時(shí)間：2023-08-31 16:31:02
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關(guān)鍵詞：模塊化；柔性制造系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)室；方案；特征；范圍
同濟(jì)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院從1997年起承擔(dān)了中德兩國(guó)政府簽署的職教師資培養(yǎng)的合作項(xiàng)目，項(xiàng)目合作期限共八年，分三個(gè)階段執(zhí)行。現(xiàn)設(shè)有機(jī)械工程及其自動(dòng)化、電子與信息工程、土木工程、工商管理四個(gè)職教師資本科專業(yè)，生源主要是職校和大專的優(yōu)秀應(yīng)屆畢業(yè)生。學(xué)院同時(shí)還是上海市和全國(guó)中、高等職業(yè)教育師資重點(diǎn)培訓(xùn)基地以及中德職業(yè)教育師資培訓(xùn)中心。
根據(jù)中德合作項(xiàng)目要求，學(xué)院按中德雙方共同開(kāi)發(fā)、制定的培養(yǎng)模式、教學(xué)計(jì)劃與大綱，培養(yǎng)集專業(yè)知識(shí)和技能及師范教學(xué)能力于一身的復(fù)合型職業(yè)教育高級(jí)人才。在職教師資培養(yǎng)過(guò)程中，學(xué)院借鑒和引進(jìn)德國(guó)職教師資培養(yǎng)的教育思想與教學(xué)方法，特別注重對(duì)學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)與訓(xùn)練，大力加強(qiáng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。
一、現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備的引進(jìn)
傳統(tǒng)的工程學(xué)科教學(xué)中，通常做法是各門(mén)課程單獨(dú)傳授，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)了解各種技術(shù)在實(shí)際工程中是如何被綜合性應(yīng)用的。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時(shí)，每門(mén)課程雖然都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)都是各自獨(dú)立進(jìn)行的。在很多情況下，實(shí)驗(yàn)中所使用的設(shè)備和器件很多都是實(shí)驗(yàn)室專用的，與工業(yè)生產(chǎn)中所使用的實(shí)際設(shè)備和器件有著較大的差異。自動(dòng)化技術(shù)是一門(mén)融機(jī)械、電氣、電子及計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識(shí)與能力融會(huì)在一起。與其他工程領(lǐng)域相比，在自動(dòng)化生產(chǎn)中所使用的生產(chǎn)設(shè)備都是資金密集型的。因此，一方面，一般教學(xué)或培訓(xùn)單位是沒(méi)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力專門(mén)為教學(xué)購(gòu)置真實(shí)的、昂貴的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的；另一方面，擁有自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的企業(yè)，因經(jīng)濟(jì)原因而不愿將其作為實(shí)訓(xùn)設(shè)備給學(xué)生使用。這樣，學(xué)校在傳授自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，只能用模型或采用計(jì)算機(jī)仿真作為一種彌補(bǔ)的手段，但采用模型或計(jì)算機(jī)仿真的手段，學(xué)生無(wú)法學(xué)到真實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)所需的知識(shí)。從某種意義上說(shuō)，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生是“半成品”，學(xué)生走上工作崗位后，面對(duì)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、器件仍然感到陌生，需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的工作崗位適應(yīng)期。
同濟(jì)大學(xué)職教學(xué)院在職教師資培養(yǎng)過(guò)程中，充分地認(rèn)識(shí)到了上述問(wèn)題。為使機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)方向的職教師范生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，有機(jī)會(huì)將所學(xué)到的各門(mén)專業(yè)課的知識(shí)綜合性地應(yīng)用到接近于生產(chǎn)實(shí)際的過(guò)程中，為他們走上教學(xué)崗位后應(yīng)用這種新的教學(xué)理念打下基礎(chǔ)，學(xué)院除了建立適合于現(xiàn)代教學(xué)法模式的幾個(gè)獨(dú)立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室外，正在籌建一個(gè)開(kāi)放式自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室。在這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)室中，將開(kāi)發(fā)一套完全接近于生產(chǎn)實(shí)際的模塊化柔性制造系統(tǒng)，由同濟(jì)大學(xué)和德國(guó)技術(shù)合作公司 (GTZ)共同投資。實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)組成具有開(kāi)放性，系統(tǒng)中不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備可相互兼容，便于以后擴(kuò)展；二是實(shí)驗(yàn)室資源具有開(kāi)放性，實(shí)驗(yàn)室可面向校內(nèi)外各種層次的學(xué)生或培訓(xùn)學(xué)員，做到資源共享，擴(kuò)大受益面，使得高投資的設(shè)備取得盡可能大的社會(huì)效益。
二、模塊化柔性制造系統(tǒng)的配置
建成后的模塊化柔性制造系統(tǒng)，應(yīng)該能夠完成不同形狀和結(jié)構(gòu)尺寸零件的加工。現(xiàn)計(jì)劃在該系統(tǒng)中加工制造東方明珠電視塔模型、國(guó)際象棋等，從毛坯進(jìn)來(lái)直到成品制成的所有工序都要在該系統(tǒng)中完成。為了達(dá)到這些工藝要求，系統(tǒng)集成了下列主要功能模塊：
(一)切削加工工位
該工位由一臺(tái)數(shù)控車床和一臺(tái)數(shù)控銑床組成，能完成車、銑、鉆的切削加工任務(wù)。數(shù)控裝置采用的是具有開(kāi)放性和兼容性的通用PC機(jī)，操作鍵盤(pán)為標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)鍵盤(pán)，操作系統(tǒng)為WIN95／98／2000／ME／ NT4.0／XP，采用圖形操作界面，具有人機(jī)對(duì)話編程功能。在這兩臺(tái)機(jī)床上可以選用手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)數(shù)控加工方式，學(xué)生在工位上可以學(xué)習(xí)編制數(shù)控程序、操作和調(diào)整數(shù)控機(jī)床。
(二)上、下料工位
在該工位上配置一臺(tái)Eshed公司的五軸機(jī)器人，通過(guò)在線模塊，可以將PC機(jī)上編好的程序直接傳送到機(jī)器人控制器中。學(xué)生在該工位上可以學(xué)習(xí)機(jī)器人編程語(yǔ)言，并學(xué)習(xí)如何操作使用機(jī)器人。
(三)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)
倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用的是一個(gè)四層28個(gè)庫(kù)位的立體高架倉(cāng)庫(kù)，共分三個(gè)區(qū)域，分別用于存放毛坯、半成品和成品零件，同時(shí)配備一個(gè)物料搬運(yùn)機(jī)械手。
(四)柔性物料輸送系統(tǒng)
在各個(gè)工位之間零件的傳輸，是由一個(gè)環(huán)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(tǒng)具有零件的傳送、交換等功能。
(五)監(jiān)控系統(tǒng)
每個(gè)自動(dòng)工位都配備一個(gè)可編程控制器，各自動(dòng)工位之間是通過(guò)工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)(如Profibus)相連接的，由一臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)自動(dòng)工位的工況，在這臺(tái)PC機(jī)上還可實(shí)時(shí)顯示各自動(dòng)工位的工況信息。
轉(zhuǎn)貼于 三、模塊化柔性制造系統(tǒng)的特性
在綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里，主要傳授與實(shí)踐有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際的操作技能，在建立綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，必須考慮到使學(xué)習(xí)的內(nèi)容與勞動(dòng)過(guò)程緊密相關(guān)。因此，所要建立的模塊化柔性制造系統(tǒng)具備了下述重要特性：
(一)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化特性
在系統(tǒng)中絕大部分的設(shè)備和器件都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能不使用過(guò)分簡(jiǎn)化了的教學(xué)設(shè)備與器件，使學(xué)生可以在一個(gè)能反映真實(shí)生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)中學(xué)到專業(yè)知識(shí)與操作技能。
(二)模塊化特性
系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成具有模塊化的特性，也就是系統(tǒng)中的每個(gè)功能部件都能獨(dú)立運(yùn)行，重要的功能部件應(yīng)該是分布式控制的。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生不僅可以對(duì)各個(gè)功能部件進(jìn)行操作，而且還可以根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容增減功能部件，功能部件的增減同時(shí)又不影響系統(tǒng)中其他功能部件的運(yùn)行。
(三)結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和兼容性
由于電子技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，所建系統(tǒng)必須與變化了的技術(shù)要求相匹配。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，我們充分考慮了其硬件結(jié)構(gòu)與軟件系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性，使得組成該系統(tǒng)的設(shè)備不僅能與當(dāng)今其他設(shè)備相組合和匹配，而且還具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的可能性，為將來(lái)技術(shù)更新留有余地。
(四)學(xué)習(xí)的實(shí)踐特性
學(xué)生在綜合性的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該具有創(chuàng)造性勞動(dòng)的可能性，也就是允許學(xué)生對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行拆裝、更改，以使他們能夠真正學(xué)到生產(chǎn)實(shí)際所需的專業(yè)技能。在該系統(tǒng)中采用的元器件雖然是工業(yè)用的，但是，在設(shè)計(jì)這些元器件時(shí)已經(jīng)充分考慮到了拆裝的方便性。所以，學(xué)生能較容易地把建好的系統(tǒng)重新拆開(kāi)，然后再組裝起來(lái)，而且還可以通過(guò)增減器件來(lái)對(duì)系統(tǒng)的配置進(jìn)行重構(gòu)。
