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柔性制造系统范文1
关键词: 柔性制造系统;Petri网;信标;资源;化简
中图分类号:TP27
文献标识码:A文章编号:1672-8513(2010)06-0417-06
Reduction for Petri Net Modeling of Flexible Manufacturing Systems
YUE Hao1，LI Wenjie2, 3
（1. Department of Computer Science and Engineering, Zhangzhou Normal University, Zhangzhou 363000, China; 2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science & Technology, Qingdao 266510, China; 3. Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi′an 710065, China）
Abstract: In a class of Flexible Manufacturing Systems (FMS) Petri nets (PN) models N named S3PR, it is proved that neither the strict minimal siphons (SMSs) nor the elementary siphons would contain the special location resources. Therefore, the net with special location resources must be reduced in order that a smaller net can be derived. The reduction algorithm deletes the special location resources, the related transitions, as well as the arcs concerned. Finally, the net obtained has less place, less transition and a simpler net structure.
Key words: flexible manufacturing system; Petri net; siphon; resource; reduction
柔性制造系统(Flexible Manufacturing Systems，FMS)中的资源竞争会导致死锁，死锁控制问题近年来倍受关注［1-11］.我们可以选用多种形式化方法来解决死锁问题，如Petri网(Petri Net ，PN)、有限自动机、有向图.其中PN方法因为能用一种模块化和系统化的方法来描述FMS操作的不同方面和多种特征而成为最流行、应用最广泛的工具［3-4］.
文献［1］定义了一种Petri网子类S3PR网，通过给这种网系统的每一个严格极小信标(Strict Minimal Siphon，SMS)添加控制库所，而使得网系统是活的.这一工作被认为是第一次运用结构化分析进行基于监督器(Monitor-Based)的活性使能（Liveness Enforcement）Petri网监控器设计［3］.这种方法需要计算网模型的所有SMS，还有一些如文献［2,7-11］中的方法也需要计算SMS集.众所周知，Petri网信标数目相对于网规模来说是指数级的，理论上讲S3PR网中SMS的数目也是网规模大小的指数级［3］.虽然没有形式化的证明，但大家公认SMS的计算是一件代价高昂的工作［12-13］.
文献［2］提出了基本信标的概念，基本信标理论不仅能极大地减少附加控制库所和连接弧的数目，而且能达到同样或更好的控制效果.人们可以先求一个S3PR网的SMS集，然后从中选出基本信标［2］，也可以直接由一个S3PR网求其基本信标，这方面的工作包括文献［14-16］.但是，不管哪一条途径，基本信标的计算也是一项花费很大的工作.
为了缩小FMS PN模型的规模，减少SMS或基本信标求取中的计算量，本文提出了一个消除位置特殊资源［6］的化简算法.与原模型相比，执行该算法所得到的PN模型具有相同的SMS和基本信标，却具有更少的资源库所操作库所，更少的变迁，以及更简单的网结构.
1 基本概念与定义
A,B为2个集合， A表示集合A的基数，即A中元素的个数，A＼B表示在集合A中除去集合B中的元素所得到的集合.若一个列向量中的元素均为0（1），则记该列向量为[STHZ]0(1)[ST]，在不致发生混淆的情况下依然记为0（1）.
定义1 N=(P,T,F)称为一个网，其中P和T为有限、非空且互不相交的集合，P是库所的集合，T是变迁的集合，F(P×T)∪(T×P)称为流关系或连接弧集合.定义x=y∈P∪T/(y,x)∈F为节点x∈P∪T的前集，而x=y∈P∪T/(x,y)∈F为节点x∈P∪T的后集，一个集合的前集（后集）为它的所有元素的前集（后集）的并集.
定义2 设N=(P,T,F)为一个网，N的关联矩阵A:P×TZ是由P和T按照如下规则形成的,即若p∈t\t，A(p,t)=-1，若p∈t\t，A(p,t)=1，否则对于所有的p∈P和t∈T，有A(p,t)=0.P－向量I:P[WTHZ]Z[WTBX]是以P为序标的列向量，T－向量J:T[WTHZ]Z[WTBX]是以T为序标的列向量，其中[WTHZ]Z[WTBX]是整数的集合.
定义3 设N=(P,T,F)为一个网，则P－向量I是P－不变式的充要条件为I≠0且I[WTBZ]T[WTBX]A=0成立.不变式I的支撑为I={p∈P/I(p)≠0}.
定义4 设N=(P,T,F)为一个网，称非空集合SP是一个信标(siphon)，当且仅当SS成立.一个信标是极小的，当且仅当它不包含任何其它信标，若一个极小信标不包含任何P－不变式的支撑，则称它为严格极小信标(SMS).网N的所有SMS组成的集合记为Π.
本文研究对象为一类S3PR网FMS的PN模型，有关S3PR网的相关定义及性质详见文献［1］，S3PR网的一个实例见图1.基本信标的定义及性质详见文献［2］，网N的所有基本信标组成的集合记为ΠE.
如图1所示的S3PR网N的操作库所集为P=p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9，PR=p11,p12,p13,p14,p15，进程空闲库所为P0=p1,p10，资源库所为PR=p11,p12,p13,p14,p15.
2 位置特殊资源定义及其性质
根据文献［6］，本节首先定义了一类FMS Petri网模型S3PR网N中的位置特殊资源，证明了N的任意一个SMS都不包含位置特殊资源和使用这些资源的操作库所.
