淺析自動化制造系統(tǒng)的組成及其發(fā)展意義

王浩　方方強(qiáng)　徐華

摘要：自動化制造系統(tǒng)可以在較少的人工干預(yù)下，將原材料加工成零件并組裝成產(chǎn)品，在加工過程中和裝配過程中，所以得操作都是自動化的。自工業(yè)革命以來，自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速，本文通過大量搜集文獻(xiàn)資料，從企業(yè)角度對自動化制造系統(tǒng)的組成和發(fā)展意義作出簡要分析。

關(guān)鍵詞：自動化；制造；發(fā)展意義

引言

自工業(yè)革命以來，自動化制造就一直是人類在長期的生產(chǎn)活動中不斷追求的主要目標(biāo)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動化制造的水平也越來越高。采用自動化制造技術(shù)不僅可以大幅度降低操作者的勞動強(qiáng)度，而它還可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高制造系統(tǒng)響應(yīng)市場變化的能力，進(jìn)而提升企業(yè)的市場競爭能力。可以確信，自動化制造是未來的制造業(yè)發(fā)展方向。

1發(fā)展現(xiàn)狀

自動化制造系統(tǒng)（Automatic Manufacturing System，AMS），是由一定范圍的被加工對象、一定的制造柔性、一定的自動化水平的各種設(shè)備和高素質(zhì)的人組成的一個有機(jī)整體。自動化制造系統(tǒng)接受外部信息、人員、資金、配套設(shè)備和原材料等作為輸入，在人和計算機(jī)控制系統(tǒng)的共同作用下，實現(xiàn)一定程度的柔性自動化制造，最后輸出成品、文檔資料、廢料和對環(huán)境的污染。

自從18世紀(jì)工業(yè)革命以來，自動化制造技術(shù)大約經(jīng)歷了4個發(fā)展階段：第一階段，從1870年到1950年左右，純機(jī)械控制和電液控制的剛性自動化加工單機(jī)及系統(tǒng)得到長足發(fā)展；第二階段，從1952年到1965年左右，數(shù)控技術(shù)，特別是單機(jī)數(shù)控得到飛速發(fā)展；第三階段，從1967年到20世紀(jì)80年代中期，以數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性自動化制造系統(tǒng)，得到飛速發(fā)展；第四階段，從20世紀(jì)80年代至今，制造自動化系統(tǒng)的主要發(fā)展是計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），它被認(rèn)為是21世紀(jì)制造業(yè)的新模式。CIMS技術(shù)是集管理、技術(shù)、質(zhì)量保證和制造自動化為一體的廣義自動化制造系統(tǒng)。從20世紀(jì)90年代以來，提出以人為中心的CIMS思想，并將并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造和企業(yè)重組的新思想、新模式引入，形成第二代CIMS概念，奠定了自動化制造發(fā)展的新局面。

2自動化制造系統(tǒng)的內(nèi)容

2.1自動化制造系統(tǒng)組成部分

自動化制造系統(tǒng)具有5個典型組成部分，即具有一定技術(shù)水平和決策能力的人，一定范圍的被加工對象，信息流及控制系統(tǒng)，能量流及控制系統(tǒng)，物料流及物料處理系統(tǒng)。現(xiàn)代自動化制造系統(tǒng)是充分發(fā)揮人的作用的人機(jī)一體化柔性制造系統(tǒng)，人在其中的作用不可忽略。對于自動化程度較高的制造系統(tǒng)如FMS，人的作用主要體現(xiàn)在對物料的準(zhǔn)備和對信息流的監(jiān)控上；對于自動化程度較低的制造系統(tǒng)如DNC，人的作用除了監(jiān)控外，還體現(xiàn)在參與決策和物流上。所以，自動化制造對于人反而有更高的要求，它需要具有一定技術(shù)水平和決策能力的人。另外，在加工過程中，加工對象可能是變化的，所以系統(tǒng)要能在一定范圍內(nèi)適應(yīng)被加工對象的變化。信息流控制著物流過程，也控制著產(chǎn)品的制造質(zhì)量，所以提高信息流控制系統(tǒng)的控制水平對系統(tǒng)的自動化程度、柔性程度的影響很大。除此之外，能量流用于維持系統(tǒng)運(yùn)行，也會同時帶來能量的損耗，注意能量流的優(yōu)化設(shè)計，控制能量的流動，優(yōu)化能源利用是很重要的設(shè)計工作。最后，處理好物料流和物料處理問題（物流設(shè)備選擇、布局設(shè)計等）是自動化制造系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。

2.2自動化制造系統(tǒng)分類及特點(diǎn)

