制造自動化的廣義內(nèi)涵、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
| p;當(dāng)前，及時制生產(chǎn)(Just in time)、并行工程(Concurrent engineering)、精良生產(chǎn)(Lean production)、敏 捷制造(Agile manufacturing)等現(xiàn)代制造模式的提出和研究推動了制造自動化技術(shù)研究和應(yīng)用的發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn) 代制造模式應(yīng)用的需要。 例如：圍繞敏捷制造這一21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的制造模式的研究，對制造自動化系統(tǒng)中的敏捷制造問題的研究 越來越受到重視。主要問題包括敏捷制造模式下的制造自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、高效柔性制造系統(tǒng)的建模與重構(gòu)、 制造能力測量、評價與控制和制造加工過程的擬實制造等等。 2.7 底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來越活躍 如目前世界上IMS計劃中，提出了智能完備制造系統(tǒng)HMS(Holonic manufacturing system)，HMS是由智能完備 單元復(fù)合而成；其底層設(shè)備具有開放、自律、合作、適應(yīng)柔性、可靠、易集成和魯棒性好等特性。另外，目前世 界上剛剛出現(xiàn)的虛擬軸機(jī)床，變革了傳統(tǒng)機(jī)床的工作原理，其性能上有許多獨(dú)特優(yōu)勢，特別是有利于實現(xiàn)車間內(nèi) 各虛擬軸機(jī)床的控制和集成。又如快速原型制造(Rapid prototyping)是一種有利于實現(xiàn)集成制造的新技術(shù)，近年 來的研究非?；钴S。 3 制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢 近年來，制造自動化技術(shù)的研究發(fā)展迅速，其發(fā)展趨勢可用“六化”簡要描述。即制造全球化、制造敏捷 化、制造網(wǎng)絡(luò)化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。 3.1 制造全球化 制造全球化的概念出于美日歐等發(fā)達(dá)國家的智能系統(tǒng)計劃。近年來隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，制造全球化的 研究和應(yīng)用發(fā)展迅速。制造全球化包括的內(nèi)容非常廣泛，主要的有： 市場的國際化，產(chǎn)品銷售的全球網(wǎng)絡(luò)正在形成。 產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的國際合作。 產(chǎn)品制造的跨國化。 制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成，如動態(tài)聯(lián)盟公司。 制造資源的跨地區(qū)、跨國家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用。 全球制造的體系結(jié)構(gòu)將要形成。 3.2 制造敏捷化 敏捷制造是一種面向21世紀(jì)的制造戰(zhàn)略和現(xiàn)代制造模式，當(dāng)前全球范圍內(nèi)敏捷制造的研究十分活躍。敏捷制 造是對廣義制造系統(tǒng)而言。制造環(huán)境和制造過程的敏捷性問題是敏捷制造的重要組成部分。敏捷化是制造環(huán)境和 制造過程面向21世紀(jì)制造活動的必然趨勢。制造環(huán)境和制造過程的敏捷化包括的內(nèi)容很廣，如： 柔性：包括機(jī)器柔性、工藝柔性、運(yùn)行柔性和擴(kuò)展柔性等。 重構(gòu)能力：能實現(xiàn)快速重組重構(gòu)，增強(qiáng)對新產(chǎn)品開發(fā)的快速響應(yīng)能力。 快速化的集成制造工藝：如快速原型制造RPM，是一種CAD/CAM的集成工藝。 …… 3.3 制造網(wǎng)絡(luò)化 當(dāng)前由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是Internet/Intranet技術(shù)的迅速發(fā)展，正在給企業(yè)制造活動帶來新的變革，其影響的 深度、廣度和發(fā)展速度往往遠(yuǎn)超過人們的預(yù)測。正如1997年10月在新加坡召開的第四屆國際CIM大會上，大會主席 Robert Gay博士指出：“自1995年的第三屆國際CIM大會以來，基于Internet的生產(chǎn)經(jīng)營活動是出人意料地迅猛增 長［7］”。又如美國《Manufacturing Engineering》雜志高級編輯Jean V.Owin最近專門撰文論述了基于 Internet的制造的重大意義和應(yīng)用情況［8］。 基于網(wǎng)絡(luò)的制造，包括以下幾個方面： (1) 制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造過程的集成。 (2) 制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)中工程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集 成。 (3) 企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與優(yōu)化利用。 (4) 通過網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)異地制造。 