柔性制造系统范文

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[关键词]柔性制造系统(FMS) 组成 优势 发展方向

70年代末80年代初,随着计算机辅助管理、物料自动搬运、刀具管理和计算机网络、数据库的发展以及CAD/CAM技术、成组技术(GT)、工业机器人等技术的成熟,更加系统化、规模化的柔性制造系统(FMS)就出现了。

所谓FMS,是一组数控机床和其他自动化的工艺设备,由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)。下面就柔性制造系统的组成、分类、优势及发展趋势进行阐述。

一、柔性制造系统(FMS)的组成

1.加工系统

柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定,主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等,用以自动地完成多种工序的加工。

2.物料系统

物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作,包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。

3.计算机控制系统

计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息,输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级(设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统,其中单元级控制系统(单元控制器)是柔性制造系统的核心。

4.系统软件

系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作,包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。

二、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元(FMC)

FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC的柔性最高。

2.柔性制造线(FML)

柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线,对物料系统的柔性要求低于FMS,但生产效率更高。

3.柔性制造系统(FMS)

FMS通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。

三、柔性制造系统的优势

1.设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度,一旦有机床空闲,计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下,采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3倍。

2.减少生产周期。由于零件集中在加工中心上加工,减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。

3.具有维持生产的能力。当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时,计算机可以绕过出现故障的机床,使生产得以继续。

4.生产具有柔性。可以响应生产变化的需求,当市场需求或设计发生变化时,在FMS的设计能力内,不需要系统硬件结构的变化,系统具有制造不同产品的柔性。并且,对于临时需要的备用零件可以随时混合生产,而不影响FMS的正常生产。

5.产品质量高。FMS减少了卡具和机床的数量,并且卡具与机床匹配得当,从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题,并采取相应的有效措施,保证了产品的质量。

6.加工成本低。FMS的生产批量在相当大的范围内变化,其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外,其他各项指标均优于常规的生产方案。

四、FMS发展方向

1.FMS仍将迅速发展

FMS在20世纪80年代末就已进入了实用阶段,技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益,因此随着国际竞争的加剧,无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。

从机械制造行业来看,现在FMS不仅能完成机械加工,而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看,现在FMS已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船等,还可用于计算机、半导体、木制产品、化工等产品生产。从生产批量来看,FMS已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。

随着计算机集成制造技术和系统(CIMS)日渐成为制造业的热点,很多专家学者纷纷预言CIMS是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS的重要组成部分,必然会随着CIMS的发展而发展。

2.FMS系统性能不断提高

构成FMS的各项技术,如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展,毫无疑问会大大提高FMS系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术,并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心,高效万能车削中心等用于FMS系统,大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系统性能。AVG小车以及自动存储、提取系统的发展和应用,为FMS提供了更加可靠的物流运储方法,同时也能缩短生产周期,提高生产率。刀具管理技术的迅速发展,为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率,降低刀具费用,消除人为错误,提高产品质量,延长无人操作时间。

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【关键词】柔性制造系统现状发展趋势

中图分类号：S219.06 文献标识码：A 文章编号：

柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，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调整，适用于多品种、中小批量生产。其总趋势是：生产线越来越短，越来越简洁，设备投资越来越少；中间库存越来越少，场地利用率越来越高；生产周期越来越短，交货速度越来越快；各类损耗越来越少，效率越来越高。

一、柔性制造系统的现状

1、柔性制造系统的特点和分类

FMS 有2 个主要特点：柔性和自动化。一个理想的FMS应具备8 种柔性：设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量柔性、扩展柔性和生产柔性。FMS将“柔性”和“自动”两者结合。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。

2、柔性制造系统优势

柔性制造系统作为一种新兴的制造方式和传统的制造方式比有明显的优势。

(1)生产周期减少。由于零件集中在加工中心上加工，减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。

(2)设备利用率高。由于采用计算机对生产进行调度，一旦有机床空闲，计算机便分配给该机床加工任务。在典型情况下，采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的3 倍。

(3)生产具有柔性。当市场需求或设计发生变化时，在FMS 的设计能力内，不需要系统硬件结构的变化，系统具有制造不同产品的柔性。并且，对于临时需要的备用零件可以随时混合生产，而不影响FMS 的正常生产。

(4)加工成本低。FMS 的生产批量在相当大的范围内变化，其生产成本是最低的。它除了一次性投资费用较高外，其他各项指标均优于常规的生产方案。

(5)产品质量高。FMS 减少了卡具和机床的数量，并且卡具与机床匹配得当，从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题，并采取相应的有效措施，保证了产品的质量。

二、柔性制造系统的发展趋势

1、 FMS 仍将迅速发展

FMS 在20 世纪80 年代末就已进入了实用阶段, 技术已比较成熟。由于它在解决多品种、中小批量生产上比传统的加工技术有明显的经济效益, 因此随着国际竞争的加剧, 无论发达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术。

FMS 初期只是用于非回转体类零件的箱体类零件机械加工, 通常用来完成钻、镗、铣及攻丝等工序。后来随着FMS 技术的发展, FMS 不仅能完成其他非回转体类零件的加工, 还可完成回转体零件的车削、磨削、齿轮加工, 甚至于拉削等工序。