定义5［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，集合XP∪P0∪PR，则以(P∪P0∪PR)为序标的0,1向量eX的各分量为
eX(p)=1,若p∈X 0,若pX
引理1［1］ 设N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则N的所有极小P－不变量的集合为
ePi∪P0i/i∈{1,2,…,k}∪eH(r)∪{r}/r∈PR
定义6［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，称(P0)中的变迁为第1个操作工序变迁，所有第1个操作工序变迁所组成的集合记为Tb，即Tb=(P0)，对于r∈PR，若rTb，即r后集中的变迁均为第1个操作工序变迁，则称r为N的位置特殊资源，N的所有位置特殊资源库所组成的集合记为PdrR(N).[HJ]
定义7［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，设SR={r0,r1,r2,…,rn}，则定义L(ri)=SP∩H(ri)，i=0,1,2,…,n.若对于p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR，则称S满足RH－条件；如果S不包含N的任何一个P－不变量的支集，则称S满足P－条件.
由定义7和严格极小信标（SMS）的定义知S是N的一个极小信标且S满足P－条件，当且仅当S是N的一个SMS.下面的引理说明若一个信标S满足RH－条件而一个资源库所r0不在S之中，则任何使用r0的操作库所也不在S之中.
引理2［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，S满足RH－条件，r0∈PR，且r0S，则S∩(r0∪H(r0))=.
引理3［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S是N的一个信标，S满足RH－条件，设SR={r0,r1,r2,…,rn}，则SP=∪ni=0L(ri).
引理4［6］ 设S是S3PR网N的一个信标，则S不包含N的任何一个P－不变量的支集当且仅当S不包含N的任何一个极小P－不
变量的支集.
引理5［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，S(≠)是一个不包含N的任何一个P－不变量支集的信标，则S∩PR>1.
这个引理告诉我们，不包含N的任何一个P－不变量支集的信标（即信标满足P－条件）至少包含2个资源库所.下面的引理说明任何一个第1个操作工序变迁，其后集中没有资源库所.
引理6［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则t∈Tb，t(r)=.
引理7［1］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于S∈Π，都有S∪CS=SR∪(∪r∈SRH(r)).
引理8［6］ 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于S∈Π，p∈SP，都有pP0且R(p)∈SR.
推论1［6］ 设N是一个S3PR网，S是N的任意一个SMS，则S满足RH－条件.
上面的推论告诉我们，N的任何一个SMS都满足RH－条件，下面的引理说明位置特殊资源库所不在任何一个SMS中.
引理9［6］ 设N是一个S3PR网，若r0是N的任意一个位置特殊资源，则对N的任意一个SMS，S∈Π，都有r0S.
下面的推论告诉我们，N的任何一个SMS都不包含使用位置特殊资源的操作库所.
推论2［6］ 设N是一个S3PR网，若r0是N的任意一个位置特殊资源，S是N的任意一个SMS，即S∈Π，则H(r0)∩S=.
3 除去位置特殊资源及相关网元素
本节首先给出一个化简函数Reduction(N,r0)，用来删除N中的一个位置特殊资源r0，使用这个资源的操作库所，以及相关的变迁和连接弧.随后，文中又证明了化简得到的网N′同原网N具有相同的SMS和基本信标.
定义8［1］ 设N=(P,T,F)是一个网，XP∪T，则记NX=(PX,TX,FX)为N的由X生成的网，其中PX=P∩X，TX=T∩X，FX=F∩(X×X).
函数1 N′=Reduction(N,r0)
输入 带有位置特殊资源r0的FMS Petri网模型N，N是一个S3PR网，N=ki=1Ni=(P∪P0∪PR,T,F).
输出 消去r0之后的S3PR网N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′).
Tb(r0)r0，H(r0)=(Tb(r0))，Tc(r0)=r0； // Tb(r0)是要被删去的变迁集合，这时其中的任何一个变迁t都是第1个操作工序变迁，由引理6知t(r)=，因此使用r0的操作库所集为H(r0)=r0∩P=（Tb(r0)）∩P=（Tb(r0)），Tc(r0)是新产生的N′中的第1个操作工序变迁集合；
for(Tc(r0)中的每一个变迁t) do //对于t∈Tc(r0)；if(t∩P0≠) then //若t后集中有进程空闲库所，则t应当被删去；
Tc(r0)=Tc(r0)＼{t};
Tb(r0)=Tb(r0)∪{t};
end if
X=P0∪(P＼ H(r0))∪(PR＼ {r0})∪(T＼Tb(r0));//在N中删去资源库所r0,以及H(r0)和相关变迁；N=NX=(PX,TX,FX);
for (i=1 to k) do //对于组成N的每一个S2PR Ni;
在N中加上弧集P0i×(Tc(r0)∩Ti);
return N.
例如图1的S3PR网N，由定义6，Tb=t1,t8，由于(p11)=t1Tb，因此p11是N的一个位置特殊资源，调用函数Reduction(N,p11)，Tb(p11)=t1，Tc(p11)=t2,t6，H(p11)=p7，由于t2∩P0=t6∩P0=，所以函数Reduction(N,p11)中的第1个for循环不执行:
X=P0∪(P\p7)∪(PR\p11)∪(T\t1).
由X得出NX后再加上弧(p1,t2),(p1,t6)，最后的得到N′，如图2所示.
函数1对S3PR网N处理后得到N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)，N′也是一个S3PR网，N与N′的关系如下：N′中的资源库所比N少了一个r0，即P′R=PR－{r0}，对于r∈PdrR(N)＼ {r0}，r∈PdrR(N′)；空闲库所集不变，都是P0，操作库所少了H(r0)，即P′=P＼H(r0)，变迁集中少了Tb(r0)，即T′=T＼Tb(r0)，相关的每一个加工路径上少了一个操作库所p∈Pi∩H(r0)，对于资源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的.
定义9 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网， N′是由N经过函数1化简后得到的S3PR网，设化简过程中除去的位置特殊资源库所为r0，r0∈PdrR(N)，则N的不包含PdrR(N)中库所的且满足RH－条件和P－条件的信标组成的集合记为Π1，Π1中所有极小元素组成的集合记为Π2；N′不包含PdrR(N)中库所的且满足RH－条件和P－条件的信标组成的集合记为Π3，Π3中所有极小元素组成的集合记为Π4，N′的所有SMS组成的集合记为Π′，N′的所有基本信标组成的集合记为Π′E.
