造系統,在最少人的干預下,能夠生產任何范圍的產品族,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“柔性制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制造系統,它包括多個柔性制造單元,能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整,適用于多品種、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并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。目前常見的組成通常包括4臺或更多臺全自動數控機床(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接起來,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“智能制造系統”(IMS)國際性開發項目,屬于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS預計本世紀十年代后才會實現。
2)柔性制造單元(FMC)
FMC的問世并在生產中使用約比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臺加工中心、工業機器人、數控機床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。迄今已進入普及應用階段。
3)柔性制造線(FML)
它是處于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機床;亦可采用專用機床或NC專用機床,對物料搬運系統柔性的要求低于FMS,但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制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)柔性制造工廠(FMF)FMF是將多條FMS連接起來,配以自動化立體倉庫,用計算機系統進行聯系,采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使計算機集成制造系統(CIMS)投入實際,實現生產系統柔性化及自動化,進而實現全廠范圍的生產管理、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應用技術。它是將制造、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能制造系統(IMS)為代表,其特點是實現工廠柔性化及自動化。
2柔性制造所采用的關鍵技術2.1計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引入專家系統,使之具有智能化,可處理各種復雜的問題。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,通過計算機控制的激光掃描系統,將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形,并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料,如此循環操作,逐層掃描成形,并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起,僅需確定數據,數小時內便可制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
2.2模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。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并自動地對控制量作調整,使系統性能大為改善,其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更引起人們極大的關注。
2.3人工智能、專家系統及智能傳感器技術
迄今,柔性制造技術中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。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、計劃、監視、修復、命令及控制等)。由于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制造的諸方面工作增強了柔性。展望未來,以知識密集為特征,以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統)技術必將在柔性制造業(尤其智能型)中起著日趨重要的關鍵性的作用。目前用于柔性制造中的各種技術,預計最有發展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初,人工智能在柔性制造技術中的應用規模將在比目前大4倍。智能制造技術(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環節,借助模擬專家的智能活動,取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程,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世紀的制造技術。對未來智能化柔性制造技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能而產生的,它使傳感器具有內在的“決策”功能。
24人工神經網絡技術
人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域,神經網絡不久將并列于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。
3柔性制造技術的發展趨勢
31FMC將成為發展和應用的熱門技術
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經濟效益相接近,更適用于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。
32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制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數控機床替代通用的加工中心將是FML的發展趨勢。
33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、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。
4結束語
柔性制造技術是實現未來工廠的新穎概念模式和新的發展趨勢,是決定制造企業未來發展前途的具有戰略意義的舉措。屆時,智能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,柔性制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:柔性制造技術是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上,將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程,在計算機及其軟件的支撐下,構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統,以實現全局動態最優化,總體高效益、高柔性,并進而贏得競爭全勝的智能制造技術。它作為當今世界制造自動化技術發展的前沿科技,為未來機構制造工廠提供了一幅宏偉的藍圖,將成為21世紀機構制造業的主要生產模式。實現了按端口、MAC地址、應用等來劃分虛擬網絡,有效地控制了企業內部網絡的廣播流量和提高了企業內部網絡的安全性。
4結論