从机械制造行业来看, 现在FMS 不仅能完成机械加工, 而且还能完成钣金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制等工作。从整个制造业所生产的产品看, 现在FMS 已不再局限于汽车、车床、飞机、坦克、火炮、舰船, 还可用于计算机、半导体、木制产品、服装、食品以及医药品和化工等产品生产。从生产批量来看.FMS 已从中小批量应用向单件和大批量生产方向发展。有关研究表明, 凡是可采用数控和计算机控制的工序均可由FMS 完成。

随着计算机集成制造技术和系统( CIMS) 日渐成为制造业的热点, 很多专家学者纷纷预言CIMS 是制造业发展的必然趋势。柔性制造系统作为CIMS 的重要组成部分, 必然会随着CIMS 的发展而发展。

2、FMS 系统配置朝FMC 的方向发展

柔性制造单元FMC 和FMS 一样, 都能够满足多品种、小批量的柔性制造需要, 但FMC 具有自己的优点。

首先, FMC 的规模小, 投资少, 技术综合性和复杂性低, 规划、设计、论证和运行相对简单, 易于实现, 风险小, 而且易于扩展, 是向高级大型FMS 发展的重要阶梯。因此, 采用由FMC 到FMS 的规划, 既可以减少一次投入的资金, 使企业易于承受, 又可以减小风险,易于成功, 一旦成功就可以获得效益, 为下一步扩展提供资金, 同时也能培养人才、积累经验, 便于掌握FMS的复杂技术, 使FMS 的实施更加稳妥。

其次, 现在的FMC 已不再是简单或初级FMS 的代名词, FMC 不仅可以具有FMS 所具有的加工、制造、运储、控制、协调功能, 还可以具有监控、通讯、仿真、生产调度管理以至于人工智能等功能, 在某一具体类型的加工中可以获得更大的柔性, 提高生产率, 增加产量, 改进产品质量。

3、FMS 系统性能不断提高

构成FMS 的各项技术, 如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展, 毫无疑问会大大提高FMS 系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术, 并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式镗铣加工中心, 高效万能车削中心等用于FMS 系统, 大大提高了FMS 的加工能力和柔性, 提高了FMS 的系统性能。AGV 小车以及自动存储、提取系统的发展和应用, 为FMS 提供了更加可靠的物流运储方法, 同时也能缩短生产周期, 提高生产率。刀具管理技术的迅速发展, 为及时而准确地为机床提供适用刀具提供了保证。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率, 降低刀具费用, 消除人为错误, 提高产品质量, 延长无人操作时间。

4、从CIMS 的高度考虑FMS 规划设计

尽管FMS 本身是把加工、运储、控制、检测等硬件集成在一起, 构成一个完整的系统。但从一个工厂的角度来讲,它还只是一部分, 不能设计出新的产品或设计速度慢,再强的加工能力也无用武之地。总之, 只有站在工厂全面现代化的高度、站在CIMS 的高度分析, 考虑FMS的各种问题并根据CIMS 的总体考虑进行FMS 的规划设计, 才能充分发挥FMS 的作用, 使整个工厂获得最大效益, 提高它在市场中的竞争能力。

参考文献：

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1 柔性制造系统的理念

柔性制造系统是把信息技术、数字技术和制造技术相结合，使加工的对象能够适应自由变化的模式，也被叫做自动化机械制造系统。这种系统主要是以技术为基础的，根据企业的生产计划进行整个生产流程的自由调换，大部件和小的零件的生产同步进行，这样的生产模式节约了时间，让生产更加的高效，提高企业的生产效率，节约了生产上的成本，这种技术值得推广。

柔性生产系统包括四个生产线，有焊接、加工、热处理和装配。大型机械产品在制作时需要把小的零部件进行焊接，在焊接时要进行部件的加工处理，使部件之间可以进行安装，有一些还需要进行热处理才能进行安装，这就是机械安装的简单流程，但是在实际操作中是非常困难的，机械设备是由很多个部件组成的，在安装时要进行的处理步骤比较多，因此柔性生产系统的应用是非常关键的。柔性制造系统采用分级管理的方式进行，每一个加工过程都是不一样的，以下是对焊接柔性制造技术在生产中的应用进行解析。

2 焊接柔性制造系统

焊接柔性制造系统使用了生产系统和物流储运系统，运用这两种技术软件进行控制系统，现在系统的应用是通过管理平台进行的，焊接柔性制造技术是整个柔性制造系统的关键，是重点系统，主要的流程是：先进行一次组队，在进行一次爆合，进行二次组队，在进行二次爆合，这样分解组合之后由机器人进行连接，机器人连接完整之后用焊接技术进行补充缝隙，把松的地方进行碾压，要保证机器的紧实度，这样的机器才能够使用长久，使用寿命上不用担心过短。从整体上地分析这种方法会使物流顺畅，少走弯路，全部自动化，减少车辆的使用，调高了搬运的效率。

这种系统在使用时比较灵活，其中灵活体现在自动化和柔性化上面，工具的组合柔性好，使用自动化，脱离人工的组装让机器人进行全程的加工，这种作业模式才是先进的工程制造技术。

3 柔性组合工装和控制系统

3.1 柔性组合工装

柔性组合工装是由平台、定位、缩进、调整和匹配装置构成的，通过平台进行机械的制造，安装位置的确定在安装完成时进行的调整都是在平台上面进行的，在平台上把柔性组合工装全部完成，这种方法让部件的组装和拆卸更加的方便，尺寸也能进行调整，定位也比较快，这种方法大大地提高了生产效率减少了劳动的工作强度。

