柔性制造系统的优势及关键技术探析

1.柔性制造系统的优势

柔性制造系统发展至今已经有三十多年历史。在20世纪70年代FMS作为一个高新的研究开发项目，在许多工业发达国家受到重视。一批初期水平的FMS开始在工厂中试运行，许多技术难点逐步得到解决，并开始显示出新的生命力。在20世纪80年代FMS已从探索阶段走向实用化和商品化，并得到了更为迅速的发展。市场的需求，良好的经济效益是FMS技术得以推广应用的基础和动力。随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品趋向于多样化，产品的市场寿命日益缩短，更新换代加速。这一切都迫使人们去寻求新的制造原理和方式，大幅度提高制造柔性、生产率，缩短生产周期。而在这些方面FMS具有明显的优越性：它可以根据市场需求，对生产订单作出最迅速的反应，以最短的周期加工出市场需要的产品。当然，对于柔性的要求，各种产品的差别也是很大的。技术的发展通常都具有其自身的规律和发展过程。我们可以认为FMS是从两个不同的方面发展而来的。其一是在数控通用机床（包括加工中心）的基础上发展起来的。目的是为了提高生产效率，提高多品种加工时机床的利用率（提高更换品种的速度），提高对市场的响应能力。把通用的加工中心连线，并用计算机来管理，就是最初出现的FMS。其二是在专用机床（组合机床）自动线的基础上发展起来的。目的是为了提高柔性，适应多品种生产。我们通常称为柔性自动线，也可视为FMS中产量较大，柔性较小的一种。

FMS在机械产品的生产中，占据着一个相当广泛的空间。根据国外资料介绍，FMS适用的范围为：零件品种3～40种，生产量3～40件/h（相当于年产零件数9 000～120 000个）。但由于实际情况差别很大（例如对小的简单零件，数量可以生产得更多；对形状、工艺相近的零件，品种也可以增加），很难用一个具体的数字来框定。结合我国的情况，一般我们认为年产量5 000～100 000件，品种3～15种，都是比较适合FMS加工的对象。目前国内有些年产20～30万辆（甚至更高）的制造企业，也采用立式加工中心组成柔性自动线，在这里它主要的优点表现在上马快，产品更新换代方便。

FMS有如下几个突出的优点。

1）FMS很容易和上层管理计算机联网，接受市场信息和生产指令，有效地调度各台数控机床，使其得到最合理的使用。用订单来驱动生产，使生产和市场更紧密的结合，改变了传统的生产观念。

2）由于FMS具有工件自动输送系统（小车或滚道）和刀具管理系统，在计算机的统一调度下，能使各台机床都具有较高的负荷率。

3）通常能在不停机的情况下改变加工任务，在个别机床出现故障时，可以暂时将其隔开，修复后再连入，不会引起全线停机，保证了生产的连续性。这是现代化生产的一项重要要求，传统的自动线则做不到这点。

4）有较完善的监控和管理系统，可靠性高，用人较少，在需要的时候可以开三班（三班可以无人管理）。

FMS在国外能得到广泛的应用，除上述优势外，也得益于计算机技术及数控技术的迅速发展，使其在可靠性大大提高的同时，成本迅速下降。在FMS发展的初期，由于成本高，有时只能作为大公司炫耀经济技术实力的展品，一些中小工厂则不敢问津。而发展到今天，经济效益已成为其主要的发展动力。在我们规划和设计FMS时必须牢牢记住这点，取得高的经济效益才是FMS设计的主要目标。

2.关键技术(www.xing528.com)

（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。先进的计算机辅助设计技术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

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）。由于专家系统能方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的各方面工作增强了柔性。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。智能制造技术（IMT）能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。在制造过程中，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。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，成为现代自动化系统中的一个组成部分。