定理1 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网:
N′=(P′∪P0∪P′R,T′,F′)
=(P0∪(P＼H(r0))∪(PR＼r0),T′,F′).
Π1，Π3如前文定义，则有Π1=Π3.
证明
1)首先证明Π1Π3.
①本节证明对于S∈Π1，S在N′中也是一个信标.由S∩PdrR=，r0∈PdrR知r0SR，由S满足RH－条件结合引理3知SP=∪ni=1L(ri)，S具有S=Sr∪(∪ni=1L(ri))的形式，其中Sr={r1,r2,…,rn}，r0Sr.由S是N的一个信标知在N中，对p∈S，t∈p，p1∈S，使得.对于p∈S，分2种情况讨论.
情况1：若p∈Sr，由于r0Sr，所以p≠r0，N中的变迁集[KG-*3]p，库所集[KG-*3]p，以及弧集F∩((p×{p})∪(p×p))在N′中都保留下来，所以在N′中也有p∈Sr，t∈p，p1∈S，使得t∈p1.
情况2：若p∈∪ni=1L(ri)，即存在j∈{1,2,…,n}，使得p∈L(rj)H(rj)，在N中，t∈p，rj=(r)t，由r0≠rj知变迁集p，库所集(r)(p)，以及弧集F∩((p×{p})∪((r)(p)×p))在N′中都保留下来，所以在N′中也有p∈∪ni=1L(ri)，t∈p， r∈SrS，使得r=(r)t，t∈r.
由情况1及情况2知，Π′=在N′中也是一个信标.
②本节证明S在N′中满足RH－条件和P－条件.由函数1知N′也是一个S3PR网，并且资源库所集为P′R=PR＼{r0}，对于资源r∈P′R而言，在N′中的H(r)同在N中的H(r)是相同的，S在N中满足RH－条件知S∩P0=，S在N中满足RH－条件且r0S，由引理2知S∩(r0∪H(r0))=，结合S∩P0=知SP′R∪(∪r∈P′RH(r))，又N′与N的进程空闲库所集均为P0，所以由S在N中满足RH－条件知S在N′中也满足RH－条件；由引理1知网N的极小P－不变量的集合为:
由S在N中满足P－条件知信标S不包含INVP(N)中任何一个元素的支集，结合S∩P0=和INVP(N)与INVP(N′)之间的关系，知S不包含INVP(N′)中任何一个元素的支集，由引理4知S在N′中满足P－条件.
对于S∈Π1，S∩PdrR(N)=并且由①知S在N′中也是一个信标，由②知S在N′中也满足P－条件和RH－条件，因此S∈Π3.有Π1Π3成立.
2)类似可证Π3Π1.
由1)，2)知Π3＝Π1.
推论3 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网，则有Π2=Π4.
证明 由定理1知Π1=Π3，由于Π2和Π4分别是Π1，Π3中的极小元素组成的集合，因此有Π2=Π4.
定理2 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于N来说，Π=Π2.
证明 1）首先证明Π2Π.对于S∈Π2，假设SΠ，则由于S满足P－条件而SΠ,所以S不是N的极小信标，从S出发可以找到一个极小信标S′，S′S，由S′S知S′满足P－条件，所以S′是N的一个SMS，由推论1知S′满足RH－条件，由引理9知S′∩PdrR(N)=，所以S′∈Π1.由S′S且S′∈Π1知，S不是Π1中的极小元素，即SΠ2，矛盾.故若S∈Π2，则S∈Π.
2）其次证明ΠΠ2.对于S∈Π，则S满足P－条件，S∈Π结合推论1知S也满足RH－条件，又由引理9知对于任意一个位置特殊资源r0，都有r0S,所以S∈Π1，假设S不是Π1中的极小元素，则存在S′∈Π1，S′S，S′是N的一个信标，这同S是N的一个极小信标矛盾，因此S∈Π2.ΠΠ2成立.
定理3 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个S3PR网，则对于N′来说，Π′=Π4.
证明 同定理2的证明类似.
定理4 设N=(P∪P0∪PR,T,F)是一个带有位置特殊资源r0的S3PR网，N′是由N经过函数1化简除去r0后得到的S3PR网，则有Π=Π′.
证明 由定理2知Π=Π2，由定理3知Π′=Π4，而由推论3知Π2=Π4，因此有Π=Π′.
推论4 N与N′定义如定理4，则ΠE=Π′E.
证明 由网基本信标的定义结合定理4易知.
4 结语
解决柔性制造系统中的死锁控制问题，需要处理系统的Petri网模型.由于处理算法的时间复杂度大部分都是非多项式（例如，是指数级的），因此，网模型规模大小往往会对计算量和处理时间产生重大影响.
本文考查包含一类位置特殊资源的S3PR网柔性制造系统Petri网模型，提出了一个化简算法,删去一个位置特殊资源，以及相关操作库所、变迁和弧删去,最终得到的网系同原网系统拥有相同的严格极小信标和基本信标.同时，与原网系统相比，最终得到的网系统具有更少的库所、变迁和较简单的网结构.
当然，如文献［11］的作者邢科义教授指出，文中算法能在多大程度上简化系统，这需要有一个定量的描述或结论（对有些系统简化好像很有限）.另外，对本文中算法的时间复杂度的分析，笔者将另文讨论.
