| | | | 面向联盟企业的智能化制造装备 | | | | | NEWS.C-CNC.COM 2007-12-26 来源： 阅读：次  | | <% if pyg2("img")<>"" then%> | <%end if%> | 摘要：智能装备能够适应多种制造过程，提高联盟企业预测和满足多变的市场需求的能力。在联盟企业中，使用标准化和特征化的过程构造元素和开放式结构控制器快速装配成智能的制造单元，形成了模块化制造过程，使得装备具有很高的利用率和再生能力。 |
快速响应变化的市场需求，采用敏捷的组织形态与控制机制的智能化制造装备正在形成。它充分体现了柔性化、敏捷化等特征，要求采用新的有效的组织与控制策略，能通过简单的控制规则来实现复杂制造装备的动态重组与运行控制。这意味着智能化制造装备能够动态快速重组，以快速响应产品和市场需求的变化。 1 网络联盟企业市场的国际化和世界贸易的急剧发展，进一步推动了制造活动的全球化。随着知识经济在发达国家的现实化，全球经济系统将面临一次新的国际分工。在分工中，知识经济国家进一步摆脱物质生产的拖累，而成为向全球经济提供知识、技术、智能和思想的“头脑国家”，而另一部分无法进人这一时代的国家，就成了利用这些知识、技术、智能和思想进行物质生产的“躯干国家”。为了适应全球化潮流，跨国公司及其合作者的制造工厂和销售服务遍布全世界，通过各种网络组织形式的协调与运作，把这些工厂和销售网点连接成一个整体，能在任何时刻与世界上任何一个角落的顾客和供应商打交道；为了提高产品的质量和市场的响应能力，确保竞争优势，也必须在合作伙伴甚至是竞争对手之间建立全球范围的生产和经营联盟网络。这就必然形成一种新的生产模式—分散网络化制造。按照这种生产模式运作的经济实体称为网络联盟企业。 2 智能化的制造装置柔性和模块化的装备能够使制造过程快速转换，以适应一类(一族)不同产品和生产批量。柔性和模块化装备使用开放式结构控制，并采用标准化设计。 柔性制造设备有能力快速处理一类(一族)制造过程，因此提高了联盟企业预测和满足变化的市场需求和用户需求的能力。它的根本目的在于改善资金的利用率，并采用减少转换时间和费用的准时投人(JIT)库存目标。在决定装备是否采用柔性策略前。需要先考虑产品生命周期和目标批量。对于大批量的生产，采用专用的生产装备可能有更高的经济效益。然而，在激烈的市场竞争中，联盟企业要求更短的产品生产周期、更低的库存水平、更高的装备再生能力以及更高的装备利用率。毫无疑问，在这种情况下，采用柔性化和模块化的制造单元将是最合理和最有效的。此外，采用有序的自动生产工序使过程中的物料直线传送进行在线制造，能够使物料连续流动，从而改善质量控制、降低地面空间要求、减少在制品库存并简化物料处理。 随着更多的装备设计标准化，柔性模块化单元的价值将不断增加。但是，在标准化装备设计中，降低柔性装备的成本是非常重要的，尤其要降低更大交换能力的柔性模块化单元新的设计费用和售后服务费，这样才有利于智能化装备的迅速推广和广泛使用。 我们期望能以适时而经济的方式连续而快速地改变制造过程和装备。实现这一目的有两种快速而经济的途径：模块化制造过程和采用开放式结构控制器。 - 模块化制造过程
- 一方面，对许多制造任务来说，加工所需的时间与装备的寿命相比是很短的；另一方面，装备经常不是按照目前正在被加工的零件的尺寸来购买，而是按照它使用寿命中遇到的最坏的情况来购买的。从没有充分使用这一点来说，这两者实际上都限制了有价值的设备资金的发挥。模块化制造过程能更好地使用装备、具有快速而经济地达到现在所需尺寸规格的过程能力，以及能按照要求的变化而改变过程。模块化制造过程有两个关键的概念：一是标准化的、特征化的构造元素；二是快速设计、评价、实现和使用构造元素建立制造过程文件的自动化软件。在模块化制造过程概念下，当需要时组合构造元素即可形成制造能力，当不需要时分解，或在其他过程中再使用。为了快速而经济地获得制造能力，模块化制造过程依靠构造元素的基础软件工具来白动设计和分析任务，这在以前要花费很长一段时间。