(五)現(xiàn)代教學(xué)特性
在現(xiàn)代職業(yè)勞動(dòng)中，勞動(dòng)組織形式是以小組勞動(dòng)為特征的，在職業(yè)技術(shù)教育中，學(xué)生在學(xué)校就應(yīng)該了解并習(xí)慣于這種勞動(dòng)組織形式。模塊化柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為學(xué)生提供了這種可能性，這是因?yàn)槊總€(gè)功能部件都能獨(dú)立運(yùn)行，各功能部件又通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)相連接，通過(guò)協(xié)調(diào)控制連成一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生在該系統(tǒng)中學(xué)習(xí)時(shí)，可以將“構(gòu)建系統(tǒng)”作為一個(gè)學(xué)習(xí)課題，先構(gòu)思出整個(gè)系統(tǒng)的方案，然后各小組分別對(duì)各功能部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試。在各功能部件調(diào)試通過(guò)之后，將組合系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)試。在整體調(diào)試通過(guò)之后，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后，整個(gè)學(xué)習(xí)課題才算完成。
學(xué)習(xí)的任務(wù)是以課題的形式出現(xiàn)的，學(xué)生參與了從整體構(gòu)思、設(shè)計(jì)直至安裝、編程、調(diào)試、評(píng)價(jià)的所有學(xué)習(xí)過(guò)程，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程符合行為導(dǎo)向和創(chuàng)造導(dǎo)向的教學(xué)思想。學(xué)生在這樣的系統(tǒng)中學(xué)習(xí)，除了能學(xué)到有關(guān)專業(yè)知識(shí)和技能外，還能培養(yǎng)包括獨(dú)立工作能力、決策和判斷能力在內(nèi)的個(gè)人能力，以及包括協(xié)作能力、交往能力以及強(qiáng)烈的責(zé)任心在內(nèi)的社會(huì)能力。
四、模塊化柔性制造系統(tǒng)的適用范圍
(一)學(xué)習(xí)內(nèi)容
在該模塊化柔性制造系統(tǒng)中，可以進(jìn)行下列單項(xiàng)或多項(xiàng)內(nèi)容組合式的教學(xué)與培訓(xùn)：
數(shù)控機(jī)床操作、編程和加工功能擴(kuò)展重構(gòu)以及數(shù)控機(jī)床精度檢查及調(diào)整
機(jī)器人的操作、調(diào)整、編程和保養(yǎng)
數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的聯(lián)機(jī)
倉(cāng)儲(chǔ)管理
傳送帶調(diào)整、重構(gòu)和編程
傳送帶與倉(cāng)庫(kù)以及各工位之間的聯(lián)機(jī)
工件檢驗(yàn)和質(zhì)量管理
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
電子、電氣、氣動(dòng)等的安裝
復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)、保養(yǎng)和故障查找
編制教學(xué)軟件并制作新的教學(xué)媒體
(二)適用對(duì)象
由于該系統(tǒng)與一般的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相比價(jià)格較昂貴，而且從技術(shù)的角度看系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以如何充分、合理地使用好該系統(tǒng)是非常重要的。建成的綜合性的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室將成為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，主要面對(duì)下列學(xué)習(xí)對(duì)象：
1．本學(xué)院的學(xué)生。主要是已經(jīng)學(xué)過(guò)專業(yè)基礎(chǔ)課的機(jī)械工程及自動(dòng)化、電子與信息工程等專業(yè)不同竿級(jí)的學(xué)生。
2．同濟(jì)大學(xué)其他院系的學(xué)生。為了實(shí)現(xiàn)資源共事，可以讓本校其他院系需要做機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)的學(xué)生共同使用該實(shí)驗(yàn)室。這樣不僅可以提高設(shè)備的利用率，而且可以增進(jìn)院系之間的合作交流。
【關(guān)鍵詞】 飛機(jī) 數(shù)字化 柔性裝配
1 引言
傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配采用剛性工裝定位、手工制孔連接、基于模擬量傳遞的互換協(xié)調(diào)檢驗(yàn)方法和分散的手工作坊式生產(chǎn)。自20世紀(jì) 80 年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造（CAD/CAM）技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代飛機(jī)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，飛機(jī)制造進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。
在數(shù)字化技術(shù)的推動(dòng)下，飛機(jī)裝配技術(shù)快速發(fā)展，形成了現(xiàn)代飛機(jī)的數(shù)字化柔性裝配模式。數(shù)字化柔性裝配模式具體表現(xiàn)為：在飛機(jī)裝配中，以數(shù)字化柔性工裝為裝配定位與夾緊平臺(tái)，以先進(jìn)數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)為自動(dòng)連接設(shè)備，以激光跟蹤儀等數(shù)字化測(cè)量裝置為在線檢測(cè)工具，在數(shù)字化裝配數(shù)據(jù)及數(shù)控程序的協(xié)同驅(qū)動(dòng)下，在集成的數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線上完成飛機(jī)產(chǎn)品的自動(dòng)化裝配。
2 飛機(jī)裝配生產(chǎn)線特點(diǎn)
一般機(jī)械制造中的裝配線是指人和機(jī)器的有效組合，通過(guò)將生產(chǎn)中的輸送系統(tǒng)、隨行夾具和在線專機(jī)、檢測(cè)設(shè)備等進(jìn)行有機(jī)組合，從而滿足多品種產(chǎn)品的裝配要求，充分體現(xiàn)了設(shè)備靈活性。裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)效率縮短了制造周期，但自動(dòng)化生產(chǎn)線的成本較高，主要用于批量生產(chǎn)，如在汽車行業(yè)。
但飛機(jī)產(chǎn)品型號(hào)多、批量少的特點(diǎn)使得飛機(jī)裝配生產(chǎn)線需要在具有一般機(jī)械產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，還應(yīng)具有一定的柔，這樣同一生產(chǎn)線既能用于同型號(hào)同批次，又能適用于同型號(hào)改進(jìn)改型系列機(jī)型的飛機(jī)產(chǎn)品裝配，從而滿足了裝配生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的要求，可充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)產(chǎn)品的精益制造。
與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)現(xiàn)代飛機(jī)柔性裝配生產(chǎn)線技術(shù)無(wú)論在研究層面還是應(yīng)用實(shí)踐層面都存在較大的差距，主要表現(xiàn)在：
(1)現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式和產(chǎn)品特征沒(méi)有充分考慮產(chǎn)品柔性裝配技術(shù)的應(yīng)用需求，不適應(yīng)柔性裝配生產(chǎn)線的發(fā)展要求。
(2)基于MBD的數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃與管理技術(shù)缺乏系統(tǒng)研究和應(yīng)用。工藝設(shè)計(jì)手段還停留在二維工藝設(shè)計(jì)和表述為主的水平，存在與數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)不銜接、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、返工量大、需要實(shí)物驗(yàn)證和示教性差等諸多問(wèn)題，大量制造依據(jù)信息以工藝文件形式分離存在，管理混亂，不能滿足柔性裝配生產(chǎn)線可視化裝配、無(wú)圖制造的發(fā)展要求。
(3)數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)嚴(yán)重滯后。
大量采用專用工裝、標(biāo)準(zhǔn)量具等模擬量設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品的測(cè)量與檢驗(yàn)，測(cè)量效率低、精度差，不能滿足柔性裝配生產(chǎn)線快速精確測(cè)量、在線質(zhì)量控制的需求。
3 數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)
通過(guò)研究國(guó)外數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合飛機(jī)裝配及其生產(chǎn)線的特點(diǎn)，可得出構(gòu)建新一代飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線必須包括以下內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)：(1)面向裝配的數(shù)字化產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)柔性裝配、敏捷制造提供前提和基礎(chǔ)；(2)數(shù)字化三維裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝配過(guò)程中數(shù)字量傳遞；(3)數(shù)字化柔性工裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工裝快速響應(yīng)、快速重構(gòu)以及數(shù)字化定位；(4)先進(jìn)的連接設(shè)備及技術(shù)（包括柔性制孔技術(shù)、自動(dòng)鉆鉚技術(shù)、電磁鉚接技術(shù)等），保證裝配質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的自動(dòng)化；(5)數(shù)字化測(cè)量檢驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程中的精確測(cè)量和協(xié)調(diào)裝配，裝配完成后的精確檢驗(yàn)；(6)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線輔助裝備及管理，建立數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線集成管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、裝配、檢驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)管理各裝配生產(chǎn)環(huán)節(jié)信息的高度集成和移動(dòng)生產(chǎn)線的自動(dòng)配送物流管理。
上述各項(xiàng)內(nèi)容在實(shí)際應(yīng)用中互相聯(lián)系、互相支撐，通過(guò)將其整合和集成，可構(gòu)建現(xiàn)代飛機(jī)的數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)字化、柔性化、自動(dòng)化裝配。