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柔性制造系统范文2
一、规模
按规模大小FMS可分为如下4类：
1.柔性制造单元(FMC)
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年，它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。
2.柔性制造系统(FMS)
通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
3.柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。
4.柔性制造工厂(FMF)
FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。
二、关键技术
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。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它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
迄今，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)。由于专家系统能简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的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在FMS(尤其智能型)中起着关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。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。预计到21世纪初，人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在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，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。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。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(ANN)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，成为现代自支化系统中的一个组成部分。
三、发展趋势
1.FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
2.发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。
3.朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。 FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，90年代此种状况仍将会持续下去，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计至21世纪才会实现。届时，智能化机械与人之间将相互融合、柔性地全面协调从接受订单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
柔性制造系统范文3
关键词：模块化；柔性制造系统；实验室；方案；特征；范围
同济大学职业技术教育学院从1997年起承担了中德两国政府签署的职教师资培养的合作项目，项目合作期限共八年，分三个阶段执行。现设有机械工程及其自动化、电子与信息工程、土木工程、工商管理四个职教师资本科专业，生源主要是职校和大专的优秀应届毕业生。学院同时还是上海市和全国中、高等职业教育师资重点培训基地以及中德职业教育师资培训中心。
根据中德合作项目要求，学院按中德双方共同开发、制定的培养模式、教学计划与大纲，培养集专业知识和技能及师范教学能力于一身的复合型职业教育高级人才。在职教师资培养过程中，学院借鉴和引进德国职教师资培养的教育思想与教学方法，特别注重对学生专业技能的培养与训练，大力加强专业实验室的建设。
一、现代化教学设备的引进
传统的工程学科教学中，通常做法是各门课程单独传授，学生很少有机会了解各种技术在实际工程中是如何被综合性应用的。学生在学习专业课程时，每门课程虽然都有相应的实验，但这些实验都是各自独立进行的。在很多情况下，实验中所使用的设备和器件很多都是实验室专用的，与工业生产中所使用的实际设备和器件有着较大的差异。自动化技术是一门融机械、电气、电子及计算机等技术于一体的综合技术，在这种技术中，不同领域和层次的知识与能力融会在一起。与其他工程领域相比，在自动化生产中所使用的生产设备都是资金密集型的。因此，一方面，一般教学或培训单位是没有经济实力专门为教学购置真实的、昂贵的自动化生产系统的；另一方面，拥有自动化生产系统的企业，因经济原因而不愿将其作为实训设备给学生使用。这样，学校在传授自动化技术时，只能用模型或采用计算机仿真作为一种弥补的手段，但采用模型或计算机仿真的手段，学生无法学到真实生产系统所需的知识。从某种意义上说，这样培养出来的学生是“半成品”，学生走上工作岗位后，面对实际的工业生产设备、器件仍然感到陌生，需要经过较长的工作岗位适应期。
同济大学职教学院在职教师资培养过程中，充分地认识到了上述问题。为使机械工程及其自动化专业方向的职教师范生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上教学岗位后应用这种新的教学理念打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，正在筹建一个开放式自动化综合实验室。在这个综合实验室中，将开发一套完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统，由同济大学和德国技术合作公司 (GTZ)共同投资。实验室的开放性主要体现在两个方面：一是系统组成具有开放性，系统中不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展；二是实验室资源具有开放性，实验室可面向校内外各种层次的学生或培训学员，做到资源共享，扩大受益面，使得高投资的设备取得尽可能大的社会效益。
二、模块化柔性制造系统的配置
建成后的模块化柔性制造系统，应该能够完成不同形状和结构尺寸零件的加工。现计划在该系统中加工制造东方明珠电视塔模型、国际象棋等，从毛坯进来直到成品制成的所有工序都要在该系统中完成。为了达到这些工艺要求，系统集成了下列主要功能模块：
(一)切削加工工位
