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機(jī)器人在先進(jìn)制造業(yè)應(yīng)用與研究
蘇東海 李懷東 2009/1/18
1、先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
隨著信息技術(shù)、材料技術(shù)、新能源技術(shù)等新技術(shù)與制造技術(shù)的相互交叉、滲透、融合，現(xiàn)在的制造業(yè)與過(guò)去相比有了許多重大而深刻的變化。日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性是現(xiàn)在制造業(yè)的一個(gè)重要特點(diǎn)，這不僅表現(xiàn)在制造系統(tǒng)中，還表現(xiàn)在所制造的產(chǎn)品，制造過(guò)程以及企業(yè)的結(jié)構(gòu)中。這種復(fù)雜性對(duì)傳統(tǒng)的控制和調(diào)度方法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。先進(jìn)制造技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)作為一個(gè)專(zhuān)有名詞的提出始于20世紀(jì)80年代末期的美國(guó)，這個(gè)概念一經(jīng)提出立即獲得世界各國(guó)的積極響應(yīng)，將制造技術(shù)的研究推向新的高潮。包括機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)以及它們所依賴(lài)的控制軟件會(huì)給現(xiàn)代企業(yè)帶來(lái)重大的沖擊。
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是適應(yīng)規(guī)模生產(chǎn)的，它的層次控制適合于在穩(wěn)定狀態(tài)下的批量生產(chǎn)，可以通過(guò)批量規(guī)模以及標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)節(jié)約硬件成本。因此，每一個(gè)制造系統(tǒng)都有自己固定的軟硬件結(jié)構(gòu)，但是它的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，那就是無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化環(huán)境下的小批量生產(chǎn)。為了解決當(dāng)前日益復(fù)雜的制造業(yè)面臨的問(wèn)題，繼柔性制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、精良生產(chǎn)及并行工程之后，各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界及科技界紛紛研究和探索 “下一代制造系統(tǒng)”或者 “21世紀(jì)的制造模式”。許多企業(yè)正在采用先進(jìn)制造技術(shù)，以提高自己的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使得企業(yè)能夠在國(guó)內(nèi)外激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境下生存和發(fā)展。1994年，我國(guó)國(guó)家科委組織的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)選擇研究組提出了國(guó)家四大關(guān)鍵技術(shù)，AMT便是其中之一。
柔性制造系統(tǒng)FMS
柔性制造系統(tǒng)是60年代后期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造系統(tǒng)，關(guān)于柔性制造的定義很多，但是一直未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。柔性生產(chǎn)主要依靠有高度柔性的制造設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)。它的優(yōu)勢(shì)是明顯的：如增強(qiáng)制造企業(yè)的靈活性和應(yīng)變能力、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高設(shè)備使用效率和員工勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量等。
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS
CIMS將制造系統(tǒng)中的各種自動(dòng)化孤島用計(jì)算機(jī)進(jìn)行有機(jī)的集成，使制造系統(tǒng)適合于多品種，中小批量的生產(chǎn)，提高制造系統(tǒng)的總體效益。
精益生產(chǎn)系統(tǒng)LPS
精益生產(chǎn)是美國(guó)麻省理工學(xué)院根據(jù)其在INVP(International Motor Vehicle Program)的研究中對(duì)日本豐田生產(chǎn)方式的總結(jié)，于1990年提出的制造生產(chǎn)模式。精益生產(chǎn)的原則是：團(tuán)隊(duì)作業(yè)，交流，有效利用資源并消滅一切浪費(fèi)，不斷改進(jìn)及改善。精益生產(chǎn)追求的目標(biāo)是大幅度降低勞動(dòng)力需求、占地面積、投資、工程時(shí)間及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。
智能制造系統(tǒng)IMS
智能制造是指應(yīng)用智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式，是在制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性和高度集成的方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，并對(duì)人類(lèi)專(zhuān)家的制造智能進(jìn)行收集、存貯、完善、共享、繼承和發(fā)展。
敏捷制造系統(tǒng)AMS
敏捷制造是美國(guó)Lehigh大學(xué)和美國(guó)通用汽車(chē)公司在1998年首次提出的。它強(qiáng)調(diào)的是一種新的企業(yè)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中每一個(gè)公司都能開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品和實(shí)施自己的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略。構(gòu)成這個(gè)結(jié)構(gòu)的基石是三種基本資源：有創(chuàng)新精神的管理結(jié)構(gòu)和組織：有技術(shù)、有知識(shí)的高素質(zhì)人員；先進(jìn)制造技術(shù)。敏捷源于這三種制造資源的有效集成。
全能制造系統(tǒng)HMS
HMS由若干個(gè)全能體（Holon）組成，每一個(gè)全能體是一個(gè)既獨(dú)立又協(xié)作的完整的個(gè)體，且在每個(gè)個(gè)體中都含有整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)值和目的、每個(gè)全能體可以互相轉(zhuǎn)換、傳送、存儲(chǔ)和確認(rèn)信息及物理對(duì)象。一般來(lái)說(shuō)，全能體既包含信息處理部分，也包含物理處理部分，同時(shí)也可以是另一全能體的特殊條件。
虛擬制造系統(tǒng)VMS
VMS是多學(xué)科先進(jìn)制造技術(shù)的綜合應(yīng)用。其本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)、產(chǎn)品建模技術(shù)、人工智能技術(shù)、并行工程技術(shù)、分布式智能協(xié)同求解技術(shù)等為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、制造等過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)地、并行地模擬產(chǎn)品未來(lái)制造全過(guò)程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等。從而更有效地、靈活地組織生產(chǎn)，使工廠與車(chē)間的設(shè)計(jì)與布局更為合理，以達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本的最小化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化，生產(chǎn)效率的最高化。
高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)
通過(guò)對(duì)柔性生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造的比較、綜合和創(chuàng)新，我國(guó)學(xué)者也提出了“高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)”的概念。高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)是指，全面吸收精益生產(chǎn)、敏捷制造和柔性生產(chǎn)的精髓，包含了全面質(zhì)量管理、準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)等現(xiàn)代管理的經(jīng)驗(yàn)，而將這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的資源集成為一個(gè)獨(dú)特的管理環(huán)境和生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)，其主導(dǎo)思想是 “對(duì)市場(chǎng)的快速靈活反映”和“制造資（未完，下一頁(yè)）
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