柔性系统

关键词： 水泥 生产

柔性系统（精选十篇）

柔性系统 篇1

水泥是一种水硬性的胶凝材料, 加水拌合成塑性浆体, 能胶结砂、石等材料, 并能在空气中或水中硬化变成坚固的石状体, 水泥是一种常见的和重要的建筑材料。水泥的生产历史非常悠久, 随着社会的进步, 其生产技术也在发生着深刻的变化, 但不管怎么变化, 水泥生产工艺都可以简单的概括为“两磨一烧”, 即:生料制备、熟料煅烧和水泥制成三个阶段。水泥生产系统是由多个相互依赖、相互联系的生产子系统所组成的, 水泥生产的组织, 讲究的是“平衡、可控、准确”, 目的是实现产质量最优、成本最小、利润最大。总结起来, 水泥生产系统具有整体性、相关性、目的性和适应性等特性。如图1所示。

1.1 水泥生产系统的整体性

水泥生产系统的整体性是指从系统全局层面看, 整个生产系统是由决策、调控、反馈、监督等环节组成的。决策环节决定生产什么、怎样生产, 调控环节对生产和决策进行调控, 反馈环节把生产和调控反馈给决策, 监督环节监督各环节的运行, 各环节组成一个整体, 并可进行统一协调。

1.2 水泥生产系统的相关性

水泥生产系统的相关性主要表现为系统内各环节是相互作用、相互联系的, 主要表现在系统的内容循环和过程循环。水泥生产系统的内容循环是指生产产品的循环, 水泥生产系统过程循环一般是由生产预测、生产决策、生产组织、生产控制、生产分析5个具体环节顺次构成, 每个环节也都是由这5个部分组成, 各个环节又构成了生产系统的整体。

1.3 水泥生产系统的目的性

水泥生产系统的目的很明确, 即生产出质量最好、产量最优的产品, 并且使用的成本最低, 产生的利润最大。

1.4 水泥生产系统的适应性

水泥生产系统的适应性主要体现在内部的控制调整和外部的协调适应上, 内部控制是系统的自我调整和更新, 它可以使系统通过自我的调整和控制来达到一个好的状态, 是系统随环境变化的自我适应。外部的协调适应表现在系统对外部环境的适应, 我们知道, 系统与外部的交流时刻发生, 产生的冲突矛盾需要系统协调, 只有协调适应了外部环境的变化, 系统才能够达到理想状态。适应性是系统的固有特性。

2 水泥生产系统柔性及其分类

柔性的概念最早源于柔性制造系统 (Flexibleproductioncapacity, FMS) , 柔性制造系统是1967年由英国莫林斯 (molins) 公司提出的, 至今已有30多年。Mandelbaum将柔性解释为生产系统适应变化的环境或环境带来的不稳定的能力。邓明然教授认为柔性是快速而经济地处理系统活动中环境变化或由环境变化引起的不确定性的能力。目前, 柔性运用最多的有2个方面, 一方面是柔性生产, 另一方面是柔性管理。柔性生产是针对大规模生产的弊端而提出的新型生产模式, 所谓柔性生产即通过系统结构、人员组织、运作方式和市场营销等方面的改革, 使生产系统能对市场需求变化作出快速的适应, 同时消除冗余无用的损耗, 力求企业获得更大的效益。计算机技术及自动化技术是柔性生产的物质技术基础。柔性生产是全面的, 不仅是设备的柔性, 还包括管理、人员和软件的综合柔性。与柔性生产相适应, 当前国际上柔性管理也开始出现。柔性管理 (Soft Management) 从本质上说是1种对“稳定和变化”进行管理的新方略, 柔性管理理念主要表现为:组织边界网络化、管理层级扁平化、组织结构柔性化和组织环境全球化。柔性管理强调感情管理、塑造企业文化、推行民主管理、重视人才培训、人才资源开发;

柔性生产主要包括:

(1) 设备柔性:是生产一系列不同类型的产品时, 生产设备随产品变化调整而调整的难易程度。

(2) 工艺柔性:生产系统工艺柔性表现在:一是工艺流程不变时工艺系统自身适应产品或原材料变化的能力;二是生产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:表现在: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特性的继承能力和兼容能力。

(4) 维护柔性:即采用多种方式检查、处理故障, 保障生产正常进行的能力。

(5) 生产能力柔性:当产品的生产量要求改变时, 生产系统随生产量改变而自我调节运行的能力。

(6) 扩展柔性:当生产需要的时, 系统可以扩展结构、增加模块, 进而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、工艺流程来生产产品的能力或同样的产品换用不同工序生产的能力。

(8) 供需柔性:对企业来说, 一方面为了在市场上站稳脚跟, 要及时快速的满足顾客需求;另一方面, 要根据市场发展的趋势以及竞争对手的情况, 及时调整自己的生产计划。这种供需柔性已成为影响企业决策的重要因素。