该工位由一台数控车床和一台数控铣床组成，能完成车、铣、钻的切削加工任务。数控装置采用的是具有开放性和兼容性的通用PC机，操作键盘为标准的PC机键盘，操作系统为WIN95／98／2000／ME／ NT4.0／XP，采用图形操作界面，具有人机对话编程功能。在这两台机床上可以选用手动、半自动、全自动数控加工方式，学生在工位上可以学习编制数控程序、操作和调整数控机床。
(二)上、下料工位
在该工位上配置一台Eshed公司的五轴机器人，通过在线模块，可以将PC机上编好的程序直接传送到机器人控制器中。学生在该工位上可以学习机器人编程语言，并学习如何操作使用机器人。
(三)仓储系统
仓储系统采用的是一个四层28个库位的立体高架仓库，共分三个区域，分别用于存放毛坯、半成品和成品零件，同时配备一个物料搬运机械手。
(四)柔性物料输送系统
在各个工位之间零件的传输，是由一个环形的可按需拼装的传送带和有轨输送小车完成的，该传送系统具有零件的传送、交换等功能。
(五)监控系统
每个自动工位都配备一个可编程控制器，各自动工位之间是通过工业局域网络(如Profibus)相连接的，由一台PC机实现系统的协调控制。为了实时监控系统中每个自动工位的工况，在这台PC机上还可实时显示各自动工位的工况信息。
转贴于 三、模块化柔性制造系统的特性
在综合性的专业实验室里，主要传授与实践有关的教学内容和实际的操作技能，在建立综合性的专业实验室时，必须考虑到使学习的内容与劳动过程紧密相关。因此，所要建立的模块化柔性制造系统具备了下述重要特性：
(一)工业标准化特性
在系统中绝大部分的设备和器件都符合工业标准，尽可能不使用过分简化了的教学设备与器件，使学生可以在一个能反映真实生产过程的系统中学到专业知识与操作技能。
(二)模块化特性
系统被设计成具有模块化的特性，也就是系统中的每个功能部件都能独立运行，重要的功能部件应该是分布式控制的。在学习过程中，学生不仅可以对各个功能部件进行操作，而且还可以根据不同的教学内容增减功能部件，功能部件的增减同时又不影响系统中其他功能部件的运行。
(三)结构的开放性和兼容性
由于电子技术、信息技术和自动化技术的快速发展，所建系统必须与变化了的技术要求相匹配。在设计该系统时，我们充分考虑了其硬件结构与软件系统的开放性和兼容性，使得组成该系统的设备不仅能与当今其他设备相组合和匹配，而且还具有进一步开发的可能性，为将来技术更新留有余地。
(四)学习的实践特性
学生在综合性的专业实验室中学习时应该具有创造性劳动的可能性，也就是允许学生对某些设备进行拆装、更改，以使他们能够真正学到生产实际所需的专业技能。在该系统中采用的元器件虽然是工业用的，但是，在设计这些元器件时已经充分考虑到了拆装的方便性。所以，学生能较容易地把建好的系统重新拆开，然后再组装起来，而且还可以通过增减器件来对系统的配置进行重构。
(五)现代教学特性
在现代职业劳动中，劳动组织形式是以小组劳动为特征的，在职业技术教育中，学生在学校就应该了解并习惯于这种劳动组织形式。模块化柔性制造实验系统为学生提供了这种可能性，这是因为每个功能部件都能独立运行，各功能部件又通过局域网络相连接，通过协调控制连成一个系统。当学生在该系统中学习时，可以将“构建系统”作为一个学习课题，先构思出整个系统的方案，然后各小组分别对各功能部件进行设计、安装、编程和调试。在各功能部件调试通过之后，将组合系统进行整体调试。在整体调试通过之后，再对系统进行评价，最后，整个学习课题才算完成。
学习的任务是以课题的形式出现的，学生参与了从整体构思、设计直至安装、编程、调试、评价的所有学习过程，这样的学习过程符合行为导向和创造导向的教学思想。学生在这样的系统中学习，除了能学到有关专业知识和技能外，还能培养包括独立工作能力、决策和判断能力在内的个人能力，以及包括协作能力、交往能力以及强烈的责任心在内的社会能力。
四、模块化柔性制造系统的适用范围
(一)学习内容
在该模块化柔性制造系统中，可以进行下列单项或多项内容组合式的教学与培训：
数控机床操作、编程和加工功能扩展重构以及数控机床精度检查及调整
机器人的操作、调整、编程和保养
数控机床和机器人的联机
仓储管理
传送带调整、重构和编程
传送带与仓库以及各工位之间的联机
工件检验和质量管理
计算机网络
电子、电气、气动等的安装
复杂系统的调试、维护、保养和故障查找
编制教学软件并制作新的教学媒体
(二)适用对象
由于该系统与一般的实验设备相比价格较昂贵，而且从技术的角度看系统比较复杂，所以如何充分、合理地使用好该系统是非常重要的。建成的综合性的自动化专业实验室将成为开放性实验室，主要面对下列学习对象：
1．本学院的学生。主要是已经学过专业基础课的机械工程及自动化、电子与信息工程等专业不同竿级的学生。
2．同济大学其他院系的学生。为了实现资源共事，可以让本校其他院系需要做机电一体化实验的学生共同使用该实验室。这样不仅可以提高设备的利用率，而且可以增进院系之间的合作交流。
柔性制造系统范文4
关键词：科技革命 制造业 柔性制造
科技的迅猛发展不但改变了物理世界，而且改变了人们的思想观念，并从根本上改变了人们的生活方式，从而给制造业实体和理念上双重性的深远影响。科技革命带了变革的速度持续加快，从根本上加强了世界的互联性，增加了多样性，使得多元化成为常态，并加剧了不稳定性，从而使商业环境更加呈现出动态性的特点。由此，产品的革新速度和多样性空前加快，特别是全球竞争与国际贸易深入发展，企业想在全球供应链和国际竞争中占据有利位置而不被淘汰，就必须适应由科技突变而带来的环境快速变化的趋势。柔性制造策略是制造业面临信息时代挑战的重要策略，也是适应外部商业环境快速变化和客户需要动态要求的重要策略。因此，建立柔性制造系统对于我国制造业的生存和发展具有重要现实意义。
一、柔性制造概述
1、柔性制造的内涵。柔性制造技术是1967年英国莫林斯（molins）提出来的用于机械制造行业的一种先进制造技术，此后这一理念在各行各业得到了广泛应用，并已成为现代制造的一种科学“哲理”，倍受推崇。柔性制造技术的范围是十分广泛的，是对不同品种实现柔性制造的各种技术的总和。凡是侧重于快速转换的柔性要求、适合多品种、小批量生产的加工技术都属于柔性制造技术的范畴，如柔性制造系统、柔性制造单元、柔性制造线、柔性制造工厂等。
2、柔性制造的影响因素。企业柔性制造的能力受到许多因素的影响，是企业综合灵活适应能力的体现。但具体而言，影响柔性制造技术水平的因素主要包括以下方面：（1）设备柔性：即设备满足工艺变化的程度，这一点主要体现在市场需求变化时，设备转换生产一系列不同品种产品的能力。（2）工艺柔性：工艺柔性包含两个方面：一是工艺流程不变化时，其自身适应产品和原材料变化的能力；二是为适应产品和原材料变化而改变原有工艺的难易程度。（3）产品柔性：一是产品更新或完全转型后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用的特性的继承能力和兼容能力。（4）生产能力柔性：当生产量、品种变化时，系统也能经济地运行的能力。（5）维护柔性：持续高效地查询、处理故障以保证生产正常进行的能力。（6）扩展柔性：当生产需要时，扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。（7）服务柔性：一是在顾客产品使用寿命周期内，用新部件维修旧产品的能力；二是一些产品还需要可升级的能力。