3.2 控制系统

控制系统采用先进的可视化工作界面，运行稳定，通过程序控制系统内各轴，包括本体和各外部轴。机器人本体、移动装置及变位机具有协调联动功能，可实现比较复杂的运动，达到焊接姿态最佳的目的。PLC与机器人之间采用Profibus-DP通信方式进行信号交换，实现PLC对机器人的控制；机器人与弧焊机控制器之间采用Devicenet通信方式进行数据交换，实现了机器人对弧焊机的控制及弧焊机参数的设置。当操作人员按下工件装夹完成按钮后，PLC程序自动通过电磁阀和传感器对伺服电机进行控制使变位机旋转到工件最佳施焊位置，随后依据选择的工件类型，向机器人控制器发送程序选择和工件到位信号，机器人依据信号对工件进行焊接，焊接完毕后，机器人回到原点。

4 柔性制造系统的发展方向

由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及板材加工乃至铸、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。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。FMS获得迅猛发展几乎成了生产自动化之热点，一方面是由于单项技术、资源管理及高度技术等的发展提供了可供集成一个整体系统的技术基础；另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展。提高企业对市场需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式。近年来柔性制造系统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。

5 柔性制造系统的优点

柔性制造系统具体优点如下：（1）设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。（2）在制品减少80%左右。（3）生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。（4）产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。（5）运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。（6）经济效果显著。采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生”；提高产品质量的一致性。

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关键词：监测系统；远程控制

中图分类号： 文献标识码：A

0 引言

进入21世纪以来，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对一些重要行业（IT、汽车、轻功、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，而这些行业所需装备的数字化已是现展的大趋势。工业机器人柔性制造单元监测系统的开发，实现了柔性制造过程中的机床信息的采集和显示。通过开发计算机软件系统对柔性单元的数控和计算机等设备进行监测，获取生产过程信息。本文介绍了基于计算机系统下的监测系统的开发，分别从总体设计、系统开发、设计原理多角度进行阐述。

1.总体设计

1.1 基于PC机和机器人及数控机床通信技术

以现有数控机床和工业机器人通讯设备为平台，研究通用以太网通信、串口通信和第三方通信协议和硬件的可行性，最终确通信方法，以减低硬件投入，增强数据通讯能力。

1.2 工业机器人和数控机床关键运行数据的提取和处理技术

对数控机床研究数控系统典型的数据如操作方式数据、程序运行状态数据、主轴数据、进给数据、轴坐标和轴负载等数据的提取技术

1.3 基于PC机的监测软件架构与开发

研究基于C#、VB和.NET等高级语言对整个系统进行架构，开发实用有效的监测软件系统，可实时监视生产现场的情况，为后续的控制提供数据保障，有助于缩短工厂生产的准备时间和提高产品质量，这样的软件更加体现专业性和易用性。

2.系统开发

2.1 通信线路的建立

数控车床网络监测系统的开发工具为C#、SQL SERVER数据库。为了应用程序的正常应用，需将FOCAS2库函数Fwlib32.dll、Fwlibe1.dll、Fwlib32.lib及头文件Fwlib32.h复制到工程文件夹中。并调用语句 short ret = cnc_allclibhndl3（“192.168.1.1”，8193，10，out Flibhndl）来建立通讯线路，正常时将返回0（0=EW_OK）。其中192.168.1.2为机床IP地址，8193为端口号。设置时PC侧的IP地址前三位（192.168.1.x）需与机床相同，从而实现机床与PC之间的通讯。

2.2 数据参数的提取

建立PC与CNC的以太网连接后，使用Visual Studio 2015软件，引用FOCAS2函数库进行程序编写。现在以读绝对轴位置（Read absolute axis position）为例：ret = c_absolute（Flibhndl， -1， 16， odbaxis）（先读取刀具轴的位置）；string absoluteX = odbaxis.data[0].ToString（）（后将XYZ轴3个值分别赋值给absoluteX、absoluteY、absoluteZ）。生成工程文件，获取坐标信息。除此之外，PMC数据、主轴转速、进给率等都是需被提取的重要参数。

2.3 应用程序用户界面的设计

图1是应用程序界面设计中重要的组成部分。其所能记录的数据有电流、转速、进给率、坐标、温度等。以上都是有关监测软件对于数据记录的要求。

在机床加工过程中，状态监测的应用性研究的基础是分析这些过程数据的变化规律和特点，因此需要对监测的过程数据详细记下来，供后续的研究分析。

本软件的数据库功能的开发是基于Access数据库实现的。机床加工过程中参数监测的研究。

3 结束语

现在是信息时代、底只时代，各种系统应用软件层出不穷，作为一名电气自动化的学生，应用系统控制技术进行相关产品设计是一个对理论知识的拓展和深层认识、将实践理论相结合的完美过程。通过应用软件能够给人们监测机床带来极大的方便，更节省了时间。本文由整体到分散部分详细而具体的对系统进行分析，完善对机床的监测，通过远程电脑便可控制改变传统的状况。但程序的完全智能化发展还需要以科技为支撑，依靠广大专业性技术人员以及设备资金投入，才能为人们的生活带来更大的便利。

参考文献：

[1] 储晓承，叶文华.开放式 CNC 机床加工过程状态监测技术研究[J].机械，2011.1（11）：43-44.

