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制造自动化技术的兴起与现状

2014-12-7 07:52| 编辑:电工学习网| 查看: 6122| 评论: 0

    制造自动化经历了刚性自动化、柔性自动化和综合自动化三个发展阶段。
     刚性自动化 主要是利用半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线,解决单一品种大批量生产的自动化问题。目的在于提高生产率。
     柔性自动化 利用数控机床加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等,解决小批量多品种的生产自动化问题。
     综合自动化 随计算机技术的发展,以计算机为中心的综合自动化得到了广泛的应用,如计算机集成制造系统(CIMS)、并行工程(CE)敏捷制造(AM)等模式得到了发展和应用。
     制造自动化技术研究,过去主要集中在单元和专门技术的研究中,这些技术包括控制技术(如数控技术、过程控制和过程监控等)和计算机辅助技术(如CAD、CAPP、CAM和CAE等)等。近年来,在上述单元技术和专门技术继续发展的同时,制造系统中的集成技术和系统技术的研究发展迅速,已成为制造自动化研究中的热点。制造系统中的集成技术和系统技术涉及面很广。其中集成技术包括制造系统中的信息集成和功能集成技术(如CIMS)、过程集成技术(如并行工程CE)、企业间集成技术(如敏捷制造AM)等;系统技术包括制造系统分析技术、制造系统建模技术、制造系统运筹技术、制造系统管理技术和制造系统优化技术等等。
     目前制造自动化技术研究的热点有以下几个方面:
     1.注重制造自动化系统中人的作用
     过去人们认为全盘自动化和无人化工厂或车间是制造自动化发展的目标。随着实践的深入和一些无人化工厂实施的失败,人们对无人制造自动化问题进行了反思,并对于人在制造自动化系统中有着机器不可替代的重要作用进行了重新认识。如何将人与制造系统有机结合,进行了理论与技术上的探索。提出了“人机一体化制造系统”、“以人为中心的制造系统”等新思想,强调发挥人的核心作用,注重人—机一体的技术路线,将人作为制造系统中的有机组成部分,实现制造系统中人与机器一体化的人机集成的决策机制,以取得制造系统的最佳效益。
     2.强调制造单元系统的研究
     制造单元系统是以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体,在计算机控制管理下,进行多品种、中小批量零件自动化加工生产的机械加工系统的总称。它是计算机集成制造系统(CIMS)的重要组成部分,是自动化工厂车间作业计划的分解决策层和具体执行机构。
     3.制造过程的计划和调度研究十分活跃
     研究表明,一个机械零件,只有5%的时间是在机床上进行加工;95%的时间零件在不同的地方和不同的机床之间运输或等待。要想提高制造生产率,影响办法减少工件的等待和运输时间。采用的办法为优化制造过程的计划和调度。目前,国内外对制造过程的计划和调度的研究非常活跃,已取得了相当的研究成果。但由于制造过程的复杂性和随机性,实用性的成果却很少。还需进一步深入地研究。
     4.大力发展柔性制造技术
     FMS是人们非常关注的,第一条FMS生产线诞生到今天已经有快30年了,目前FMS已在发达国家广泛应用。但由于FMS的复杂性和制造技术的不断发展。目前仍有大量学者在研究FMS的系统结构、控制、管理和优化运行等。
     FMS具有自动化程度高和运行效率高等优点,注重信息流的集成,特别强调物料流的集成与自动化,物流自动化设备投资在整个FMS的投资中占有相当大的比重,且FMS的运行可靠性在很大程度上依赖于物流自动化设备的正常运行,因此FMS也具有投资大、见效慢和可靠性相对较差等不足。
     DNC技术近年来得到了很大发展。DNC包括两种情况:一是为计算机直接数控,另一指是Direct numerical control,即分布式数控。DNC(分布式数控)强调信息的集成与信息流的自动化,物料流的控制与执行可大量介入人机交互。相对FMS来说,DNC具有投资小、见效快、柔性好和可靠性高等特点,因而近年来的研究非常活跃。
     柔性制造技术的基础是数控。数控技术虽然已有40多年历史,但至今仍在不断完善和发展。一些新的数控系统在不断涌现。
     5.建设适应现代生产模式的制造环境
     准时制生产(Just in time)、并行工程(Concurrent engineering)、精良生产(Lean production)、敏捷制造(Agile manufacturing)等现代制造模式的提出和发展,推动了制造自动化技术研究和应用的发展,以适应现代制造模式应用的需要。
     例如:围绕敏捷制造这一21世纪占主导地位的制造模式的研究,对制造自动化系统中的敏捷制造问题的研究越来越受到重视。主要问题包括敏捷制造模式下的制造自动化系统体系结构、高效柔性制造系统的建模与重构、制造能力测量、评价与控制和制造加工过程的拟实制造等等。
     6. 研究底层加工系统的智能化和集成化
     目前提出的智能完备制造系统HMS(Holonic manufacturing system)是由智能完备单元复合而成;其底层设备具有开放、自律、合作、适应柔性、可靠、易集成和鲁棒性好等特性。另外,目前世界上刚刚出现的虚拟轴机床,变革了传统机床的工作原理,其性能上有许多独特优势,特别是有利于实现车间内各虚拟轴机床的控制和集成。又如快速原型制造(Rapid prototyping)是一种有利于实现集成制造的新技术,近年来的研究非常活跃。

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