(9) 人员柔性:这种柔性是指工人快速有效地处理多种任务和工作的能力。工作人员技术水平的高低、智慧的高低、责任心德强弱以及协调配合的好坏都是人的柔性的表现形式。素质高、动态性强的工作人员可以减少操作时间, 并且能及时解决生产上发生的现场问题, 产品更新时也无需太多的培训就可以适应生产任务的变化。

(10) 组织柔性:随着市场竞争的加剧, 一个企业的生产组织也要有很大的柔性。解决好这种柔性可以保证组织系统、生产计划、人员技能、人员安排等适应各种变化, 从而使生产计划能够顺利实施。

除此之外, 还有物流柔性、交货期柔性、财务柔性等, 这些柔性对生产都有一定的影响。

3 水泥生产系统柔性能力及其基本原理

我们认为, 柔性是指1个系统快速而经济地处理系统活动中外部环境或内部情况变化引起的不确定性的“能力”。水泥生产系统是1个开放的系统, 由于宏观环境、微观环境以及信息变化的影响, 它自身的变化以及与外界的交流时刻发生, 导致系统活动的不确定性普遍存在, 这些不确定既有时间上的, 也有空间上的。在时间上, 由于水泥生产是1个连续的生产过程, 生产系统处于动态之中, 不确定性随时发生, 并且这种不确定性也处于动态之中, 当产生不确定的因素所起作用的条件消失或超过一定的时间界限时, 旧的不确定性就会消失, 同时又会产生新的不确定性, 有些不确定性只是在短期内存在, 而另一些却是长期存在的。在空间上, 企业的人、财、物、信息等微观因素和产、供、销等生产经营环节都在不同程度地影响水泥生产系统的工作。所以, 水泥生产系统柔性就是为处理水泥生产活动中引起的不确定性而设置的, 是处理不确定性的一种“能力”, 这种能力体现为由低级到高级的缓冲能力、适应能力、创新能力和协调能力。

3.1 水泥生产系统的“能力”

3.1.1 缓冲能力

缓冲能力是系统抵御各种风险和不确定性因素的1种手段, 是1种“以不变应变”的能力。水泥生产系统之所以具有缓冲能力, 在于该生产系统储备了缓冲变化的各种资源, 可以对系统发生的变化进行缓冲调节。缓冲通常分为实物缓冲、能力缓冲和时间缓冲。缓冲能力的增强, 要以牺牲库存、增加浪费为代价, 因而是1种处理不确定性的消极方法。缓冲是柔性的一种形式, 但不是柔性的主要形式。

3.1.2 适应能力

适应能力是当风险和不确定性因素开始对水泥生产系统产生影响时, 系统在不改变其基本特征的前提下, 作出相应的调整, 主动适应变化的一种能力, 它是1种“以变应变”的能力, 也是水泥生产系统在生产时的1种必要手段。适应能力的大小取决于“以变应变”这种“变”的速度和范围。在实际生产经营中, 这种适应不应该只是被动的适应环境变化, 而应该是主动的、创新性的适应内外环境的变化。

3.1.3 创新能力

创新能力是水泥生产系统采用新行为、新举措来影响外部环境和改变内部环境的1种能力, 是1种“主动求变”的能力。创新的出发点是求变, 只有不断创新, 水泥企业才能不断适应市场变化, 生产经营才有足够的动力。也才有利于水泥企业及时发现问题, 解决问题。创新是1种积极主动地处理不确定性的方法, 是水泥企业长期健康发展的保证, 水泥企业生产经营活力的源泉是技术创新、管理创新和制度创新,

总的来说, 反映水泥生产系统柔性能力从低级到高级划分为:缓冲能力、适应能力、创新能力。缓冲能力是水泥生产系统具有的吸收或减少环境变化对系统影响的能力;适应能力是水泥生产系统具有的随环境变化而快速适应变化的能力;创新能力是水泥生产系统具有的积极影响企业内、外部环境的能力。

水泥企业应从各方面加强对生产系统缓冲能力、适应能力和创新能力的培育, 提高水泥生产系统的柔性, 尽量把风险和不确定因素消除在对系统产生影响之前。

3.2 水泥生产系统柔性的基本原理

从系统论的角度看, 水泥生产系统柔性是各生产子系统柔性的有机结合, 各子系统柔性以不同方式、不同程序作用于水泥生产系统, 进而影响水泥生产系统的整体柔性。水泥生产系统柔性不仅与各子系统柔性有关, 而且与各子系统柔性之间的匹配程度有关。

3.2.1 水泥生产系统柔性的整体性原理

要提高系统的整体柔性, 必须克服柔性瓶颈, 可以通过以下途径进行:

(1) 在合理匹配条件下提高所有子系统柔性;

(2) 保持各子系统柔性之间的适当平衡;