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    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。

    1 基本概念

    1 1 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。

    1 2 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)

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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。

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。

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引言

制造技术是当前社会以及未来社会发展的基本技能，是一个国家走向富强的关键，先进制造技术的提出源于美国，其为了提高国民经济增长与制造业的市场竞争力，研发了以计算机技术为核心，结合传统制造技术与现代信息技术演变而成的先进制造技术，它的运用，使得制造技术实现了优质、敏捷、低耗等优秀特点，并使得经济效益明显提高，像日韩这类发达国家，九十依靠着先进制造技术，维持着国民经济的平稳增长，而我国虽然作为制造大国，但是由于受到技术水平等方面的诸多限制，导致其进展缓慢，在学科间不断互相渗透的今天，如何加快先进制造技术的发展，成为了当下国人所要思考的主要问题。

一、先进制造特点介绍

1、先进制造技术内涵

制造技术自人来诞生以来就已经出现简单的雏形，期初由于对自然的认知不够，所以都是简单的手工生产模式，而在不断的演变中，随着学科间的不断相互渗透，使得制造技术逐渐摆脱了传统的手工为主生产模式，逐渐形成了以机械为主的可以实现产品量化生产的现代化先进制造技术。自第一次工业革命之后，各行业开始逐渐形成了自动流水生产线，从而开启了量化生产的大门，我们现在所使用的电脑、冰箱、汽车等很多东西，都是运用这种模式生产的。然而由于产品的单一性使其不能满足不同用户的需求，因此，人们又开始着手研发微机数控系统，柔性制造单元，柔性制造生产线等，较传统的制造而言，先进制造技术更加重视技术和管理的统一，重视制造过程中管理者组织和管理体制的合理性。

2、先进制造技术特征分析

先进制造技术具有先进性、系统性、集成性等特征，以以往的制造技术不同，先进性是其一个重要的特征，它是优化先进工艺，并与新技术结合，实现局部或系统的集成。并且针对不同的市场需求，具有一定的灵活性。另外，其具有一定的系统性，是在生产过程中形成的能量流、物质流和信息流等的系统工程，当然，还有集成性特征，它是将机械、电子、信息、材料和管理技术等融合一体的新兴交叉学科。

二、先进制造技术中关键技术

1、现代设计方法

现代设计方法是基于先进制造技术的基础上发展的，传统的设计方法，在加工过程中，存在切削力过大、刀具磨损严重等问题，且对技术人员的要求也非常的高，并难以保证产品质量，而现代设计方法运用了优化设计、人机工程设计、计算机辅助设计、工业产品造型设计等，使这些问题得到了妥善的解决，通过对刀具几何角度、切割方法进行分析，进行系统优化，灵活运用数控切削中螺纹加工循环指令等，发开新的加工方法，实现数控机床的二次发展。

2、先进制造工艺技术

先进制造工艺技术，是通过对各类零件特征分析，编制适合于不同零件的数控加工程序，并将其储存在PC机中，在数控机床加工时，通过输入对应的零件特征，生成适合于加工的该零件的程序。它在粗加工过程中可以提高生产效率，在细加工过程中，可以提高产品的精度，是实现优质、低耗生产的基础。

3、制造自动化技术

自动化技术与信息论、控制论、系统工程、计算机技术等技术都有着密不可分的关系，是一门综合性技术，且是一个动态概念，在工业发达的国家里，为了实现柔性自动化、知识智能化、集成化，因此在生产中主要采用数控机床、加工中心、柔性制造单元、计算机集成制造系统等，它的发展，大大降低了企业的生产成本，解放了劳动生产力，对推动制造企业发展有着巨大的作用。

三、先进制造技术在生产中的应用分析

1、柔性制造系统

柔性制造系统主要是由物料储运系统、信息控制系统和一组数字控制加工设备组成，是依靠计算机为基础，实行管理与控制的高度自动化加工系统，是可以运用于不同种类零件加工的机械自动化制造系统，主要包含柔性自动生产线、柔性制造单元、柔性制造系统三类系统，它的应用，提高了神杯利用率，使生产能力相对平稳、产品的质量提升等诸多优势。

2、虚拟制造技术

虚拟制造技术是在仿真技术、虚拟现实的基础上，对产品的设计、生产过程统一建模，从而在计算机上实现整个生产过程的模拟和仿真。它的应用大体分为四种，即虚拟企业、虚拟产品设计、虚拟产品制造和虚拟生产过程，它的应用，提高了生产过程开发效率，优化资源的利用，缩短生产周期，并可对产品按客户需求做出一定的更改。

结束语

终上所述，大力发展先进制造技术，对于推行我国工业化建设具有深远的意义，是提高我国工业化水平的重要手段，是提高我国国民经济的必要途径。

参考文献

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关键词：班组；能力提升；模型分析

能力提升是企业深化改革、转型发展的永恒主题。机械加工班组作为机械加工制造具体工作的执行者，作为制造企业组织生产经营活动的基本单位和最基层组织，其生产能力和管理水平高低不仅是企业优劣形象的体现，也是衡量企业素质及管理水平高低的重要标志，同时也直接影响企业生产决策的实施，影响着企业目标利润的最终实现。航天企业担负着不断探索太空未知领域和国防建设的神圣使命，高技术、高精度、高可靠性以及高安全性产品是企业的终生追求，为此，全面提升机械加工班组生产能力和管理水平是确保企业按时高质量交付产品的重要保证，是新时期企业增强市场竞争力、加快“战略转型、改革创新”的坚实基础。从机械加工班组能力提升专题调研统计结果看，部分班组管理仅停留在班组人员调动和生产排班上，没有发挥班组管理的领导和示范作用，现有制度执行不力、组员综合素质不强、解决生产中实际问题方法不多、承接繁重科研生产任务勇气不足，很大程度上是班组成员能力低下，不能适应一流企业一流生产能力的新要求，如何提升每个班组成员在“精益生产、安全生产、创新生产”以及生产班组在“现场管理、人文管理、基础管理”方面全面提升综合能力是我们目前迫切需要研究的课题。

