柔性制造技术与发展
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柔性自动化制造技术简称柔性制造技术。自1967年由英国莫林斯(molins)公司提出以后，至今已发展了30多年。由于柔性制造技术是管理技术和制造技术的有机集合．换句话说它是以数控技术为核心，以计算机技术、信息技术、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合的先进制造技术，因而被世界各国所重视，并在发达国家的制造业中得到了广泛的应用。
柔性制造技术的应用，既解决了近百年来中小批量和中大批量多品种加工自动化的问题，亦很好地适应了产品不断迅速更新的需求；即解决了20世纪60年代以来．一直是以提高切削用量、减少切削时间，缩短或重合辅助时间为手段，来达到提高生产率效果不理想的问题。实用表明，柔性制造技术具有如下特点：1)具有较高的柔性、机构性和通用性；2)转产快、准备时间短；3)设备利用率高，可实现无人看管24h连续工作；4)加工质量高且稳定；5)所需费用低；6)相同产量占地面积是传统设备的60％。由此可见，正是由于柔性制造技术的这种高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛．已成为整个机械制造领域的核心技术。
1 几种柔性制造技术的类型
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，普遍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：
1.1 柔性制造系统(FMS)
关于柔性制造系统(FMS，Flexible Manufac．turing System)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；而真正完善的第三代FMS预计21世纪10年代后才会实现。
1.2 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。
1.3 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、机床：亦可采用专用机床或CNC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(DSC)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。
1.4 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。
1.5 柔性装配系统(Flexible Assembly System)
由控制计算机、若干工业机器人、专用装配机及自动传送线和线问运载装置(包括AGV、滚道式传送器)组成。用于印刷电路板插装电子器件或各种电动机、机械部件等的自动装配。
2 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。预计近几年内，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2l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。
3 柔性制造技术的新发展
柔性制造技术在各工业发达国家已经得到广泛的生产应用，数控机床、加工中心、柔性制造单元(FMC)，柔性制造系统(FMS)应用日益广泛，计算机集成制造(CIM)将使生产的设计、制造、管理、供销、财务都用计算机统一管理，实现工厂的全盘计算机管理的自动化。在20世纪80年代CIMS呼声甚高，认为是机械制造的发展方向．但按这种概念建立CIMS需要极大的硬件投资和很长的开发建设时间。由于技术的飞跃发展，过分强调统一管理，无法适应多变的生产。因此现在CIMS的概念必须更新，要有更多的灵活性，才能适应迅速多变的生产。
CAD/CAM一体化技术的发展应用，大大缩短了产品的研制开发周期，同时也促进了设计思想的变化。面向制造的设计(DFM)思想现已被更多的人接受，在保证产品性能要求的前提下大大减少了制造成本，并行工程是将设计、工艺准备、加工制造、装配调试工作从串联作业改为前后衔接的并行作业，大大缩短了生产周期。敏捷制造技术将柔性自动化技术发展到一个新高度。由于因特网的发展，就有可能将不同的工厂的生产有机地组织起来。发挥各自的特长进行合作生产。敏捷制造技术主要包括三部分内容：1)基层单位的计算机管理和自动化。但这里不强调全盘自动化。在用计算机管理更经济时就采用自动化，否则就由人参加。2)计算机仿真和虚拟制造在新产品设计和研制时特别有用。3)通过因特网将不同工厂、不同地区的单位有机地组织起来，发挥各单位的特长，实现异地设计、异地制造和装配，达到产品的快速、高效、优质、低成本生产。
4 柔性制造技术的发展趋势
4.1 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。
4.2 发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车、拖拉机制造厂等对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。
4.3 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。
5 高效的企业管理体制是柔性制造技术实施的前提
柔性制造是未来工业生产的主导模式，是指在企业的制造车间层将主要应用柔性制造方式，它必须在高效的生产经营管理体制下才能发挥效益。不能想象，在原来计划经济模式下．在车间与科室脱节、生产的动态信息不明和指挥不灵的管理体制下，能用好柔性制造。因此，我国制造企业生产经营管理体制的改革是实施柔性制造的重要条件。
显然西方国家制造企业的现行管理模式不适合我国，但应参考、借鉴它们正在探索的一些先进管理制造模式，如敏捷制造模式(AME)、精益生产模式(LP)、世界级制造模式(WCM)、计算机集成制造模式(CIM)等。
CIM的思路是：以信息为媒体，用计算机将企业的各种业务活动领域及其职能(包括从市场分析、产品设计、加工制造到营销等产品开发全过程)集成起来，以追求企业经营的整体优化。
WCM的思路是：以能对全球市场需求作出快速反应为目标，以管理方式创新为核心，以先进制造技术为支持，在信息技术的基础上，通过制造系统中人、设备、工作流程的组合。达到优化配置。
LP的思路是：清除生产中一切浪费和不增值的环节，把责任下放到底层的生产组、项目组(Team)，实行及时生产，降低库存，消除废品，以追求生产的尽善尽美。
AME的思路是：在全球信息网络的支持下，敏捷地响应客户及市场的需求，组成动态优化联盟(虚拟公司)，用并行工程的方法，以多学科工作组的方式(Teamwork)进行产品设计开发，以可重构、可重用、可扩充的柔性制造系统来组织生产。快速低成本地开发出客户满意的产品，并及时投放市场，在竞争中取胜。
上述各种探索模式都有一定的先进性，但都处于探索试验阶段。并没有一个完全成熟的“样板”可供照搬。目前倾向的看法是，AME的思路更接近于在全球化市场经济环境下，企业又联合又竞争，以赢得用户，究竟如何改革。还得由企业根据自己的特点和市场定位来决定。
6 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。