數(shù)字化三維裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化裝配模式、構(gòu)建飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線的軟件基礎(chǔ)，現(xiàn)代飛機(jī)整個(gè)裝配過(guò)程都是建立在數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上的，只有采用基于單一產(chǎn)品三維數(shù)字量模型的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方式，為整個(gè)裝配過(guò)程從源頭上提供數(shù)字量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，基于數(shù)字化裝配的柔性裝配生產(chǎn)線才有可能真正實(shí)現(xiàn)。
數(shù)字化柔性工裝系統(tǒng)、先進(jìn)連接設(shè)備及技術(shù)、數(shù)字化測(cè)量檢驗(yàn)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線的硬件基礎(chǔ)。通過(guò)數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)得到的數(shù)字量數(shù)據(jù)必須由數(shù)字化的工裝及設(shè)備來(lái)執(zhí)行，才能保證整個(gè)裝配過(guò)程的全數(shù)字量傳遞，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝配生產(chǎn)線的數(shù)字量協(xié)調(diào)。
4 結(jié)論與展望
當(dāng)前國(guó)內(nèi)軍機(jī)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與零件制造技術(shù)發(fā)展迅速，但是裝配技術(shù)作為飛機(jī)制造的關(guān)鍵還停留在二、三代機(jī)的制造水平，與其他軍機(jī)制造技術(shù)相比嚴(yán)重滯后，已成為軍機(jī)型號(hào)快速研制和生產(chǎn)的瓶頸。數(shù)字化產(chǎn)品定義取代二維工程圖樣已成為必然趨勢(shì)，零件精準(zhǔn)制造技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)柔性裝配提供了必要的前提，新一代飛機(jī)長(zhǎng)壽命、隱身、高可靠性、低成本快速研制的需求對(duì)數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用提出了迫切要求。
(1)發(fā)展應(yīng)用柔性裝配生產(chǎn)線是現(xiàn)代飛機(jī)制造業(yè)大勢(shì)所趨，通過(guò)發(fā)展應(yīng)用柔性裝配生產(chǎn)線，可大幅度提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和效率，是現(xiàn)代飛機(jī)產(chǎn)品制造的顯著特點(diǎn)。
(2)通過(guò)發(fā)展柔性裝配生產(chǎn)線，可促進(jìn)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，從而解決現(xiàn)有裝配技術(shù)難以滿足新一代飛機(jī)長(zhǎng)壽命、隱身和高可靠性等要求的瓶頸問(wèn)題。
(3)通過(guò)發(fā)展柔性裝配生產(chǎn)線，可建立飛機(jī)柔性裝配多系統(tǒng)異構(gòu)測(cè)量平臺(tái)和集成檢測(cè)系統(tǒng)，形成數(shù)字化裝配模式下的新質(zhì)保體系和產(chǎn)品檢測(cè)機(jī)制，從而解決現(xiàn)有模式下測(cè)量手段簡(jiǎn)單、無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間大尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)手工記錄，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝規(guī)劃系統(tǒng)脫節(jié)，難以保證裝配的高精度與產(chǎn)品及工藝的完整性等關(guān)鍵技術(shù)難題。
綜上所述，在國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線勢(shì)在必行，但應(yīng)充分利用前期研究工作基礎(chǔ)，圍繞數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和生產(chǎn)線的迫切需求，根本上改造傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系、制造體系、技術(shù)體系和管理體系，實(shí)現(xiàn)流程再造、資源整合和生產(chǎn)組織調(diào)整，從而構(gòu)建現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線。
參考文獻(xiàn):
現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)是基于傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù),并且有效融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等科技含量比較的多項(xiàng)技術(shù),相比傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù),現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的內(nèi)涵和外延均產(chǎn)生了很大的變化,與此同時(shí)為機(jī)械制造行業(yè)的迅猛發(fā)展,創(chuàng)造了非常好的外部條件。
2當(dāng)前現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的實(shí)際情況
2.1虛擬制造技術(shù)
虛擬制造技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ),對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模,在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、使用整個(gè)生命周期的模擬和仿真。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)地以用戶的需求作為切入點(diǎn),對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品進(jìn)行必要的修改,通過(guò)這種方式來(lái)保證設(shè)計(jì)制造具有較強(qiáng)的針對(duì)性。
2.2柔性制造技術(shù)
柔性制造技術(shù)指的是基于成組技術(shù),以常規(guī)數(shù)控機(jī)床(不限類型和臺(tái)數(shù))以及數(shù)控柔性機(jī)床指導(dǎo)單位作為中心。柔性制造技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中,連接相關(guān)裝置設(shè)備應(yīng)當(dāng)盡可能的通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化物流系統(tǒng)的方式體現(xiàn)出來(lái)。雖然說(shuō)柔性制造技術(shù)同屬自動(dòng)化制造系統(tǒng)的其中一種,但其在生產(chǎn)方式上的變批量特點(diǎn)是其他制造系統(tǒng)所不具備的。有關(guān)機(jī)械制造相關(guān)產(chǎn)品在更新現(xiàn)階段的實(shí)際工作過(guò)程與滿足市場(chǎng)動(dòng)態(tài)性發(fā)展需求,都要在一定程度上依賴柔性制造技術(shù)的有效應(yīng)用方可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)以往實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析,柔性制造技術(shù)能夠結(jié)合成組對(duì)象,并合理選取與數(shù)控相互關(guān)聯(lián)的加工機(jī)械及設(shè)備裝置,從而達(dá)到對(duì)工件成批性生產(chǎn)的目的。另一方面,在應(yīng)用柔性制造技術(shù)的過(guò)程中,能夠在同一時(shí)間完成加工制造和生產(chǎn)管理,將其作用于切削加工、焊接、沖壓過(guò)程中,這樣可以最大限度的提高生產(chǎn)效益。
2.3敏捷技術(shù)
敏捷技術(shù)指的是基于精神創(chuàng)新、管理人員創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)管理創(chuàng)新所實(shí)現(xiàn)的全新機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)。如果應(yīng)用合理的話能夠構(gòu)建一個(gè)真實(shí)體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造市場(chǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(共同的),從而動(dòng)態(tài)且準(zhǔn)確地反映出市場(chǎng)變動(dòng)情況。從以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,如果引入敏捷性機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)科學(xué)合理的話,可以大大提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)速度,大幅度地降低生產(chǎn)成本,并且可以優(yōu)化生產(chǎn)效率。
3現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1虛擬化
在將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造的過(guò)程中,衡量應(yīng)用質(zhì)量高低的關(guān)鍵之處就在于合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。通過(guò)對(duì)虛擬技術(shù)、擬實(shí)技術(shù)的可靠應(yīng)用,不僅可以提升相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度,而且也在很大程度上提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的能源利用率。
3.2綠色化
機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中,我們需要從節(jié)約資源能源的角度入手,從保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度進(jìn)行分析。這樣不僅可以有效降低對(duì)環(huán)境發(fā)展的不利影響,還可以提高能源的利用效率。
3.3一體化
在信息化技術(shù)快速發(fā)展的過(guò)程中,各大企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的綜合實(shí)力得到了質(zhì)的飛躍。企業(yè)更加關(guān)注產(chǎn)品的個(gè)性化和多樣化發(fā)展,傳統(tǒng)意義上的大批量生產(chǎn)已經(jīng)不能滿足企業(yè)的發(fā)展需求,取而代之的是小批量和個(gè)性化生產(chǎn)。事實(shí)證明,這種方式可以控制機(jī)械產(chǎn)品制造中的生產(chǎn)周期,很大程度上降低了原材料的消耗,節(jié)省了資源,確保提升生產(chǎn)質(zhì)量和控制生產(chǎn)成本的前提下,企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；柔性化裝配；技術(shù)
0 背景
飛機(jī)裝配是將大量零件按圖紙進(jìn)行定位與連接的過(guò)程，是飛機(jī)制造的重要環(huán)節(jié)之一，其工作量約占整個(gè)飛機(jī)制造勞動(dòng)工作量的一半左右。在傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配過(guò)程中，需要用特定的工裝型架來(lái)保證裝配精度，由機(jī)氣動(dòng)外形的差異，導(dǎo)致型架是唯一的。
伴隨用戶需求的不斷變化與豐富，飛機(jī)裝配生產(chǎn)線也將越來(lái)越“豐富”。傳統(tǒng)的“硬性”裝配生產(chǎn)線在未來(lái)將受到挑戰(zhàn)，這種“一對(duì)一”的裝配模式，其配套專用型架的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)試周期很長(zhǎng)，且體積大、成本高、占地面積大，不利于產(chǎn)品的研制與快速布局生產(chǎn)。
隨著近年來(lái)飛機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)數(shù)字化、信息化的推進(jìn)，越來(lái)越多的零件將拋開(kāi)傳統(tǒng)的基于模線樣板的模擬量傳遞走向數(shù)字化信息傳遞之路。而采用傳統(tǒng)的型架進(jìn)行人工裝配的方式，自動(dòng)化和柔性化水平低，已無(wú)法滿足精確化制造裝配的要求。
