柔性制造系统
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2023年3月17日发(作者：菜鸟橙运)1
柔性制造系统的关键技术
柔性制造系统（FMS)系指具有自动化程度高的制造系统。目前
所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平
的柔性为目标的制造系统.随着社会对产品多样化、低制造成本及短
制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速,并且由于微电子技术、
计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技
术日臻成熟，80年代后,制造业自动化进入一个崭新时代,即基于计算
机的集成制造(CIMS）时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动
化的研制发展重点。
一、规模
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）
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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.
二、柔性制造的关键技术
1.计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处
理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技
术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描
系统,将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形
对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面则变成固化塑
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料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固
化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。
它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控
制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对
控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络
的自学方法更引起人们极大的关注。
3.人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今,FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专
家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、
预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等）。
由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获
得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了柔性.展
望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专
家系统)技术必将在FMS（尤其智能型)中起着关键性的作用。人工智
能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用.目前用于FMS中的各种技
术,预计最有发展前途的仍是人工智能.预计到21世纪初,人工智能在
FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人
工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延
伸制造环境中人的部分脑力劳动.在制造过程，系统能自动监测其运
行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工
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作状态,具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对
未来智能化FMS具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传
感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它
使传感器具有内在的“决策”功能。
4。人工神经网络技术
人工神经网络（ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并
行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具.在自
动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为
现代自支化系统中的一个组成部分.
三、发展趋势
将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用
于财力有限的中小型企业.目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
2.发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求
引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代
通用的加工中心将是FML的发展趋势。
3.朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工
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。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，
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90年代此种状况仍将会持续下去,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预计至21世纪才会实现。届时,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。
80年代中期以来，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如NC加工中心、工业机器人、
CAD/CAM、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，FMS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，可以这样认为：FMS
是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础，将以往企业中相互独
立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支
撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最
优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。
FMS作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制
造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机构制造业的主要生
产模式。
四、结束语
由FMS备有较多刀具、夹具以及数控加工程序，因此能接受各
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种不同零件的加工,解决了多品种、中小批量生产中的生产率与柔性
之间的矛盾，对扩大变形产品的生产和新产品开发特别有利。因集中
控制灵活性好，加工过程中工件输送和刀具更换等实现了自动化，人
的介人减少到最低程度,提高了生产连续性和数控设备利用率，所以,
生产周期短、成本低。通过计算机的数据处理，在加工过程中采用自
动检测设备，可随时发现机床精度、刀具磨损及加工质量等方面出现
的问题,能及时采取措施，使加工质量得到保证。另外,由于FMS具有
高柔性、高生产率以及准备时间短的特点，能够对市场的变化作出迅
速反应，可以保持较小的在制品和成品库存量.
参考文献
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研究，汽车工艺与材料，2002
(2）吴江贤,汽车零部件工业的柔性制造，机械制造与研究，2004
(3）李卫京，面向二十一世纪的柔性制造系统，机械工程与自动化，
2004
(4)姚福生,先进制造技术发展趋势，机械制造与自动化,2004
（5）李指俊,柔性制造技术及其发展趋势，机电一体化，1996