- 构造元素是形成制造过程的基本元素。典型的构造元素如：机械构造部分(基本板件、支架、立柱等)、标准管道连接的液压泵、标准的直线或回转轴、轴的驱动、伺服部件(开放式结构控制器、传感器、标准连接的执行器)、过程监视和记录硬件等。因为构造元素被标准化了，所以能够以较低的成本大量制造。此外，在整个寿命中构造元素比专用设备得到更充分的使用。大的联盟企业能够拥有多种他们自己需要的构造元素。在小的联盟企业生产过程中，如果他们为了一个特别的加工任务而需要快速而经济地产生一种制造能力时，可以租借构造元素。当不再需要这个过程时，构造元素可以服务于其他过程。
图1 建立制造过程模型的流程 |
- 为了快速而经济地实现新的制造过程，使用构造元素的支持软件工具辅助过程设计工程师设计、评价、优化并实现新的过程。因为模块化制造过程使用了标准的和特征化的构造元素。当连接这些构造元素形成一个过程时，构造元素的支持软件就白动定义了与构造元素连在一起的组成部件的边界条件。构造元素支持软件应具有友好的人一机界面，过程设计工程师不必懂得许多计算机的专有知识就能够完成他的工作。当构造元素软件自动地建立一个详细的过程模型时，过程设计工程师运用他的经验和支持软件，高水平地用图表把构造元素组成部件连接在一起而形成所希望的制造过程。然后，使用这个详细的模型在构造元素支持软件友好的计算环境下来评价过程的性能。此外，为了优化过程设计，制造过程所需的其他项目也可使用类似的自动化技术来实现。如：装配图、针对构造元素部件的文件、后续过程模块的自动化生成、针对开放式结构控制器的模块的自动生成、具有特殊过程的电子图与文件、程序检查等。图1表示了如何进行一个典型的制造过程设计。
- 开放式结构控制器
- 以前的专用硬件和软件的控制方案都不是柔性的，且费用很高。现在，工业发达国家已出现商用的开放式结构控制器，它允许终端用户从基本功能上和柔性方面对联盟企业进行控制。开放式结构控制器的一个关键技术是使用制造组织接受的和设备供应商支持的开放式标准。例如，通过开放式结构控制器的编程界面，允许第三方的技术或产品与联盟企业本身的技术与产品进行集成。由于它多方面的功能，开放式结构控制器在实现智能化装备计划中起到决定性的作用。
图2 智能化制造装备 |
- 图2表示了组成开放式结构控制器的主要部件和它与制造单元的相互作用。在一个联盟企业里，制造过程既被特征化又被控制。通过放在机床上的(温度、位置)传感器和执行器(液压阀、伺服马达)，制造过程与开放式结构控制器交互作用。在开放式结构控制器内的通讯模块。用以更改在过程设计环境和开放式结构控制器之间的建模数据和控制参数。过程特征化模块具有过程转换功能的生成、过程调整和预先维护的功能。控制模块允许来自各级的控制算法和策略的控制参数从过程设计工作站传送到开放式结构控制器。在联盟企业的制造过程中，开放式结构控制器是一切活动的中心，主要功能有:(1)协调过程活动;(2)利用过程设计工作站收集实时的过程数据;(3)读取传感器变量;(4)发出执行信号;(5)计算控制行动;(6)设计操作者与局域网的交互界面。
3 结语智能化装备真正体现了敏捷的制造技术。一方面，它可以迅速组成“即插即用”的智能工作单元;另一方面，一般的智能工作单元也能够被快速拆卸再放到其它多个生产线上。在当今经济全球化的时代里，市场的竞争是在世界范围进行的，具有更短的产品生产周期、较低的装备库存水平、较高的装备再生能力及更高的装备利用率的制造联盟企业在竞争中将始终处于优势。利用构造元素模型并自动产生关键的组成部件是进一步要研究的课题。降低柔性/模块化装备的成本，使之比使用专门设备或专用装备有更大的经济效益，才能被快速推广和广泛使用。 | | | | | |
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