1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
飛機(jī)的數(shù)字化裝配技術(shù)于20世紀(jì)90年代在歐美等航空制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始使用，柔性裝配技術(shù)是近幾年才逐漸在航空制造業(yè)開(kāi)始研究和部分應(yīng)用于生產(chǎn)。國(guó)外飛機(jī)制造技術(shù)表明，采用柔性能夠裝配是縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本的有效措施。它能克服傳統(tǒng)飛機(jī)制造業(yè)模線-樣板法在模擬量協(xié)調(diào)體系下需要大量實(shí)物工裝且應(yīng)用單一，制造周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，廠房利用率低等缺點(diǎn)，它通過(guò)與柔性工裝、自動(dòng)化制孔設(shè)備、數(shù)控鉆鉚或自動(dòng)鉚接等設(shè)備的集成可組成自動(dòng)化，數(shù)字化的柔性裝配系統(tǒng)，能明顯縮短裝配周期，提高和穩(wěn)定裝配質(zhì)量。
據(jù)悉，在裝配中使用了體現(xiàn)柔性工裝特點(diǎn)的龍門(mén)鉆削系統(tǒng)技術(shù)的X-35戰(zhàn)機(jī)，其制造周期縮短了三分之二，工裝由350件減少至19件，制造成本降低了一半。其采用的激光定位，電磁驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)精密制孔，不僅能降低鉆孔出錯(cuò)率，而且大大降低了工具和工裝。
目前，北航與沈飛合作，在國(guó)內(nèi)研制出首個(gè)針對(duì)壁板類組件的柔性裝配工藝裝備―數(shù)控柔性多點(diǎn)裝配型架。哈飛也引進(jìn)了能柔性?shī)A持的復(fù)合材料銑切設(shè)備，并得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)關(guān)于柔性裝配的研究與應(yīng)用還不是很廣泛。
2 飛機(jī)柔性裝配技術(shù)的應(yīng)用
柔性裝配技術(shù)范疇很廣，涵蓋了柔性裝配工裝，柔性制孔，裝配系統(tǒng)、裝配設(shè)計(jì)，虛擬裝配，裝配集成管理，數(shù)字化檢測(cè)，面向柔性裝配的設(shè)計(jì)技術(shù)等領(lǐng)域。本文僅從柔性裝配工裝，柔性制孔等幾個(gè)方面做出簡(jiǎn)要介紹。
2.1 柔性裝配技術(shù)
柔性裝配技術(shù)是基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的可重組的模塊化、自動(dòng)化裝配工裝技術(shù)，其目的是免除設(shè)計(jì)和制造各種零件裝配的專用固定型架、夾具，可降低工裝制造成本，縮短工裝準(zhǔn)備周期、減少生產(chǎn)用地，同時(shí)大幅度提高裝配生產(chǎn)率。
柔性工裝技術(shù)在國(guó)外飛機(jī)各級(jí)裝配中都得到廣泛應(yīng)用，無(wú)論是壁板類組件的裝配還是機(jī)身機(jī)翼等大部件的裝配，直至最后部件級(jí)別的對(duì)接，都應(yīng)用了大量的柔性裝配工裝。柔性裝配工裝的類型包括用于壁板類組件裝配的多點(diǎn)陣真空吸盤(pán)式柔性裝配工裝、用于機(jī)翼翼梁和機(jī)翼壁板裝配的確定性裝配工裝，用于機(jī)身部件裝配的分散式柔性裝配工裝，以及大部件對(duì)接的自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)等幾類。
現(xiàn)代飛機(jī)蒙皮主要以鋁制鈑金件為主，典型結(jié)構(gòu)是由蒙皮和框緣、補(bǔ)償片裝配而成的壁板。壁板外形雖然復(fù)雜，但多數(shù)可有貝賽爾曲線擬合得出。若壁板為剛體，則可采用三點(diǎn)定位便可以滿足裝配要求，但是飛機(jī)鈑金件剛性查，若要滿足裝配要求，必須采用更多定位點(diǎn)。當(dāng)定位點(diǎn)足夠多時(shí)，原則上壁板外形是可控的。多點(diǎn)陣成型真空吸附式萬(wàn)能吸盤(pán)柔性工裝系統(tǒng)就是用這種原理制造的，它帶有一組真空吸盤(pán)立柱陣列，模塊化的立柱可由程序控制三維移動(dòng)到任意空間位置定位，形成與裝配曲面完全符合并均勻分布的吸附點(diǎn)陣，能精確夾持和固定壁板以便完成鉆孔、鉚接和銑切等工作。當(dāng)壁板外形發(fā)生變化時(shí)，柔性工裝的外形和布局能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)改變定位和夾緊位置，可以適應(yīng)不同零部件結(jié)構(gòu)和定位夾緊要求，從而降低綜合成本，縮短工裝準(zhǔn)備時(shí)候和產(chǎn)品研制周期。
框梁類的零件，通常剛度比較大，可借助零件上的自我特征，比如孔、面等，進(jìn)行自我定位，進(jìn)而能簡(jiǎn)化工裝的需求。這便是確定性裝配（Determinant Assembly）確定性裝配式一中無(wú)工裝夾具飛機(jī)裝配技術(shù)，也屬于柔性工裝范疇。為減少和減少工裝，確定性裝配使用零件自我特征來(lái)定位，免去了墊片、裝配后的返修。零件剛度從某種意義上來(lái)講決定了零件精度，要借助零件特征進(jìn)行定位，就必須有足夠剛度的精密零件的支持骨架，理論上講零件有了符合精密尺寸的關(guān)鍵特征就可以用來(lái)互相配合。按照波音公司的定義，確定性裝配有一下特征：①利用零件或組件關(guān)鍵特征之間的空間關(guān)系；②關(guān)鍵特征在數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行定義；③關(guān)鍵特征借助于精確的數(shù)控機(jī)床在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間用于零件的制造和裝配過(guò)程；④裝配件不是工裝，而是依照工程設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行制造；⑤取消了復(fù)雜的工裝。
部件類零件的裝配，通常選取主要的結(jié)構(gòu)交點(diǎn)、重要部位外形，測(cè)量點(diǎn)對(duì)部件進(jìn)行姿態(tài)控制，傳統(tǒng)的對(duì)接平臺(tái)可以被由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化千斤頂、激光定位跟蹤系統(tǒng)，激光垂直定位系統(tǒng)等組成的柔性對(duì)接平臺(tái)取代。這項(xiàng)技術(shù)能大幅提高裝配質(zhì)量，節(jié)省對(duì)接時(shí)間。
2.2 柔性制孔技術(shù)
目前國(guó)內(nèi)外采用的自動(dòng)化柔性制孔設(shè)備有：自動(dòng)鉆鉚機(jī)器、機(jī)器人制孔系統(tǒng)、柔性制孔系統(tǒng)等。
現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)氣動(dòng)外形要求非常嚴(yán)格，在技術(shù)條件中甚至對(duì)埋頭鉚釘突出蒙皮的高度都有要求。采用人工鉆鉚，工藝順序?yàn)椋寒?huà)線鉆孔粗絞精絞分離清理等，此過(guò)程耗時(shí)，孔位精度差，鉚接質(zhì)量不能穩(wěn)定保持。而柔性化自動(dòng)鉆孔技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)孔位，進(jìn)給量的精確控制，自動(dòng)鉆鉚機(jī)能一次性的完成夾緊、鉆孔、锪窩、注膠、放鉚和銑平等工序，一次進(jìn)能鉆出0.005mm內(nèi)的高精度孔，又能將埋頭窩和深度控制在0.01mm內(nèi)。由于鉆孔時(shí)鉚接件處于高夾緊力下，層間不會(huì)產(chǎn)生毛刺和孔壁劃傷，能有效減少疲勞源。但是由于自身結(jié)構(gòu)限制，自動(dòng)鉆鉚機(jī)多數(shù)用于壁板類零件。
機(jī)器人制孔系統(tǒng)國(guó)外多有應(yīng)用，如C-130飛機(jī)梁腹板用機(jī)器人自動(dòng)鉆孔，波音的F-18后沿襟翼機(jī)器人制孔系統(tǒng)。
3 未來(lái)展望
柔性裝配技術(shù)的應(yīng)用時(shí)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外飛機(jī)制造業(yè)數(shù)字化制造的大趨勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)，柔性裝配技術(shù)的推廣將大大提高我國(guó)航空制造業(yè)水平，將強(qiáng)力的推進(jìn)我國(guó)邁向航空強(qiáng)國(guó)的步伐。
【參考文獻(xiàn)】
一、概述
柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)稱柔性制造技術(shù)，它以工藝設(shè)計(jì)為先導(dǎo)，以數(shù)控技術(shù)為核心，是自動(dòng)化地完成企業(yè)多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測(cè)等過(guò)程的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、控制、信息、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真、質(zhì)量控制與生產(chǎn)管理等技術(shù)。其主要研究范圍一般可分為：
1.適用于柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備
包括數(shù)控機(jī)床、輔機(jī)、傳輸裝置、機(jī)器人、存儲(chǔ)裝置、柔性自動(dòng)裝夾具、檢具、交換裝置及更換裝置、接口等。
2.自動(dòng)化控制和管理技術(shù)
包括分布式數(shù)字控制技術(shù)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和管理信息集成技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)則和動(dòng)態(tài)調(diào)度控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)等。
3.聯(lián)線技術(shù)
根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，將各種設(shè)備聯(lián)線，形成一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)的有機(jī)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(jù)
柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的高效性、靈活性和縮短投產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間等特性使其成為實(shí)施靈捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造等先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)起源于切削加工，至今已遍及到機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)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(dòng)化裝配等，甚至還應(yīng)用到測(cè)量、熱處理和噴漆涂覆等領(lǐng)域。
柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)需求及產(chǎn)品不斷迅速更新的主要手段，是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。實(shí)踐證明，應(yīng)用由不同柔性自動(dòng)化水平構(gòu)成的制造系統(tǒng)可提高生產(chǎn)率1-4倍，新產(chǎn)品試制周期和費(fèi)用減少1/3-1/2。從而可縮短制造周期和交貨期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，大幅度降低成本，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，給企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
為了提高我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力和振興機(jī)械制造業(yè)，采用先進(jìn)制造技術(shù)勢(shì)在必行，但FMC、FMS、FML、FA……等是附加值高的高科技產(chǎn)品，依靠進(jìn)口則費(fèi)用高昂，而且制造系統(tǒng)包含著技術(shù)、管理和人文意識(shí)，故必須我國(guó)自行研制，才能結(jié)合國(guó)情，達(dá)到先進(jìn)而適用，且能節(jié)約大量外匯，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
三、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