3、柔性制造的指标体系。整体而言，柔性制造中“柔性”表现为两个方面：第一方面是系统适应外部变化的能力，第二方面是系统适应内部变化的能力。具体而言，衡量一个制造系统柔性高低程度主要有三个衡量指标：数量的柔性，允许各种因素（如产量）自由变化的幅度；时间的柔性，能够实现变量（如销售量）自由变化的幅度所需对应的时间；成本的柔性，在订单波动、产量波动的情况下，各项费用尤其是人工变动费用如何随之变化，其费用的变动，尤其是人工成本随产量波动而相应变动的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。如图1所示。
二、柔性制造系统的优势
1、灵活的适应能力。柔性制造技术的“柔性”是相对于传统生产方式的“刚性”而言的，它是相对的，动态的，也是不断改进的技术，而不是一成不变的。由于工业化带来需求的规模化，传统生产线主要实现的是单品种的持续性的大批量生产，优点是生产效率高，次品率低，单位产品生产成本低，能同时满足大量客户的需求，适合标准化占领市场。但随着科技革命的进一步发展，它改变了商业环境和现代市场的需求方式，客户需求快速变化，并表现为多元化和个性化特征。传统的制造方式难以满足现代市场要求的多品种、小批量和快速化的生产需求，更缺乏现代市场所要求的灵活适应性能力。基于现代市场环境的变化，制造系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它能否在很短的开发周期内生产出低成本、高质量、不同品种产品的能力，能否适应客户需求的不断变化。因而，柔性生产对于制造业变得越来越重要。
2、较高的客户价值。由于柔性制造的思想和方法非常适合小批量、多品种、及时交货的现代
市场需求趋势，在适合市场变化和客户要求方面具有极大的快速灵活适应能力。企业通过创造柔性优势，一方面，可以满足了客户的小批量、多品种的订单需求，适应了制造业市场快速多变的需求；另一方面，柔性制造系统能够充分发挥企业的柔性优势采取design in 的销售模式，主动为客户提升产品个性化价值，提高产品的附加值和客户的满足度，为品牌赢得声誉，树立良好的品牌形象。design in即“设计介入”，是指销售人员要在客户进行产品设计的前端介入。企业在实施design in 的销售模式中，要推广“顾问式销售，专家式服务”的销售文化：要求每位销售人员要成为客户产品问题的解决方案的专家，不仅仅推销自己的产品，更重要的是要从客户需求的角度帮助客户实现产品的优化设计，提升产品的个性化，为客户带来较高的附加价值。同时，将客户的个性化方案与企业的技术优势、柔性优势相结合，实现利润模式上的双赢。在客户价值得到提升的同时，企业也将获得大量订单及个性化的溢价。
三、构建完善的柔性制造系统
1、提高设备柔性。（1）增加灵活性设备。为适应柔性制造的要求，企业在设备设计方面，必须针对柔性的要求进行全面和重大的调整。如在设备的调整方面，可以逐渐放弃单一用途的设备，增加多功能用途的设备；可以放弃难以转换的设备，增加转换能力较强的设备；可以减少设备整机的配备，增加多用途零部件组装型设备等。这样不仅能够提高企业设备的转换能力，而且能够减少设备成本，在最佳经济条件下提高企业的柔性制造能力。（2）统一设备类型。不同型号转换时，由于要求不同，每次转换都会要求进行设备参数的重新调整等许多环节的重复无效率的工作，既影响工效又影响质量。为此，企业应该在生产许可和技术条件可行的情况下，统一零部件生产要求，或产品生产要求，并通过优化设计，将多种型号材料和零部件减少类型，或统一化，同时增加它们的灵活适应性。这样不仅能够提高工作效率，而且能减少浪费，缩减成本，提高柔性制造能力。
2、柔性生产系统的设计。企业在构建适合自身的柔性制造系统时，必须进行生产系统的柔性设计，这里所提高的柔性生产系统主要是“以单元化作业+人工辅助的生产模式”的生产模式。这种方式和完全的人工和自动化相比，具有巨大的优势：通过单元中自动化设备保证了质量水平；通过人工连接，降低了投资与运行成本，而又不影响质量；在一些简单操作工序，采取人工操作，但通过工装夹具来预防和控制人工生产的质量波动。此外，这种模式还具有较好的柔性，对批量的要求大大降低。这一点在中国的许多制造业企业中具有典型的体现，中国之所在在全球供应链中成为重要的零配件生产、加工，以及产品的组装基地，和中国半自动化和人工化的灵活性有一定联系。不过，我国企业未来构建柔性制造系统的重点应该加强科学合理的管理系统建设，加强单元自动化作业和人工辅助的双重建设，并在设备转换，工艺变化，生产能力的维护、扩展和服务方面更加柔性化，提高适应市场变化和客户个性化需求的要求。
3、建立完全信息化的管理系统。在快速变化面前，企业面临的最大风险就是库存的风险。这种风险体现在：客户的个性化要求，带来产品的通用性差，多余的成品就变成了废品，导致企业的成本急剧增加；技术的快速进步引起新生产的产品性能的阶段性提升，导致原来库存的产品自然降级，失去市场流通的利润价值，给企业带来巨大经济损失；有些产品随着库存时间的延长，产品会性能变差，产品有可能损坏而不能出售，给企业造成经济损失。基于快速变化带来的库存性风险，我国制造也企业应该开发或先进的erp系统，提升了信息化管理水平，更重要的是优化了企业的流程，强化了企业精细化管理的观念，对库存产品实行“专用型号订单化管理，通用型号流量化管理”，并按生产批号对库存产品的质量实行全寿命周期的追踪管理，使库存得到有效管理，及时预防和控制因库存而产生的质量问题，使因库存质量而造成的经济损失最小化。
4、建设多能工队伍。由于现代制造业都是按订单生产，而订单的波动性又相当大，由此便导致了产量的剧烈波动。在订单多时，繁忙的季节，员工都能够全员工作，取得可观的收入；但当订单下降时，原来数量的员工就会变得多余，如要保持员工数量的不减少，就会使员工的工作时间大幅缩减，从而使一线工人收入大幅下降，最终将导致员工队伍的稳定。为此，企业应该采用了柔性化的绩效管理机制。将核心骨干和关键岗位的员工发展为多能工，用高工资保证这部分员工队伍的稳定，在较低的订单下，能够一人多能，保持80%的工作饱和度；当订单突然增大时，能够在关键岗位保证产品质量，并带动新人快速适应简单岗位的工作。这样，实现了短期内从较低的产能过渡到较高的产能的快速变换能力。从而使变动成本与实际产量实现基本的同步波动，提高成本的柔
性水平。
四、结束语
现代商业的竞争已经从产品和质量的竞争变成快速适应能力的竞争。在现代全球竞争和科技突飞猛进的今天，只要跟不上市场和客户的需求变化的速度，质量再好的产品也会被淘汰。柔性制造是现代制造业企业适应现代商业竞争环境的重要策略，对于提高企业的灵活适应性能力、满足市场需求和客户需求快速变化的能力至关重要。我国制造业企业具有开阔的视野，在借鉴国外先进柔性制造技术的基础上，结合自身的优势，扬长避短，创建适合自身发展的具有中国特色的制造业企业的柔性制造系统。特别是，我国制造业企业要利用我国丰富的人力资源，并把我国制造业自动化程度不高的缺点转变为转换能力强的优势，因势利导地构建适合现代国际制造业竞争需求和客户需求快速变化的要求，实现我国制造业柔性制造的跨越式发展。
【参考文献】
[1] 孙新、刘铁军、：企业质量管理中精确检测手段的应用[j].郑州航空工业管理学院学报，2005（3）.