一、模型建立分析

（一）精密机械加工班组能力提升的三支柱模型

以杨国安的组织能力三角模型（以下简称杨三角模型）为基础，通过加以改进为精密机械加工班组能力提升模型，模型正视图如图1。这个三支柱模型比杨三角模型更为清晰直观，通过运用组织能力的三支柱模型来打造精密机械加工班组能力。该模型的三根支柱即杨三角模型的三个角，而地基是构成支柱的基石，也即管理工具和方法。三个支柱原则上一样强，相互匹配，又相互影响、相互作用，促使精密机械加工生产班组能力提升成功。精密机械加工班组生产能力提升成功方程式：精密机械加工班组能力提升成功=班组成员能力*机器设备能力*环境优化能力，精密机械加工班组能力提升模型俯视图如图2.构成班组能力三支柱模型的基石是能力评估、课程设计、专题培训、柔性制造系统、“7S”管理、完善制度和文化落地等工具，三支柱分别是班组成员能力提升、班组设备升级、班组生产环境和人文环境改善，它强调以班组成员能力提升为内核，配合设备升级和环境改善，共同提升班组能力，突出了“人”与“机器设备”、“环境”的协调和适应，更强化了班组组织能力提升理论的可操作性。这三个要素在实践中是影响班组能力提升的最关键内因，三支柱模型也满足了精密机械加工班组发展需要的各类条件，更契合了以用户为导向的科研生产管理体系的要求。

（二）班组成员能力提升策略

从针对调研结果进行统计分析的基础上，确定机械加工生产班组成员能力提升引入十个要素，十个要素分别为“生产能力评量、执行能力评量、创新能力评量、现场管理力评量、资讯收集力评量、人际沟通力评量、服务导向力评量、压力承受力评量、团队合作力评量、互助培养力评量”。根据要素对生产班组能力影响程度确定要素权重，对生产班组成员能力进行评估测评。首先进行量化评估，量化提升分值，确定提升方案，实施方案，二次反馈再评估，形成螺旋式上升闭环控制能力提升系统。班组成员能力螺旋式上升闭环控制系统流程图，如图3。综合提升分值=∑要素权重*[理论预期分值-（自评分值*40%+考核分值*60%）]针对综合提升分值，有针对性进行班组成员能力提升培训课程设计，培训形式采用“体验式活动、案例谈论、团队活动、游戏、影片、测试、专家授课”等环节，开展专题培训，培训结束后，再评估，将评估结果二次反馈，重新制定提升实施计划。

（三）精密机械加工制造系统自动化策略

近年来，精密机械制造加工班组使用的设备已经由普通机床向单机自动化和局部自动化转变，随着计算机科学的进一步发展，以刚性自动化为基础的精密机械加工制造系统不能适应多品种、中小批量产品的市场竞争和型号任务配套高精度需求，只有以计算机技术和柔性制造技术结合的柔性制造系统（FMS--FlexibleManufacturingSystems）才能适应这一要求。为此，在提高班组成员综合素质和能力的同时，探索提高精密机械加工制造系统柔性和加工精度的自动化策略已经成为提升机械加工班组生产能力的一个关键要素。西欧和美国的工业统计表明，机械产品生产中单件、中小批生产零件占90%，大批大量生产仅占10%左右；机床在多品种、中小批量生产中，用于加工工件的时间仅占机床全年可利用时间的6%；工件整个制造加工中在机床上加工的时间仅占5%。这些分析表明升级现有刚性自动化机械加工系统，引入柔性制造单元或柔性制造系统使生产班组存在提高生产率的巨大潜力。因为柔性制造系统是借助于自动化物料传输装卸与存储和一组加工、处理、监测、计算机控制（CNC）设备或装配站组成的制造系统，有可能充分发挥工序集中的加工中心功能，减少工件在生产过程中的流动与等待时间；同时才有可能“延长”机床工作时间，提高机床的利用率，综合这两方面以便提高精密机械加工班组制造生产率。

（四）生产环境优化策略

精密机械加工班组的生产环境改善包含“硬环境”和“软环境”建设两部分。“硬环境”注重生产现场管理优化，“软环境”注重人文环境改善即管理升级、制度完善、文化落地等策略。1.以“7S”管理（Seiri整理、Seiton整顿、Seiso清扫、Seikeetsu清洁、Shitsuke素养、Safety安全、Saving节约）为工具强化“硬环境”建设，推进“现场目视化管理”，设立现场区域管理看板、研制生产进度管理看板、人员管理看板，优化现场U型化布局、促进流程改善，以满足柔性制造单元精密加工中心对环境较高要求。2．人文环境改善包含两部分班组管理和班组优秀文化培育班组管理从纵向上应注重目标管理、生产管理、质量管理、技术管理、设备管理、成本管理、资料管理七个方面制度完善和管理升级。从横向上应加强人员管理包括班组成员思想管理、素质管理。精密机械加工班组在优秀班组文化建设上更应倡导精品文化、高效文化、“三严”文化、创新文化、学习文化、关爱文化，以班组文化清晰、明确的导向力、凝聚力、辐射力、汇集班组与个人同频共振的发展动力。与此同时要将班组的文化理念和价值观融入到班组的激励机制之中，用文化为班组管理注入新的活力，用机制支撑班组文化，从而引导班组成员思想、规范班组成员行为，激发班组成员潜能，引领班组健康发展。培育精品文化是精密机械加工班组提升“软实力”的需要，以精湛的技艺，通过精细管理，在精良设备上精益生产出精尖的产品，培育出精英人才，应该是精品文化生动写照。严肃的态度、严谨的作风、严格的管理即“三严”文化是从事航天高科技事业最起码的要求。