美、日、德三國(guó)分別于68年、70年和71年開(kāi)發(fā)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(guó)150套，德國(guó)100套。自85年到90年FMS的年平均增長(zhǎng)率為28.7%。而同期FMC的年平均增長(zhǎng)率為72.8%，即FMC的增長(zhǎng)率是FMS的2.54倍。
這是由于FMS是根據(jù)加工的零件族的工藝選用合適數(shù)控機(jī)床的品種和數(shù)量組成的制造系統(tǒng)，因而系統(tǒng)較復(fù)雜，雖然生產(chǎn)效率高，但投資較大，資金回收期長(zhǎng)，也就承擔(dān)較大的風(fēng)險(xiǎn)。而FMC由于是采用模塊化設(shè)計(jì)，數(shù)控機(jī)床品種單一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可靠性高，且可根據(jù)需要擴(kuò)展組成FMS，有更好的柔性，較少的投資，調(diào)整周期短，見(jiàn)較快，經(jīng)濟(jì)效益高些，故自80年代中期以來(lái)FMC已成為柔性制造系統(tǒng)中主要發(fā)展的工程產(chǎn)品。
1990年全球FMS的銷售額超過(guò)了20億美元，F(xiàn)MC銷售額逾40億美元，兩者約占當(dāng)年世界機(jī)床總銷售額的15%，約占數(shù)控機(jī)床銷售額的30%以上。包括各類數(shù)控機(jī)床在內(nèi)的柔性制造機(jī)床和系統(tǒng)的產(chǎn)值約占90年世界機(jī)床總產(chǎn)值465億美元的55%，其中日本和聯(lián)邦德國(guó)分別高達(dá)75%和70%，并呈逐年增加的趨勢(shì)。因而適用于柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)床和系統(tǒng)已成為機(jī)床工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。
1958年清華大學(xué)與北京第一機(jī)床廠合作研制了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床，雖與日本研制數(shù)控車床和數(shù)控銑床的時(shí)間接近，但由于數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)的電、液元件未得到相應(yīng)的發(fā)展，所以并沒(méi)有能形成數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)。直到“六五”期間由北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC數(shù)控和伺服系統(tǒng)技術(shù)，并經(jīng)“七五”、“八五”在引進(jìn)數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上消化吸收，才從80年代起逐步形成了我國(guó)完整的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)；同時(shí)開(kāi)發(fā)了在CNC單機(jī)基礎(chǔ)上配置工件自動(dòng)輸送和托盤(pán)交換裝置的FMC，自主研制了以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主組成的箱體加工FMS和板材沖壓成型FMS等，并為國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)研制了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，發(fā)展了基于DNC的獨(dú)立制造島和車間集成信息管理系統(tǒng)等。
但總體而言，無(wú)論在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用廣泛性方面，還是滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要方面，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比有明顯不足，至于作為工程系統(tǒng)的FMC、FMS和FML等更還處于初步發(fā)展階段。國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)使用的為數(shù)不多的FMC、FMS和FML也大多自國(guó)外引進(jìn)。
從目前來(lái)看，國(guó)外柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)可歸為3F和3S。
所謂3F為：柔性化（Flexibility）、聯(lián)盟化(Federalization)、新穎化(Fashion)。
所謂3S為：系統(tǒng)化（System）、軟件化（Software）、特效化（Speciality）。
具體來(lái)說(shuō)，大致有下列四個(gè)方面：
1)創(chuàng)制新一代數(shù)控機(jī)床，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，既有適合自動(dòng)化的簡(jiǎn)約型高速數(shù)控機(jī)床，又有用于模具加工的超高速精密加工中心，復(fù)雜零件加工的多功能復(fù)合機(jī)床以及新穎的并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床（虛擬軸機(jī)床）等。
2)發(fā)展適用于大批量、短節(jié)拍的由數(shù)控機(jī)床組成的自動(dòng)生產(chǎn)線，達(dá)到具有年產(chǎn)量超過(guò)30萬(wàn)件、多品種分批生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
3)進(jìn)一步提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)劃和控制軟件的面向?qū)ο蟮奶匦裕栽鰪?qiáng)其柔性和信息集成性，適應(yīng)構(gòu)建CIMS等更高層次柔性自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)集成的智能體，作為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟企業(yè)實(shí)施異地遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)制造的基礎(chǔ)。
國(guó)內(nèi)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展總趨勢(shì)仍是遵循著3F和3S的方向，但又有其特點(diǎn)：
1)發(fā)展適用、可靠和有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控機(jī)床，開(kāi)發(fā)市場(chǎng)急需的高效、精密和缺門(mén)產(chǎn)品，不斷地提高其功能、性能，更好地適應(yīng)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。
2)大力推進(jìn)分布式數(shù)字控制和管理（DNC）的制造系統(tǒng)，應(yīng)用DNC技術(shù)有效地提高數(shù)控機(jī)床的利用率和自動(dòng)化程度。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高,社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化,低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切,傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿足市場(chǎng)對(duì)多品種小批量,更具特色符合顧客個(gè)人要求樣式和功能的產(chǎn)品的需求。90年代后,由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展,制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代,技術(shù)日臻成熟。柔性制造技術(shù)已成為各工業(yè)化國(guó)家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制發(fā)展重點(diǎn)。
1基本概念
11柔性柔性可以表述為兩個(gè)方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力,可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量;第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力,可用在有干擾(如機(jī)器出現(xiàn)故障)情況下,系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來(lái)衡量。“柔性”是相對(duì)于“剛性”而言的,傳統(tǒng)的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高,由于設(shè)備是固定的,所以設(shè)備利用率也很高,單件產(chǎn)品的成本低。但價(jià)格相當(dāng)昂貴,且只能加工一個(gè)或幾個(gè)相類似的零件,難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換,一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開(kāi)發(fā)周期內(nèi),生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。柔性主要包括1)機(jī)器柔性當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時(shí),機(jī)器隨產(chǎn)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(shí)自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力;二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工藝的難易程度。
3)產(chǎn)品柔性一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后,系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力;二是產(chǎn)品更新后,對(duì)老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。
4)維護(hù)柔性采用多種方式查詢、處理故障,保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的能力。
5)生產(chǎn)能力柔性當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能力。對(duì)于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng),這一點(diǎn)尤為重要。
6)擴(kuò)展柔性當(dāng)生產(chǎn)需要的時(shí)候,可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu),增加模塊,構(gòu)成一個(gè)更大系統(tǒng)的能力。
7)運(yùn)行柔性利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來(lái)生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品,換用不同工序加工的能力。
12柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群,我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性,適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為:
1)柔性制造系統(tǒng)(FMS)
關(guān)于柔性制造系統(tǒng)的定義很多,權(quán)威性的定義有:
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局把FMS定義為:“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的一些設(shè)備,傳輸裝置把工件放在其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備,使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。中央計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和傳輸系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)有時(shí)可同時(shí)加工幾種不同的零件。國(guó)際生產(chǎn)工程研究協(xié)會(huì)指出“柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng),在最少人的干預(yù)下,能夠生產(chǎn)任何范圍的產(chǎn)品族,系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的產(chǎn)品族的限制。”而我國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)則定義為“柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng),它包括多個(gè)柔性制造單元,能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整,適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。”簡(jiǎn)單地說(shuō),FMS是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。目前常見(jiàn)的組成通常包括4臺(tái)或更多臺(tái)全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床(加工中心與車削中心等),由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接起來(lái),可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)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(kāi)始實(shí)施的“智能制造系統(tǒng)”(IMS)國(guó)際性開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,屬于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS預(yù)計(jì)本世紀(jì)十年代后才會(huì)實(shí)現(xiàn)。
2)柔性制造單元(FMC)
FMC的問(wèn)世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚6～8年,FMC可視為一個(gè)規(guī)模最小的FMS,是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物,它是由1～2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)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(dòng)線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、CNC機(jī)床;亦可采用專用機(jī)床或NC專用機(jī)床,對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于FMS,但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過(guò)程中的分散型控制系統(tǒng)(DCS)為代表,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化,其技術(shù)已日臻成熟,迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段。
4)柔性制造工廠(FMF)FMF是將多條FMS連接起來(lái),配以自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù),用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系,采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM,并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實(shí)際,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動(dòng)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)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(yīng)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(tǒng)(IMS)為代表,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化。
2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
未來(lái)CAD技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng),使之具有智能化,可處理各種復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù),該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng),將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形,并按二維片狀圖形對(duì)池內(nèi)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(shù)據(jù),數(shù)小時(shí)內(nèi)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(jié)構(gòu)的速度。
2.2模糊控制技術(shù)
模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)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(xí)功能,可在控制過(guò)程中不斷獲取新的信息并自動(dòng)地對(duì)控制量作調(diào)整,使系統(tǒng)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)方法更引起人們極大的關(guān)注。
2.3人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)
迄今,柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理,求解各類問(wèn)題(如解釋、預(yù)測(cè)、診斷、查找故障、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命令及控制等)。由于專家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的理論與通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)相結(jié)合,因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)了柔性。展望未來(lái),以知識(shí)密集為特征,以知識(shí)處理為手段的人工智能(包括專家系統(tǒng))技術(shù)必將在柔性制造業(yè)(尤其智能型)中起著日趨重要的關(guān)鍵性的作用。目前用于柔性制造中的各種技術(shù),預(yù)計(jì)最有發(fā)展前途的仍是人工智能。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)初,人工智能在柔性制造技術(shù)中的應(yīng)用規(guī)模將在比目前大4倍。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié),借助模擬專家的智能活動(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(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài),在受到外界或內(nèi)部激勵(lì)時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其參數(shù),以達(dá)到最佳工作狀態(tài),具備自組織能力。故IMT被稱為未來(lái)21世紀(jì)的制造技術(shù)。對(duì)未來(lái)智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能而產(chǎn)生的,它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。
24人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行并處理的一種方法。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)不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng),成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分。
3柔性制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
31FMC將成為發(fā)展和應(yīng)用的熱門(mén)技術(shù)
這是因?yàn)镕MC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟(jì)效益相接近,更適用于財(cái)力有限的中小型企業(yè)。目前國(guó)外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。
32發(fā)展效率更高的FML
多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機(jī)等工廠對(duì)FML的需求引起了FMS制造廠的極大關(guān)注。采用價(jià)格低廉的專用數(shù)控機(jī)床替代通用的加工中心將是FML的發(fā)展趨勢(shì)。
33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(yàn)及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。
4結(jié)束語(yǔ)
柔性制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)未來(lái)工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢(shì),是決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。屆時(shí),智能化機(jī)械與人之間將相互融合,柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)。
近年來(lái),柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)“哲理”和工廠自動(dòng)化的先進(jìn)模式已為國(guó)際上所公認(rèn),可以這樣認(rèn)為:柔性制造技術(shù)是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上,將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程,在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下,構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化,總體高效益、高柔性,并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)。它作為當(dāng)今世界制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的前沿科技,為未來(lái)機(jī)構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍(lán)圖,將成為21世紀(jì)機(jī)構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。實(shí)現(xiàn)了按端口、MAC地址、應(yīng)用等來(lái)劃分虛擬網(wǎng)絡(luò),有效地控制了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的廣播流量和提高了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：柔性組合夾具；汽車零部件；零部件制造；柔性制造技術(shù)；汽車制造業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：TH163 文章編號(hào)：1009-2374（2017）05-0059-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.028