[2] 肖智军、党新民、刘胜军：精益生产方式[m].海天出版社，2005.
[3] 张晓玲、史金飞、洪著财等：敏捷制造企业的分布式质量控制系统[j].东南大学学报（自然科学版），2007（6）.
[4] 李鸿斌、何志海：柔性制造技术的现状及发展趋势[j].桂林航天工业高等专科学校学报，2005（2）.
柔性制造系统范文5
一、柔性制造概述
1、柔性制造的内涵。柔性制造技术是1967年英国莫林斯（MOLINS）提出来的用于机械制造行业的一种先进制造技术，此后这一理念在各行各业得到了广泛应用，并已成为现代制造的一种科学“哲理”，倍受推崇。柔性制造技术的范围是十分广泛的，是对不同品种实现柔性制造的各种技术的总和。凡是侧重于快速转换的柔性要求、适合多品种、小批量生产的加工技术都属于柔性制造技术的范畴，如柔性制造系统、柔性制造单元、柔性制造线、柔性制造工厂等。
2、柔性制造的影响因素。企业柔性制造的能力受到许多因素的影响，是企业综合灵活适应能力的体现。但具体而言，影响柔性制造技术水平的因素主要包括以下方面：（1）设备柔性：即设备满足工艺变化的程度，这一点主要体现在市场需求变化时，设备转换生产一系列不同品种产品的能力。（2）工艺柔性：工艺柔性包含两个方面：一是工艺流程不变化时，其自身适应产品和原材料变化的能力；二是为适应产品和原材料变化而改变原有工艺的难易程度。（3）产品柔性：一是产品更新或完全转型后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用的特性的继承能力和兼容能力。（4）生产能力柔性：当生产量、品种变化时，系统也能经济地运行的能力。（5）维护柔性：持续高效地查询、处理故障以保证生产正常进行的能力。（6）扩展柔性：当生产需要时，扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。（7）服务柔性：一是在顾客产品使用寿命周期内，用新部件维修旧产品的能力；二是一些产品还需要可升级的能力。
3、柔性制造的指标体系。整体而言，柔性制造中“柔性”表现为两个方面：第一方面是系统适应外部变化的能力，第二方面是系统适应内部变化的能力。具体而言，衡量一个制造系统柔性高低程度主要有三个衡量指标：数量的柔性，允许各种因素（如产量）自由变化的幅度；时间的柔性，能够实现变量（如销售量）自由变化的幅度所需对应的时间；成本的柔性，在订单波动、产量波动的情况下，各项费用尤其是人工变动费用如何随之变化，其费用的变动，尤其是人工成本随产量波动而相应变动的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。
二、柔性制造系统的优势
1、灵活的适应能力。柔性制造技术的“柔性”是相对于传统生产方式的“刚性”而言的，它是相对的，动态的，也是不断改进的技术，而不是一成不变的。由于工业化带来需求的规模化，传统生产线主要实现的是单品种的持续性的大批量生产，优点是生产效率高，次品率低，单位产品生产成本低，能同时满足大量客户的需求，适合标准化占领市场。但随着科技革命的进一步发展，它改变了商业环境和现代市场的需求方式，客户需求快速变化，并表现为多元化和个性化特征。传统的制造方式难以满足现代市场要求的多品种、小批量和快速化的生产需求，更缺乏现代市场所要求的灵活适应性能力，基于现代市场环境的变化，制造系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它能否在很短的开发周期内生产出低成本、高质量、不同品种产品的能力，能否适应客户需求的不断变化。因而，柔性生产对于制造业变得越来越重要。
2、较高的客户价值。由于柔性制造的思想和方法非常适合小批量、多品种、及时交货的现代市场需求趋势，在适合市场变化和客户要求方面具有极大的快速灵活适应能力。企业通过创造柔性优势，一方面，可以满足了客户的小批量、多品种的订单需求，适应了制造业市场快速多变的需求；另一方面，柔性制造系统能够充分发挥企业的柔性优势采取DESIGNIN的销售模式，主动为客户提升产品个性化价值，提高产品的附加值和客户的满足度，为品牌赢得声誉，树立良好的品牌形象。DESIGNIN即“设计介入”，是指销售人员要在客户进行产品设计的前端介入。企业在实施DESIGNIN的销售模式中，要推广“顾问式销售，专家式服务”的销售文化：要求每位销售人员要成为客户产品问题的解决方案的专家，不仅仅推销自己的产品，更重要的是要从客户需求的角度帮助客户实现产品的优化设计，提升产品的个性化，为客户带来较高的附加价值。同时，将客户的个性化方案与企业的技术优势、柔性优势相结合，实现利润模式上的双赢。在客户价值得到提升的同时，企业也将获得大量订单及个性化的溢价。
三、构建完善的柔性制造系统
1、提高设备柔性。（1）增加灵活性设备。为适应柔性制造的要求，企业在设备设计方面，必须针对柔性的要求进行全面和重大的调整。如在设备的调整方面，可以逐渐放弃单一用途的设备，增加多功能用途的设备；可以放弃难以转换的设备，增加转换能力较强的设备；可以减少设备整机的配备，增加多用途零部件组装型设备等。这样不仅能够提高企业设备的转换能力，而且能够减少设备成本，在最佳经济条件下提高企业的柔性制造能力。（2）统一设备类型。不同型号转换时，由于要求不同，每次转换都会要求进行设备参数的重新调整等许多环节的重复无效率的工作，既影响工效又影响质量。为此，企业应该在生产许可和技术条件可行的情况下，统一零部件生产要求，或产品生产要求，并通过优化设计，将多种型号材料和零部件减少类型，或统一化，同时增加它们的灵活适应性。这样不仅能够提高工作效率，而且能减少浪费，缩减成本，提高柔性制造能力。
2、柔性生产系统的设计。企业在构建适合自身的柔性制造系统时，必须进行生产系统的柔性设计，这里所提高的柔性生产系统主要是“以单元化作业+人工辅助的生产模式”的生产模式。这种方式和完全的人工和自动化相比，具有巨大的优势：通过单元中自动化设备保证了质量水平；通过人工连接，降低了投资与运行成本，而又不影响质量；在一些简单操作工序，采取人工操作，但通过工装夹具来预防和控制人工生产的质量波动。此外，这种模式还具有较好的柔性，对批量的要求大大降低。这一点在中国的许多制造业企业中具有典型的体现，中国之所在在全球供应链中成为重要的零配件生产、加工，以及产品的组装基地，和中国半自动化和人工化的灵活性有一定联系。不过，我国企业未来构建柔性制造系统的重点应该加强科学合理的管理系统建设，加强单元自动化作业和人工辅助的双重建设，并在设备转换，工艺变化，生产能力的维护、扩展和服务方面更加柔性化，提高适应市场变化和客户个性化需求的要求。
3、建立完全信息化的管理系统。在快速变化面前，企业面临的最大风险就是库存的风险。这种风险体现在：客户的个性化要求，带来产品的通用性差，多余的成品就变成了废品，导致企业的成本急剧增加；技术的快速进步引起新生产的产品性能的阶段性提升，导致原来库存的产品自然降级，失去市场流通的利润价值，给企业带来巨大经济损失；有些产品随着库存时间的延长，产品会性能变差，产品有可能损坏而不能出售，给企业造成经济损失。基于快速变化带来的库存性风险，我国制造也企业应该开发或先进的ERP系统，提升了信息化管理水平，更重要的是优化了企业的流程，强化了企业精细化管理的观念，对库存产品实行“专用型号订单化管理，通用型号流量化管理”，并按生产批号对库存产品的质量实行全寿命周期的追踪管理，使库存得到有效管理，及时预防和控制因库存而产生的质量问题，使因库存质量而造成的经济损失最小化。