不同的自動化制造系統(tǒng)有著不同的性能特點(diǎn)和不同的應(yīng)用范圍，因此需根據(jù)需要選擇不同的自動化制造系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的自動化水平和規(guī)模我們將自動化制造系統(tǒng)分為剛性自動化設(shè)備及系統(tǒng)和柔性自動化設(shè)備及系統(tǒng)。剛性自動化設(shè)備及系統(tǒng)，包括半自動化單機(jī)，自動化單機(jī)，自動化生產(chǎn)線，綜合自動化系統(tǒng)四個部分。半自動化單機(jī)除了需要人工上下料外，可以自動完成單個工藝過程的加工工作，半自動化單機(jī)是加工自動化的最低層次，因其投資小見效快的特點(diǎn)而廣泛使用于產(chǎn)品品種變化范圍較大的場合。而自動化單機(jī)較于半自動化單機(jī)的基礎(chǔ)上增加了自動上下料的功能，具有投資小、見效快的優(yōu)點(diǎn)，但是其常用于品種變化很小，通用性差。剛性自動生產(chǎn)線可以在控制系統(tǒng)下自動完成單個零件加工，其具有很高的自動化程度，統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)拍。與自動化單機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工序多，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，但是他投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，產(chǎn)品適應(yīng)范圍窄。在剛性自動化設(shè)備及系統(tǒng)中最復(fù)雜的是剛性綜合自動化系統(tǒng)，常用于產(chǎn)品單一，但工序多加工量大的零部件的自動化制造方面，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資極大，建設(shè)周期長，適用產(chǎn)品單一，但是生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強(qiáng)度低。

柔性自動化設(shè)備及系統(tǒng)，包括數(shù)控機(jī)床NC，加工中心MC，混合成組制造單元，分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC，柔性制造單元FMC，柔性制造線FML，柔性制造系統(tǒng)FMS，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)自動化程度高，可以減少機(jī)床操作人員；由于配備有質(zhì)量檢測和反饋控制裝置，零件的加工質(zhì)量很高；工序集中，可以有效減少生產(chǎn)面積；與立體倉庫配合，可以實現(xiàn)24小時無人狀態(tài)工作；可以集中作業(yè)，減少加工時間；方便和管理信息系統(tǒng)MIS或者企業(yè)資源計劃ERP、技術(shù)信息系統(tǒng)TIS、質(zhì)量信息系統(tǒng)QIS結(jié)合形成更高級的自動化制造系統(tǒng)，即為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。柔性制造系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是客觀存在的，因為這種系統(tǒng)的系統(tǒng)投資大，投資回收期長，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對操作人員要求高，系統(tǒng)可靠性不佳等等缺點(diǎn)，使得它適用于品種單一，中等批量的產(chǎn)品生產(chǎn)中。目前，柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是小型化、簡單化、可靠化。前面提到了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），CIMS是以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)信息集成和適度自動化，將企業(yè)的全部要素（人、技術(shù)、設(shè)備、經(jīng)營管理等）和全部經(jīng)營活動集成為一個有機(jī)地的整體，實現(xiàn)一人為中心的柔性化生產(chǎn)，使企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本、相關(guān)服務(wù)等方面取得整體最佳效果。其特點(diǎn)是系統(tǒng)龐大，內(nèi)容繁多，需要采用部分集成的方式，可以實現(xiàn)整個企業(yè)的信息及功能集成。

3結(jié)語

制造系統(tǒng)的自動化是科學(xué)進(jìn)步和人類發(fā)展的產(chǎn)物，是社會生產(chǎn)發(fā)展的必然方向。自動化制造系統(tǒng)的初步實現(xiàn)和發(fā)展，標(biāo)志著人類社會進(jìn)入了現(xiàn)代化文明生產(chǎn)的新紀(jì)元。自動化制造的自動化給我們帶來了許多積極意義，并對社會產(chǎn)生巨大影響。自動化制造系統(tǒng)給我們帶來巨大好處，其一，縮短產(chǎn)品制造時間和制造周期，提高了生產(chǎn)率；其二，高精度的加工設(shè)備和自薦設(shè)備避免了人員的生理心理因素對產(chǎn)品的質(zhì)量影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；其三，采用自動化制造，減少了生產(chǎn)資料投入，提高了經(jīng)濟(jì)效益，降低了勞動強(qiáng)度；其四，自動化制造系統(tǒng)中的柔性自動化制造技術(shù)使得產(chǎn)品更新很方便，增加了系統(tǒng)對產(chǎn)品的適用范圍；其五，系統(tǒng)需要配備高素質(zhì)的操作人員和配套的技術(shù)，這無形中也提高了工作人員的素質(zhì)水平，帶動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展革新。總而言之，采用自動化制造系統(tǒng)，對提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

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