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柔性自動化生產技術

發布時間:2015-01-12 作者: 次數:65次

一、概述

柔性自動化生產技術簡稱柔性制造技術,它以工藝設計為先導,以數控技術為核心,是自動化地完成企業多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測等過程的先進生產技術。它涉及到計算機、網絡、控制、信息、監測、生產系統仿真、質量控制與生產管理等技術。其主要研究范圍一般可分為:

1、適用于柔性自動化生產的設備

包括數控機床、輔機、傳輸裝置、機器人、存儲裝置、柔性自動裝夾具、檢具、交換裝置及更換裝置、接口等。

2、自動化控制和管理技術

包括分布式數字控制技術、質量統計和管理信息集成技術、生產規則和動態調度控制技術、計算機技術、網絡技術、通訊技術、生產系統仿真技術等。

3、聯線技術

根據工藝設計,將各種設備聯線,形成一個自動化生產的有機整體,既具有一定范圍的適用性,又具有較好的可變性。包括FMC、FMS、FML、FA等。

二、選擇依據

柔性自動化生產技術的高效性、靈活性和縮短投產準備時間等特性使其成為實施靈捷制造、并行工程、精益生產和智能制造等先進制造系統的基礎。

柔性自動化生產技術起源于切削加工,至今已遍及到機械制造業的各個領域,包括:電火花加工、激光加工、板材剪切和折彎、沖壓加工、水噴射加工、焊接及自動化裝配等,甚至還應用到測量、熱處理和噴漆涂覆等領域。

柔性自動化生產技術是當前機械制造業適應市場動態需求及產品不斷迅速更新的主要手段,是先進制造技術的基礎技術。實踐證明,應用由不同柔性自動化水平構成的制造系統可提高生產率1-4倍,新產品試制周期和費用減少1/3-1/2。從而可縮短制造周期和交貨期,加快產品更新換代,大幅度降低成本,提高企業對市場變化的應變能力和競爭能力,給企業帶來明顯的經濟效益。

為了提高我國在國際市場上的競爭能力和振興機械制造業,采用先進制造技術勢在必行,但FMC、FMS、FML、FA…等是附加值高的高科技產品,依靠進口則費用高昂,而且制造系統包含著技術、管理和人文意識,故必須我國自行研制,才能結合國情,達到先進而適用,且能節約大量外匯,取得巨大的經濟效益。

三、現狀及國內外發展趨勢

美、日、德三國分別于68年、70年和71年開發了首套FMS。到90年代全世界擁有1200套左右FMS,其中日本擁有400套,美國150套,德國100套。自85年到90年FMS的年平均增長率為28.7%。而同期FMC的年平均增長率為72.8%,即FMC的增長率是FMS的2.54倍。

這是由于FMS是根據加工的零件族的工藝選用合適數控機床的品種和數量組成的制造系統,因而系統較復雜,雖然生產效率高,但投資較大,資金回收期長,也就承擔較大的風險。而FMC由于是采用模塊化設計,數控機床品種單一,系統結構比較穩定,可靠性高,且可根據需要擴展組成FMS,有更好的柔性,較少的投資,調整周期短,見較快,經濟效益高些,故自80年代中期以來FMC已成為柔性制造系統中主要發展的工程產品。

1990年全球FMS的銷售額超過了20億美元,FMC銷售額逾40億美元,兩者約占當年世界機床總銷售額的15%,約占數控機床銷售額的30%以上。包括各類數控機床在內的柔性制造機床和系統的產值約占90年世界機床總產值465億美元的55%,其中日本和聯邦德國分別高達75%和70%,并呈逐年增加的趨勢。因而適用于柔性自動化生產的機床和系統已成為機床工業的主導產品。

1958年清華大學與北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數控銑床,雖與日本研制數控車床和數控銑床的時間接近,但由于數控系統和相關的電、液元件未得到相應的發展,所以并沒有能形成數控機床產業。直到“六五”期間由北京機床研究所引進日本FANUC數控和伺服系統技術,并經“七五”、“八五”在引進數控技術的基礎上消化吸收,才從80年代起逐步形成了我國完整的數控機床產業;同時開發了在CNC單機基礎上配置工件自動輸送和托盤交換裝置的FMC,自主研制了以國產設備為主組成的箱體加工FMS和板材沖壓成型FMS等,并為國內汽車行業和摩托車行業研制了柔性自動化生產線,發展了基于DNC的獨立制造島和車間集成信息管理系統等。

但總體而言,無論在柔性自動化生產設備的應用廣泛性方面,還是滿足國內市場需要方面,與工業發達國家相比有明顯不足,至于作為工程系統的FMC、FMS和FML等更還處于初步發展階段。國內機械制造業使用的為數不多的FMC、FMS和FML也大多自國外引進。

從目前來看,國外柔性自動化生產技術總的發展趨勢可歸為3F3S。

所謂3F為:柔性化(Flexibility)、聯盟化(Federalization)、新穎化(Fashion)。

所謂3S為:系統化(System)、軟件化(Software)、特效化(Speciality)。

具體來說,大致有下列四個方面:

1)、創制新一代數控機床,根據應用場合,既有適合自動化的簡約型高速數控機床,又有用于模具加工的超高速精密加工中心,復雜零件加工的多功能復合機床以及新穎的并聯機構機床(虛擬軸機床)等。

2)、發展適用于大批量、短節拍的由數控機床組成的自動生產線,達到具有年產量超過30萬件、多品種分批生產的經濟性。

3)、進一步提高制造系統的生產規劃和控制軟件的面向對象的特性,以增強其柔性和信息集成性,適應構建CIMS等更高層次柔性自動化生產系統的需要。

4)、研制靈捷制造單元,使其具有高度的自律性和良好的重組性,成為分布式網絡集成的智能體,作為實現動態聯盟企業實施異地遠程協調制造的基礎。

國內柔性自動化生產技術的發展總趨勢仍是遵循著3F3S的方向,但又有其特點:

1)、發展適用、可靠和有價格競爭力的數控機床,開發市場急需的高效、精密和缺門產品,不斷地提高其功能、性能,更好地適應柔性自動化生產的需求。

2)、大力推進分布式數字控制和管理(DNC)的制造系統,應用DNC技術有效地提高數控機床的利用率和自動化程度。

3)、研制以提高系統的可靠性和實用化為前提,加強物流和信息集成的柔性自動化生產線,以適應我國汽車、電機、家電等行業的大批、高效和多品種生產的需要。

4)、研究適應靈捷制造,并能充分利用現有資源響應市場需要的分布式網絡集成制造系統和快速重組制造系統,以提高我國機械制造業的市場競爭能力和快速響應能力。

 

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