4、建设多能工队伍。由于现代制造业都是按订单生产，而订单的波动性又相当大，由此便导致了产量的剧烈波动。在订单多时，繁忙的季节，员工都能够全员工作，取得可观的收入；但当订单下降时，原来数量的员工就会变得多余，如要保持员工数量的不减少，就会使员工的工作时间大幅缩减，从而使一线工人收入大幅下降，最终将导致员工队伍的稳定。为此，企业应该采用了柔性化的绩效管理机制。将核心骨干和关键岗位的员工发展为多能工，用高工资保证这部分员工队伍的稳定，在较低的订单下，能够一人多能，保持80%的工作饱和度；当订单突然增大时，能够在关键岗位保证产品质量，并带动新人快速适应简单岗位的工作。这样，实现了短期内从较低的产能过渡到较高的产能的快速变换能力。从而使变动成本与实际产量实现基本的同步波动，提高成本的柔性水平。
柔性制造系统范文6
关键词随着社会的进步和生活水平的提高，社会对产品多样化，低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量，更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
一、基本概念
11柔性柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰(如机器出现故障)情况下，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件，难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括1)机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
2)工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
3)产品柔性一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
4)维护柔性采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。
5)生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。
6)扩展柔性当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。
7)运行柔性利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。
12柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群，我们认为凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为：
1)柔性制造系统(FMS)
关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义有：
美国国家标准局把FMS定义为：“由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。”而我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。
2)柔性制造单元(FMC)
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。
3)柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。
4)柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。
二、柔性制造所采用的关键技术
2.1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。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2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。
2.3人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今，柔性制造技术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)。由于专家系统能简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，因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。目前用于柔性制造中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在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，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。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化柔性制造技术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。
2.4人工神经网络技术
人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。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。
三、柔性制造技术的发展趋势
31FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
32发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。
33朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。
4.结束语
柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时，智能化机械与人之间将相互融合，柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
近年来，柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，可以这样认为：柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。实现了按端口、MAC地址、应用等来划分虚拟网络，有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。
四、结论