在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、社會(huì)不斷進(jìn)步的同時(shí)，人們的生活水平也在逐漸提高，市場(chǎng)中各產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)也更加劇烈。為了獲取更多的利益節(jié)省更多的時(shí)間，廠商在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)不但要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還要盡可能多地降低成本，縮短制造周期。傳統(tǒng)的制造技術(shù)明顯已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)市場(chǎng)的需求，而柔性組合夾具技術(shù)能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)滿足市場(chǎng)對(duì)小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的需求，使中小批量生產(chǎn)在大批量生產(chǎn)面前有立足之地。
1 柔性制造技術(shù)對(duì)柔性組合夾具的影響
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，柔性制造技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快且被廣泛的應(yīng)用，形成了FMC與FMS相結(jié)合的具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的制造形式，它的形成對(duì)柔性組合夾具有重要的意義。FMC是指柔性制造單元，F(xiàn)MS是指柔性制造系統(tǒng)，在它們的制造過(guò)程中機(jī)床自主決定所要制造零件的式樣、長(zhǎng)短、大小，也就是刀具和零件之間的位置關(guān)系，所以不需要安裝刀具引導(dǎo)。組合夾具的重要工作就是把零件準(zhǔn)確地放入到機(jī)床的生產(chǎn)線中，這種先進(jìn)的機(jī)床具有很多夾具的功能，比如說(shuō)分度夾具、引導(dǎo)刀具及角度形狀等，各種虎鉗漸漸的成為它的輔助附件，夾具的形狀也隨之變得越來(lái)越簡(jiǎn)單。與傳統(tǒng)的“分離體制”技術(shù)相比，如今“集成體制”柔性制造技術(shù)更能滿足制造的需求，機(jī)床上各部件能有效地結(jié)合在一起，形成一個(gè)綜合系統(tǒng)。制造過(guò)程中不再一味地要求工作時(shí)效，相反要求提高總體的工作效率。以往的積木式組合夾具在新時(shí)代制造原理的引導(dǎo)下被灌注了新的意義。結(jié)構(gòu)靈活多變的夾具組合其傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)之處，被行業(yè)內(nèi)部稱之為“同當(dāng)代機(jī)床最為快捷、最為簡(jiǎn)單、最為匹配的且具備柔性的配置”。
2 柔性組合夾具的形成和運(yùn)用
2.1 柔性元件的設(shè)計(jì)
生產(chǎn)中心是以FMC為代表，是將產(chǎn)品部件的多個(gè)制造程序集中起來(lái)高效率的生產(chǎn)，組合夾具安裝一次就能同時(shí)完成多個(gè)程序的生產(chǎn)。機(jī)床、組合夾具及產(chǎn)品部件和過(guò)去的生產(chǎn)模式是截然不同的關(guān)系，其是在組合夾具的底部，盡最大可能地裝置多個(gè)需要生產(chǎn)的部件，而且當(dāng)這套夾具正在運(yùn)作時(shí)，和其擁有同種特性的夾具也同時(shí)在機(jī)床外進(jìn)行安裝亦或是卸載部件，乃至裝置在底板上的夾具還有可能在傳輸系統(tǒng)里中周轉(zhuǎn)。組合夾具能夠確保被生產(chǎn)的工件準(zhǔn)確地放入機(jī)床的生產(chǎn)線里，夾具上的產(chǎn)品部件都成型以后，機(jī)床內(nèi)部的夾具同機(jī)床外部的夾具進(jìn)行互換，二者迅速地完成連接。因?yàn)闄C(jī)床外部具有安裝、自卸產(chǎn)品部件的功能，這相對(duì)縮減了機(jī)床的停機(jī)時(shí)間。因此，柔性組合夾具在元件系列的設(shè)計(jì)上發(fā)展出與其相適應(yīng)和匹配的元件系列。通常形式下，夾具和工件單一加工工序主要是以工件整個(gè)加工過(guò)程之間相互聯(lián)系，以此形成了多種夾具為主要代表的柔性組合夾具，這種組合夾具主要有基礎(chǔ)板和基礎(chǔ)角鐵、T形基礎(chǔ)、方箱等幾何形狀的基礎(chǔ)件系列。在其使用過(guò)程中，這些元件最大的特點(diǎn)就是：在與機(jī)床工作接過(guò)程中會(huì)形成一種密切的關(guān)系，同時(shí)這種形式可以與工作臺(tái)面上或者是機(jī)床的托板相連接，有的時(shí)候托板會(huì)按照柔性的組合夾具來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并作為機(jī)床的附件出現(xiàn)。隨著柔性組合夾具的不斷發(fā)展，這也進(jìn)一步推動(dòng)了柔性制造技術(shù)的發(fā)展。
2.2 在汽車零部件制造中采用柔性組合夾具
在使用柔性制造技術(shù)時(shí)，機(jī)床的夾具在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生著巨大的作用。從計(jì)算機(jī)的集成制造系統(tǒng)來(lái)看，大部分單位的柔性制造生產(chǎn)系統(tǒng)都不是很完善。對(duì)此為了將這種系統(tǒng)更加的智能化，形成機(jī)床和加工零件之間進(jìn)行對(duì)接過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或者是柔性化，實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)化生產(chǎn)模式是非常難的。這種智能化較高的生產(chǎn)技術(shù)，務(wù)必要在某一技術(shù)中有所突破才可以，如果要覆蓋全行業(yè)是不容易實(shí)現(xiàn)的。理想狀態(tài)柔性化實(shí)現(xiàn)的最便捷途徑，就是從之前的組成夾具進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而可以體現(xiàn)出柔性化。隨著柔性組合夾具的不斷發(fā)展，其中柔性組合夾具在其技術(shù)制造過(guò)程中也取得了前所未有的突破，其中將柔性組合夾具應(yīng)用在汽車行業(yè)中，在此過(guò)程中也取得了一定的成績(jī)。柔性化組合夾具和元件系列和機(jī)床之間的關(guān)系密不可分，當(dāng)元件系統(tǒng)在壓縮時(shí)，柔性組合夾具技術(shù)就會(huì)在機(jī)床上被應(yīng)用，夾具的結(jié)構(gòu)將會(huì)從復(fù)雜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。比如在汽車柔性制造過(guò)程中，將會(huì)使用許多的柔性組合夾具，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器或者離合器等關(guān)鍵部分的零件。例如離合器與變速器這種主要是由殼體或者蓋子組成，被廣泛應(yīng)用在零件夾具結(jié)構(gòu)制造中，進(jìn)而使得兩面加工更加的現(xiàn)實(shí)。這種零件通常都是由鋁合金材料組成，在此過(guò)程中都是保持一種加工剛度特性，其中理想的典型柔性組合夾具都是各種技術(shù)應(yīng)用所體現(xiàn)出的結(jié)果。對(duì)此需要加強(qiáng)這一方面的技術(shù)研究和發(fā)展，下面簡(jiǎn)單列舉幾種柔性組合夾具的實(shí)例：
從圖1可以看到，汽車離合器殼體零件是在立式加工中心中所生產(chǎn)的，其主要使用的是組合夾具。這種夾具局限在定位和加緊元件的功能之上，其中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，其中工作人員對(duì)夾具組裝只需要30min，在進(jìn)行柔性化生產(chǎn)過(guò)程中可以從中看出其速度。圖2是一種汽車離合器中的殼體零部件，這種部件主要是在臥式加工中心中使用柔性組合夾具。從中不難看出，夾具雖然是圍繞零件的框架式結(jié)構(gòu)，可是也要充分考慮到整體的加工狀態(tài)，框柱組成雙體并作加固，其中各種定位點(diǎn)和輔助支撐點(diǎn)相對(duì)要處于合適位置。
在對(duì)加工柔性組合夾具進(jìn)行管理過(guò)程中，主要涵蓋了各種元件和人的組合系統(tǒng)，同時(shí)兩種不同的環(huán)境中出現(xiàn)各種元件配置或者是在生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程中形成的管理位置、元件管理及技術(shù)管理等，換而言之，技術(shù)的發(fā)揮和管理水平之間存在著柔性化的關(guān)系。從技術(shù)管理層面來(lái)看，管理的重要性則顯現(xiàn)得更為突出。這是由于傳統(tǒng)的組合夾具已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)需求，對(duì)此需要建立起一種科學(xué)的夾具組裝站，并對(duì)其相關(guān)夾具進(jìn)行科學(xué)管理，以此推動(dòng)柔性?shī)A具的進(jìn)一步發(fā)展與創(chuàng)新。
3 發(fā)展趨勢(shì)
柔性組合夾具是不可能在每一個(gè)方面都實(shí)現(xiàn)柔性化的，因此針對(duì)某一個(gè)方面合理發(fā)展與之適應(yīng)的柔性組合夾具系列，待到發(fā)展成熟后再向其他方面逐漸拓展，這樣就能開(kāi)發(fā)出更高技術(shù)的柔性組合夾具。比如在汽車的車身焊接夾具中可以利用高技術(shù)的機(jī)器人技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)捷的柔性焊接組合夾具，其中采用的夾緊技術(shù)更先進(jìn)、快速、可靠。傳統(tǒng)的組合夾具元件這里已經(jīng)可以完全拋棄，采用先進(jìn)技術(shù)組合的配件自然也是最先進(jìn)的夾具結(jié)構(gòu)組合。而汽車零部件的大小和形狀基本決定了汽車零部件的結(jié)構(gòu)和變化的相似性，在合理的范圍內(nèi)改變也是柔性組合夾具的必要條件。但需要明確的是，雖然柔性組合夾具有著更為可觀的應(yīng)用前景，但我國(guó)缺少專業(yè)的、高水平的柔性組合夾具人才這是不爭(zhēng)的事實(shí)，為了解決這一問(wèn)題，我國(guó)高校、政府和社會(huì)應(yīng)多培養(yǎng)這方面的人才，這樣才能母本上促使柔性組合夾具取得更好的發(fā)展，在促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中做出更大的
貢獻(xiàn)。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在現(xiàn)代化發(fā)展柔性組合夾具的今天，技術(shù)研發(fā)者只有了解柔性組合夾具的特點(diǎn)和發(fā)展方向，理解柔性制造的特點(diǎn)和基本技術(shù)，才能研發(fā)出新型的適應(yīng)市場(chǎng)的柔性組合夾具，只有研發(fā)出與市場(chǎng)發(fā)展需求相符的柔性組合夾具發(fā)展，才能真正受到各大企業(yè)的普遍歡迎和認(rèn)可，但想要達(dá)到這一目的還需要我國(guó)有關(guān)人員對(duì)柔性制造的技術(shù)和特征深入研究。在不久的將來(lái)，柔性組合夾具必定能造福于更多的領(lǐng)域，在各大領(lǐng)域內(nèi)得到更為普遍的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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機(jī)械自動(dòng)化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指機(jī)器在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下，按照設(shè)定好的程序，自動(dòng)的進(jìn)行工作。機(jī)械自動(dòng)化是一個(gè)全新的生產(chǎn)過(guò)程，機(jī)械自動(dòng)化使得生產(chǎn)過(guò)程更加的高效與規(guī)范，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，提高了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的工作效率。首先是在投入原材料方面，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可以使生產(chǎn)過(guò)程中加入原材料的速度更快更精準(zhǔn)，減少了人力資源的投入以及人工加入原材料過(guò)程中產(chǎn)生的資源浪費(fèi)。其次是在產(chǎn)品質(zhì)量方面，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)范化，大大降低了殘次品的生產(chǎn)概率，在提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)，還保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用，大大的降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了企業(yè)人力資源的投入，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。綜上所述，我們可以看出機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用，已經(jīng)成為了時(shí)展的趨勢(shì)，它改變了傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)落后的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)手段，提高了生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還解放了大量的勞動(dòng)力，在擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也增加了社會(huì)效益。