二、模型应用分析

精密机械加工班组能力提升的三支柱模型，通过在航天四㎡一所车铣削班组实践应用，在班组能力全面提升方面得到验证并取得实质性进展。（1）班组成员能力提升，以数控车床操作工李某为例，技能等级为高级工，参加工作时间三年，“能力评估模型”测评4分，针对性为其设计“柔性制造系统原理、自动化控制概论、局域网络技术、数控机床编程技巧”等一级培训课程，培训形式采用“体验式活动、案例谈论、测试、银川小巨人车床厂专家授课”四个重要环节。重点加强了李某在操作能力和创新能力方面的欠缺，经过两个月实践环节一期跟踪，二次测评提高到7分，能力提升超过预期。（2）现代制造系统升级，四㎡一所采取引进小型化与经济性FMS即FMC(FMC—FlexibleManufacturingCell柔性制造单元)5台设备。介于单机NC机床和FMS之间，即可以未来升级FMS或自动化工厂、车间的组成模块，亦可独立使用或组合FMC使用，配备网络终端，具备自动加工与刀具破损检监测控制功能；铣削加工采用卧式加工中心配备6个自动交换托盘双交换工作台，同时培养班组成员工业工程化生产习惯，以适应航天产品单件试制与小批量生产的自动化柔性生产能力，最终实现两班有人值守加一班无人看守的高效生产模式，真正意义上实现精益生产。实践证明目前FMC的运转工作利用率是MC的1.5倍，发挥了应有的效果。日本的经验证明：完成相同任务的FMC的投资可比MC系统投资省17.34%,而应用三年获取利润则是MC的90倍以上（按三年折旧完计）。操作人员只有MC的82.67%.（3）现场环境和人文环境改善，扩建车铣削班组近1000平方米厂房，坚持科学管理原则、经济效益原则、把握生产现场管理整体性、系统性、开放性等特征，重点树立“现场也是市场”的理念，在完善班组制度的基础上通过“7S”以及“目视化”星级现场管理活动强化生产现场管理、优化生产现场环境，逐步建立起比较有效的生产系统内部与外部、环境之间物质和信息交换与反馈系统。井然有序的生产现场不仅给客户留下深刻印象，同时改变了部分领导者把全部精力投入“外交”、抓市场、筹资金，而顾不上抓现场，认为即便抓了也“远水解不了近渴”的片面看法。优秀文化落地，车铣削班组组先后将“精品文化”、“三严”文化理念强化渗透到班组管理制度，通过强化制度执行，从而有效地弥补人的有限理性的不足，让文化理念深入“人心”，实现从自发到自觉的转变，再从文化反过来又进一步促进管理制度升级，促使班组不断突破成长上限，实现人文管理的深刻变革。

三、结论

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【关键词】机械制造；工艺；精密加工

机械技术是机电控制系统最重要的基础技术。近些年来，各种新兴技术快速发展，传统机械技术也受到严峻挑战，它的主要支柱，如机械设计、制造工艺等出现了重大的变化，这些为机电控制系统的运用创造条件。

1、机械设计与制造工艺

1.1 机械设计

机械设计技术主要包括产品结构设计、工艺设计、材料选用及设计理论和方法等。目前，传统的机械设计技术和方法，已不能满足现代生产实践的需要。例如，汽轮机叶片结构设计、数控机床设计、高效节能电机设计等，一般的机械设计技术已很难实现设计要求。如高度自动化的数控机床，在生产加工中不能实施人工补偿和调整，应在设计上采用新结构、新材料，保证机床结构及工艺中的高精度、高刚度、微少热变形和良好的精度保持性。现在，设计方法已由直觉设计、经验设计发展到现代设计。设计方法是在设计的各个阶段应用先进理论和有效方法，解决设计中遇到的各类问题。现代设计涉及系统工程、仿真技术、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计(CAD）、动态载荷和模态分析等内容。它是应用现代信息技术，进行科学思维，有效利用设计方法。提高了设计的水平、设计质量和设计效率，促进了机械设计技术的高速发展。

1.2 制造工艺

（1）高效率。这是现代制造技术的一个重要特征。制造工艺的高效可缩短加工周期，提高加工速度。如：冷加工工艺，一般采用三种方法：①提高切削速度。因涂层刀具、TiC硬质合金刀具、陶瓷刀具和金刚石刀具等一批高性能刀具的使用，高速切削的线速度可达10m/s以上。②采用新的加工工艺。对一些性能特殊、不易加工的材料，要采用新的加工工艺，比如在振动和加温过程中进行切削；应用激光、电火花、化学腐蚀等方法进行加工。③实行集中加工方法。加工中心等设备集各类加工于一体，在计算机控制条件下，完成对工件的各种切削加工，缩短了加工周转时间和辅助时间。