總之，制造的網(wǎng)絡(luò)化，特別是基于Internet/Intranet的制造已成為重要的發(fā)展趨勢。 3.4 制造虛擬化 制造虛擬化主要指虛擬制造，又稱擬實制造。 虛擬制造(Virtual manufacturing)是以制造技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集現(xiàn) 代制造工藝、計算機(jī)圖形學(xué)、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種高新技術(shù)為一體，由多學(xué) 科知識形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)。它將現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程通過建立系統(tǒng)模型映射到計算機(jī)及其相關(guān)技術(shù) 所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程的一切活動和產(chǎn)品制造全過程，并對產(chǎn)品制 造及制造系統(tǒng)的行為進(jìn)行預(yù)測和評價。 虛擬制造的研究正越來越受到重視。如：美國政府制定的TEAM(敏捷制造使能計劃)包括5個重點(diǎn)研究領(lǐng)域，虛 擬制造是其中之一。虛擬制造是實現(xiàn)敏捷制造的重要關(guān)鍵技術(shù)，對未來制造業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要；同時虛擬制造將 在今后發(fā)展成為很大的軟件產(chǎn)業(yè)，我們應(yīng)充分注意到這個發(fā)展趨勢。 3.5 制造智能化 智能制造將是未來制造自動化發(fā)展的重要方向。 所謂智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智 能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。智能制造技術(shù)的宗旨在于通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò) 大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，以實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。 有人預(yù)言下一世紀(jì)的制造工業(yè)將由兩個“I”來標(biāo)識，即Integration(集成)和Intelligence(智能)。 3.6 制造綠色化 環(huán)境、資源、人口是當(dāng)今人類社會面臨的三大主要問題。特別是環(huán)境問題，其惡化程度與日劇增，正在對人 類社會的生存與發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。近年來的研究和實踐使人們認(rèn)識到環(huán)境問題決非是孤立存在的，它和資源、 人口兩問題有著根本性的內(nèi)在聯(lián)系。特別是資源問題，它不僅涉及人類世界有限的資源如何利用，而且它又是產(chǎn) 生環(huán)境問題的主要根源。于時，近年來，一個新的概念已經(jīng)提出：最有效地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物， 是當(dāng)前世界上環(huán)境問題的治本之道。 制造業(yè)量大面廣，對環(huán)境的總體影響很大?？梢哉f，制造業(yè)一方面是創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)，但同時又是 當(dāng)前環(huán)境污染的主要源頭。有鑒于此，如何使制造業(yè)盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染是當(dāng)前環(huán)境問題研究的一個重要方 面。于是一個新概念——綠色制造(Green manufacturing)［10］由此產(chǎn)生。 綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運(yùn) 輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響(負(fù)作用)最小，資源效率最高。綠色制造是可持續(xù)發(fā) 展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)，或者說綠色制造是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。 綠色制造涉及的面很廣［11］，涉及到產(chǎn)品的整個生命周期和多生命周期。對制造環(huán)境和制造過程而言，綠 色制造主要涉及到資源的優(yōu)化利用、清潔生產(chǎn)和廢棄物的最少化及綜合利用。綠色制造是目前和將來制造自動化 系統(tǒng)應(yīng)該予以充分考慮的一個重大問題。 4 結(jié)論 制造自動化是一個動態(tài)概念，有著十分廣泛和深刻的內(nèi)涵。目前制造自動化技術(shù)的研究非?；钴S，主要表現(xiàn) 在制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)、人機(jī)一體化制造系統(tǒng)、制造單元技術(shù)、制造過程的計劃和調(diào)度、柔性制造 技術(shù)和適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究方面。制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢可用“六化”簡要描述，即制造全 球化、制造敏捷化、制造網(wǎng)絡(luò)化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。 |