2.機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展還處于剛剛起步的階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定的差距，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期且復(fù)雜的過(guò)程，我們需要根據(jù)本國(guó)的國(guó)情，為機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供穩(wěn)定的發(fā)展空間，為技術(shù)的改進(jìn)提供條件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的穩(wěn)步向前發(fā)展。對(duì)于機(jī)械現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，主要從三個(gè)方面入手：機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)管理、機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的制造工藝。
2.1機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)管理
我國(guó)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)管理水平處于一個(gè)相對(duì)落后的階段，大多數(shù)中小型企業(yè)在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)管理方面仍然采用傳統(tǒng)的人工管理模式，依靠自身以往的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)管理，僅有少數(shù)的大型企業(yè)采用了計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行輔助管理。在國(guó)外工業(yè)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，基本都采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行管理與控制，人工管理僅僅是提供輔助管理的作用，對(duì)于生產(chǎn)制造的模式進(jìn)行指導(dǎo)式的調(diào)整，使機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)更好的為企業(yè)為社會(huì)服務(wù)。我國(guó)在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)管理方面還有所欠缺，需要建立成熟的管理體系來(lái)加強(qiáng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水準(zhǔn)。
2.2機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)
在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)方面，我國(guó)目前采用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的企業(yè)還太少，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍也比較狹窄。在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中，大多數(shù)企業(yè)都是隨著科技的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，隨時(shí)更新自己的技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)框架與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，加上對(duì)于計(jì)算機(jī)的輔助應(yīng)用，保證了設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)選擇。還有一些企業(yè)采用無(wú)圖紙生產(chǎn)的方式，設(shè)計(jì)方案直接傳輸?shù)綄?duì)機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)行管理的計(jì)算機(jī)中，大大的提高了工作效率，減少了不必要的步驟。我國(guó)在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)方面還存在問(wèn)題，設(shè)計(jì)水平有待進(jìn)一步加強(qiáng)。
2.3機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)制造工藝
我國(guó)目前大多數(shù)企業(yè)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)制造工藝仍然處于剛性自動(dòng)化、單機(jī)自動(dòng)化的階段，生產(chǎn)產(chǎn)品具有單一性，一條生產(chǎn)線上只能生產(chǎn)某種產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，自動(dòng)化水平不高。而機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的制造工藝發(fā)展趨勢(shì)，是為了實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，即生產(chǎn)的產(chǎn)品具有可變性與多樣性，表現(xiàn)為機(jī)床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性和批量的柔性，這些方面的標(biāo)準(zhǔn)都應(yīng)該具有可變性。我國(guó)在加工中心、數(shù)據(jù)控制機(jī)床技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大的差距，在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)制造工藝方面還需要不斷地改良，促進(jìn)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。
3.機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用
3.1機(jī)械制造的集成化應(yīng)用
機(jī)械制造的集成化應(yīng)用，指的是在機(jī)械制造過(guò)程中，技術(shù)經(jīng)營(yíng)與技術(shù)功能的集成。將機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)中的集成化應(yīng)用到機(jī)械制造中去，利用計(jì)算機(jī)集成化制造對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)制造全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。在機(jī)械制造技術(shù)改進(jìn)的過(guò)程中，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)集成為一體，逐漸的應(yīng)用到機(jī)械制造的系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造行業(yè)更好的發(fā)展。
3.2機(jī)械制造的柔性化應(yīng)用
機(jī)械制造中的柔性化應(yīng)用，指的是機(jī)械制造生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，更能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需要，能夠根據(jù)的市場(chǎng)的不同需求來(lái)改變產(chǎn)品的特質(zhì)。機(jī)械制造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)必須要隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)需求的變化來(lái)變化，柔性化技術(shù)的應(yīng)用，可以更好的對(duì)機(jī)械制造中產(chǎn)品的類型與結(jié)構(gòu)屬性進(jìn)行調(diào)整，從而提高機(jī)械制造的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率。
3.3機(jī)械制造的智能化應(yīng)用
隨著科技的不斷發(fā)展，智能化的產(chǎn)品越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的日常生活中。機(jī)械制造中的智能化應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造過(guò)程中的各種現(xiàn)象進(jìn)行智能化的反應(yīng)，確保運(yùn)行的最優(yōu)化。
作者:張浩
參考文獻(xiàn)
目前自動(dòng)化技術(shù)和激光技術(shù)在機(jī)械制造工藝中的應(yīng)用，已經(jīng)為機(jī)械制造領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì)，只要堅(jiān)持正確的發(fā)展路徑，就能利用自動(dòng)化技術(shù)和激光技術(shù)為機(jī)械制造領(lǐng)域帶來(lái)更大的繁榮。
（1）自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用前景
自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)大的發(fā)展方向是：提高自動(dòng)化技術(shù)的柔性，建立對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化靈活加工控制的柔性加工系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)、軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)，將產(chǎn)品采購(gòu)、設(shè)計(jì)、制造、銷售、管理等過(guò)程統(tǒng)一控制的技術(shù)。圍繞著提高自動(dòng)化技術(shù)的柔性，一方面要逐步完善自動(dòng)化制造加工生產(chǎn)線，提高每一加工工序的自動(dòng)化控制精度，完善生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)為建立柔性的自動(dòng)化控制系統(tǒng)做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備；另一方面，要研發(fā)并使用功能豐富的自動(dòng)化設(shè)備，逐步淘汰功能單一的自動(dòng)化設(shè)備，這是企業(yè)降低成本，減小設(shè)備占地面積、提高機(jī)械加工自動(dòng)化程度的必然要求。
（2）激光技術(shù)的應(yīng)用前景
激光技術(shù)作為重要的高科技之一，已逐步進(jìn)入人們的生活中，尤其在機(jī)械制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光加工是激光技術(shù)最重要的應(yīng)用之一，目前已開(kāi)發(fā)出20多種激光加工技術(shù)，如激光快速成型、激光切割、激光焊接、激光打孔、激光熱處理等。激光技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是：提高激光的精確性和穩(wěn)定性，降低激光系統(tǒng)的成本，以增強(qiáng)激光技術(shù)應(yīng)用的廣泛性；另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是：激光技術(shù)會(huì)逐步走向與自動(dòng)化控制的融合。將激光技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，是提高機(jī)械加工能力與提高機(jī)械加工自動(dòng)化程度的客觀要求。
2.結(jié)語(yǔ)