（2）高精度。精度对计算机科学、国防、航空航天、核工业、制造产业等技术领域的发展做出的贡献重大。

（3）高柔性。加工的柔性化是机械技术发展的重要方向。加工柔性化是加工品种的多样性，加工的灵活性和多适应性。各类程控、数控机床和工业机器人等高度自动化设备的出现，使柔性制造系统成为现实。柔性制造系统分为柔性制造单元、柔性制造自动线和柔性制造系统，它们都是以数控设备为基础的，以自动运储系统连接，由计算机控制的能加工多品种零部件的自动化生产系统。它的出现有力推动了机械制造工艺的发展。

制造工艺对高精度的要求，使得传统机械技术与新兴技术相结合，形成了现代机械技术的重要发展方向，即精密机械技术，包括精密加工技术和微机械技术。

2、精密加工技术与微机械技术

2.1 精密加工技术

（1）精密切削技术。目前，直接用切削方法获得高精度仍然是一种常用方法。但是，要用切削方法获得高精度和高水平的表面粗糙度，必须排除机床、刀具、工件和外界等因素的影响。比如，为了提高机床的加工精度，要求机床具有高的刚度，小的热变形和良好的抗振性能。这就要求采用更先进的技术，如空气静压轴承、精密陶瓷导轨、微驱动和微进给技术、精密定位技术、精密控制技术及其他先进技术。当然，提高机床主铀的转速也是行之有效的办法。现在超精密加工机床的转速已从每分钟几千转提高到几万转。

（2）模具成型技术。据相关资料显示，汽车、飞机、电机、仪表及家电产品的1/3以上零部件是用模具加工出来的，预计近几年产品粗加工的3/4和精加工的1/4将由模具来完成。模具成型的关键是如何提高模具本身的加工精度。它已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。电解加工工艺可以使模具达到微米级精度，并能有效地解决工件的表面质量问题。数控电火花成型机床能可靠地解决电极自动更换相重复定位精度间题，有利于复杂型腔的加工。

（3）超精密研磨技术。用于集成电路基板的硅片，其表面粗糙度要求达到1~2mm，需要进行原子级的研磨抛光。用传统的磨削、研磨和抛光等方法已很难满足。为此，采用各种新原理、新方法的超精密研磨就应运而生。比如，包括弹性发射加工和流体动压型悬浮研磨的非接触研磨；利用机械加工液，促进化学反应的机械化学研磨。这些新的研磨原理和方法，将为超精密研磨做出贡献。

（4）微细加工技术。为了满足电子元器件体积越来越小，运行频率越来越高，能量消耗越来越小的要求。日本利用超微细离子技术，在半导体上的加工精度达到了几百个埃的水平。

（5）纳米技术。它是一个多学科交叉的学科，是现代物理和先进工程技术结合的产品。纳米机械技术发展十分迅速。它能在硅片上刻写几个纳米宽的线，这表明信息存储的数据密度能提高几个数量级。

2.2 微机械技术

目前，微细加工技术已从一维、二维的平面结构发展到三维立体结构，这为微机械制作打下了良好的基础。

（1）微机械驱动技术。微机械技术能不能进入更广泛的应用范围，驱动技术是个关键。现在一般运用静电力学原理的静电动机和压电元件制成的微驱动器，其动作响应快、精度较高、易于操作。

（2）微机械传感技术。微机械除了要求传感器微型化，还要求它具有更高的分辨率、灵敏度和数据密度。目前，用大规模集成电路技术已能生产如力传感器、加速度传感器、触觉阵列传感器等微型传感器。而为了适应微机械的特点和要求，已在研究开发无源传感器、复合传感器及驱动、传感合一的集成部件。

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关键词：机械制造工艺;精密加工;技术

现代机械制造工艺及精密加工技术的发展具有重要作用，不仅能够提高机械制造业以及加工技术的发展水平，还能够促进机械制造业以及精密加工技术的革新，提升机械建造业的综合实力。

1现代机械制造工艺及精密加工技术的特点

随着传感技术、计算机技术以及自动控制技术等现代技术的飞速发展，机械制造方面取得了长远的进步与发展。将现代技术应用于机械制造具有重要作用，可促进现代机械制造业的发展，提高现代机械制造水平。现代机械制造工艺是一门综合性较强的学科，具有关联性特点。首先，知识不是单一片面的，而是融合了计算机、自动控制、信息检测等多门专业知识的综合性学科，知识内容丰富、全面[1]。其次，在制造技术方面，现代机械制造工艺不仅融汇于制造工艺，还包含了产品开发、产品工艺设计以及产品加工等多方面内容。这些内容具有关联性，某一环节出现漏洞就会影响整体工艺技术，产生严重的不良影响。由此可见，现代机械制造工艺及精密加工技术的显著特征就是关联性。因此，注重关联性特征，合理利用，充分了解其特征，具有重要的意义。系统性。现代机械制造工艺及精密技术是一个整体，具有系统性。产品开发、设计、工程制造等内容是一套完整的工序。作为一个有机的整体，注重制造工艺的系统性至关重要。通过合理控制系统性，能够提升机械制造业的工作效率，促进现代机械制造业的进步发展[2]。由此可见，系统性是现代机械制造工艺及精密加工技术的显著特征之一。全球化。全球化是世界大背景下的社会趋势。在这一背景下，挑战与机遇共存，现代机械制造工艺以及精密加工技术同样受到了全球化的影响，全球化成为现代制造业的显著特征。通过全球化能够发展技术，占取先机，提高自身竞争力，使我国的制造技术发展更为迅速，达到良性循环。

