淺議自動(dòng)化機械制造

摘 要:自動(dòng)化制造系統(FMS)系指具有自動(dòng)化程度高的制造系統。目前所談及的FMS通常是指在批量切削加工中以先進(jìn)的自動(dòng)化和高水平的自動(dòng)化為目標的制造系統。

關(guān)鍵詞:制造規模;關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展趨勢

隨著(zhù)社會(huì )對產(chǎn)品多樣化、低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，FMS發(fā)展頗為迅速，并且由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、機械與控制設備的發(fā)展。

一、自動(dòng)化機械制造規模

按規模大小FMS可分為如下4類(lèi)

(一)自動(dòng)化制造單元

FMC:的問(wèn)世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚6～8年，它是由1～2臺加工中心、工業(yè)機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成，具有設置應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為一個(gè)規模最小的FMS，是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展和一種產(chǎn)物，其特點(diǎn)是實(shí){目單機自動(dòng)化化及自動(dòng)化，迄今已進(jìn)入普及應用階段。

(二)自動(dòng)化制造系統

通常包括4臺或更多臺全自動(dòng)數控機床及人工中心與車(chē)削中心等)，由集中的控制系統及物料搬運系統連接起來(lái)，可在不停機的情況下實(shí)現多品種、中小批量的加工及管理。

(三)自動(dòng)化制造線(xiàn)

它是處于單一或少品種大批量非自動(dòng)化自動(dòng)線(xiàn)與中小批量多品種f:MS之間的生產(chǎn)線(xiàn)。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床，亦可采用專(zhuān)用機床或NC專(zhuān)用機床，對物料搬運系統自動(dòng)化的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。

(四)自動(dòng)化制造工廠(chǎng)

FMt是將多條FMS連接起來(lái)，配以自動(dòng)化立體倉庫，用計算機系統進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使計算機集成制造系統(C1MS)投入實(shí)際，實(shí)現生產(chǎn)系統自動(dòng)化化及自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現全廠(chǎng)范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運進(jìn)程的全盤(pán)化。FMF是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及經(jīng)營(yíng)管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統IMS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化化及自動(dòng)化。

二、自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

(一)計算機輔助設計

未來(lái)CAD技術(shù)發(fā)展將會(huì )引入專(zhuān)家系統，使之具有智能化，可處理各種復雜的問(wèn)題。當前設計技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù)，該項新技術(shù)是直接利用CAD數據，通過(guò)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(shù)脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動(dòng)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(shí)內便可制出精確的原型。它有助于加快開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和研制新結構的速度。

(二)模糊控制技術(shù)

模糊數學(xué)的實(shí)際應用是模糊控制器。最近開(kāi)發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學(xué)習功能，可在控制過(guò)程中不斷獲取新的信息并自動(dòng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò )的自學(xué)方法更起人們極大的關(guān)注。

(三)工智能、專(zhuān)家系統及智能傳感器技術(shù)

迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于規則的專(zhuān)家系統。專(zhuān)家系統利用專(zhuān)家知識和推理規則進(jìn)行推理，求解各類(lèi)問(wèn)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(zhuān)家系統能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗證過(guò)的理論與通過(guò)經(jīng)驗獲得的知識相結合，因而專(zhuān)家系統為FMS的諸方面工作增強了自動(dòng)化。展望未來(lái)，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能(包括專(zhuān)家系統)技術(shù)必將在FMS(尤其智能型)中關(guān)鍵性的作用。人工智能在未來(lái)FMS中將發(fā)揮日趨重要的作用。目前用于FMS中的各種技術(shù)，預計最有發(fā)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(shù)fIMT旨在將人工智能融入制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節，借助模擬專(zhuān)家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。在制造過(guò)程，系統能自動(dòng)監測其運行狀態(tài)，在受到外界或內部激勵時(shí)能自動(dòng)調節其參數，以達到最佳工作狀態(tài)，具備自組織能力。

(四)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )fANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對信息進(jìn)行并行處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )不久將并列于專(zhuān)家系統和模糊控制系統，成為現代自支化系統中的一個(gè)組成部分。

三、啟動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展趨勢

(一)FMC將成為發(fā)展和應用的熱門(mén)技術(shù)

這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠(chǎng)家將FMC列為發(fā)展之重。

(二)朝多功能方向發(fā)展

由單純加工型FMS進(jìn)一步開(kāi)發(fā)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(shí)現未來(lái)工廠(chǎng)的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢，是決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展前途的具有戰略意義的舉措。日本從1991年開(kāi)始實(shí)施的“智能制造系統”frms)國際性開(kāi)發(fā)項目，屬于第二代FMS:完善的第二代FMS正在不斷實(shí)現。智能化機械與人之間相互融合、自動(dòng)化地全面協(xié)調從接受訂單貨至生產(chǎn)、銷(xiāo)售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。

進(jìn)入新世紀，FMS獲得迅猛發(fā)展，幾乎成生產(chǎn)自動(dòng)化之熱點(diǎn)。一方面是由于單項技術(shù)如NC加工中心、工業(yè)機器人、CAD/CAM、資源管理及高度技術(shù)等的發(fā)展，提供了可供集成一個(gè)整體系統的技術(shù)基礎:另一方面，世界市場(chǎng)發(fā)生了重大變化，由過(guò)去傳統、相對穩定的市場(chǎng)，發(fā)展為動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)，為了從市場(chǎng)中求生存、求發(fā)展，提高企業(yè)對市場(chǎng)需求的應變能力，人們開(kāi)始探索新的生產(chǎn)方法和經(jīng)營(yíng)模式。