2现代机械制造工艺及精密加工技术的分类

2.1柔性制造系统

柔性制造系统是实现信息流与物流自动控制的生产系统。一般情况下，它是用主机与数控机床连接而实现的。柔性制造系统具有显著特征，最主要特点是代表了现代机械制造业的发展方向。它不仅可以实现不同工序的加工，而且生产相似零件的同时能够生产不同零件，还能够进行自动化生产，具有重要作用。柔性制造系统技术中的成组技术，是计算机辅助工艺设计的基础，是现代机械制造的主要方法之一。由此可知，柔性制造系统的发展具有深远的意义。

2.2分类编码系统

分类编码系统是识别零件相似性的一种有效方法，是指通过数字描述零件以达到识别零件目的的方法。通过利用数字识别零件的工艺特征、几何形状以及尺寸大小等内容，实现零件特征的数字化具有重要作用[3]。分类编码系统的特征主要有以下几点。第一，结构特征。结构特征主要是指零件的尺寸、形状、结构、毛坯类型以及功能等特征，在零件分类编码中至关重要。第二，工艺特征。工艺特征主要包括零件加工精度、外表粗糙度、机械加工方法、毛坯材料及形状以及选用机床类型等内容。第三，计划与组织特征。计划与组织特征包括加工的批量、资源、场记协作等情况。通过标志描述分类系统中的相应环节，使工艺设计更加具有科学性以及规范性，从而促进现代机械制造业的标准化发展，奠定现代机械制造业及精密加工技术的基础，提高组织生产的能力。

2.3特种加工方法

特种加工方法包括纳米加工、精密加工、超精密加工三种档次，又被称为非传统加工。特种加工方法主要包含一些化学的、物理的加工方法，如电解、电火花、激光、超声波等加工方法。这几种加工方法都是特种加工方法的主要形式，具有重要作用[4]。特种加工方法是一种有效的加工方法，适用于较难加工的材料。例如，陶瓷、金刚石等超级硬的材料，就需要运用特种加工方法才能取得较好的效果。特种加工方法具有一个显著优势，加工精确度较高，加工精度可达分子级甚至是原子级加工单位，是精密加工以及超精密加工的重要手段。

3现代机械制造工艺及精密加工技术的原理

3.1精密加工技术

精密加工技术包括超精密加工技术和微细加工技术，主要目标是提高加工水平，达到常规加工方式无法企及的高精度加工方式。精密加工技术主要包括以下三点内容。第一，超精密研磨技术。超精密研磨技术的精确度较高，与一般研磨技术相比具有显著优势。首先，超精密研磨技术涵盖了化学机械研磨以及线修整固研磨等创新型技术，研磨的精确度高，效果较好[3]。其次，设备简单，并能符合繁杂电路研磨的要求，应用性广，认可度高。第二，微细加工技术。微细加工技术的发展符合社会潮流。当前，高科技产品以及电子设备的体积越来越小，迷你已经成为电子设备的一大特点。因此，电子设备的零件也越来越精细化，对精细教工技术的要求越来越高。微细加工技术能够满足这一要求，提高微细零件的制作水平，方便微细零件的制作，在电子零件微细迷你的基础上保证零件的功能属性。第三，超精密切割技术。超精密切割技术应用广泛，是一种通过切割手段实现精密切削的技术，具有两个显著的特征。一是超精定位，由于零件、机床等易受外部因素的影响，实现精确定位十分重要，是精密切割的关键，因此超精定位十分重要，是超精切割的关键。二是微控制，通过微控制能够增强切割的准确度，具有重要意义。通过分析以上内容可知，精密加工技术具有重要作用，在现代机械制造方面具有重要的应用价值。

3.2现代机械制造技术

现代机械制造技术涵盖内容十分广泛，主要包括以下几点内容，分别为电阻焊焊接工艺以及气体保护焊焊接工艺，下面根据其原理分别进行简要概述[4]。电阻焊焊接工艺是一种利用电阻热效应焊接物体的一种工艺，通过对焊接物体正负极之间进行通电，使物体表面以及周围产生热电阻效应，从而使物体温度升高融化将金属进行有效融合，完成焊接。气体保护焊焊接工艺是使电弧周围产生气体保护层，在完成焊接的同时，使有害气体无法对焊接产生不良影响的一种焊接方式。该技术经济实惠，被广泛应用于现代机械制造业中。

4总结

综上所述，本文主要研究现代机械制造工艺及精密加工技术的特点、现代机械制造工艺及精密加工技术的分类、现代机械制造工艺及精密加工技术的原理三大部分内容，简要概述现代机械制造业与精细加工的相关知识，并希望通过对相关知识的研究，推进机械建造业的发展，以达到提升企业的综合实力和市场竞争力的目的。

作者:王桂林 单位:白银矿冶职业技术学院

参考文献:

[1]王美，宋广彬，张学军.对现代机械制造企业工艺技术工作的研究[J].新技术新工艺，2015，（2）：83-86.

[2]李斌.基于机械制造工艺的合理化机械设计策略研究[J].太原城市职业技术学院学报，2016，（3）.