(3) 提高有效柔性, 减少柔性冗余。

3.2.2 水泥生产系统柔性和刚性相互渗透、互补原理

所谓水泥生产系统刚性, 我们一般认为是指水泥企业在生产活动中必须严格遵守的国家法律、法规和制度, 是已经确定不能轻易改变的部分, 是该生产系统有序性和稳定性的表现。在生产实际中, 系统的刚性和柔性没有明显的界限, 他们是相互渗透、相互补充的。

3.2.3 水泥生产系统柔性与刚性的对立统一性原理

系统的柔性与刚性存在于对立统一的矛盾体中。一般来说, 以适应性为主要特征的柔性同以稳定性为主要特征的刚性之间就存在矛盾, 它们既是相互对立的, 同时又统一在一个系统中。

3.2.4 水泥生产系统柔性的时间运动原理

水泥生产系统柔性的时间运动原理, 是指系统面临的不确定性在时间上的运动变化规律, 包括水泥生产系统信息不确定性递减原理、水泥生产系统方案数量递减原理和水泥生产系统的不确定性传递原理。

4 提高水泥生产系统柔性的途径

由前述可知, 水泥生产系统柔性是处理水泥生产中不确定性的能力, 一般来讲, 我们把不确定性分为客观不确定性和主观不确定性, 由于水泥生产是一个连续的过程, 不确定性在生产过程中时刻发生, 如果不立即解决就会影响到整个系统, 所以, 提高系统的柔性就显得非常重要。提高系统柔性的方法很多, 我们可以做个归纳:

4.1 客观不确定性的处理

滚动计划方法是1种根据计划的执行情况和内外环境的变化, 及时调整和修订计划, 并逐期向前移动, 把近期计划和远期计划结合起来的一种方法。滚动计划方法的实质是用计划调整的“变”来适应系统内外环境的“变”, 即“以变应变”。同时, 在计划变动的过程中寻找稳定因素, 并保留稳定因素, 以计划的相对稳定来实现水泥生产活动的相对稳定。这样, 计划既具有灵、动的一面, 又具有稳、静的一面, 灵、稳兼备, 动、静结合。滚动计划方法是1种有效减少客观不确定性因素的方法, 能提高柔性的功能。

4.2 主观不确定性的处理

水泥生产系统主观不确定性的产生, 主要原因有两个方面, 一方面是信息的不完全性、不准确性及信息利用的不科学性;另一方面是水泥生产系统机制的陈旧性和呆板性。解决这2方面的问题, 一是要建立管理信息系统, 二是要进行水泥生产系统再造。

4.3 提高水泥生产系统柔性的途径

处理客观不确定性和主观不确定性方法的有效运用, 需要与提高水泥生产系统柔性的途径结合起来。水泥企业的筹资、投资、资金营运、利润分配等, 涉及到人、组织、管理和技术。提高水泥生产系统柔性, 需要高素质的人、动态灵活的组织机构、现代化的管理方法与手段、先进科学的技术以及它们的全面集成。也就是说, 提高水泥生产系统柔性的途径, 强调人、组织、管理、技术的高度集成。

4.3.1 人

人的因素是第一位的因素, 树立“以人为本”的思想, 是提高水泥生产系统柔性的根本。“以人为本”可以从以下两方面来认识。

一方面, 重视“外部环境的人”是基础。因此, 要重视“外部环境的人”的研究, 以针对不同的对象, 采取不同的工作方法和手段, 以利快速作出反映, 提高生产的效率和效益;

另一方面, 高素质的员工是核心。培养水泥生产操作人员成为有知识、精技能、善合作、能应变的高素质的员工, 使其逐渐成长为高智能型人才。水泥产业在生产经营过程中, 还应为职工创造来自企业内外的各种有利于培育核心竞争力的培训机会, 激励职工通过持续学习获得新知识和新经验, 营造企业全员参与的良好学习氛围, 以利于全面提高企业职工综合素质, 为企业培育核心竞争力提供智力源泉。

4.3.2 组织

组织形式是影响水泥生产系统柔性的关键因素之一。水泥生产面对的是一个动态多变、纷繁复杂的环境系统, 不确定因素时时、处处存在, 对此, 要提高水泥生产系统柔性, 需要建立一个学习型组织。所谓学习型组织, 是指通过培养弥漫于整个组织的学习气氛, 充分发挥员工的创造性思维能力而建立起来的一种有机的、高度柔性的、扁平化的、符合人性的、能持续发展的组织。

4.3.3 管理

提高水泥生产系统柔性, 要求企业管理者在企业系统柔性、信誉、品质上下功夫。最重要的就是健全和加强水泥企业内部控制制度的建设与执行。管理的最终目标是创新, 全球知名管理大师加里·哈默教授指出, 企业经营长期制胜的秘籍既不是卓越的运营, 也非新的商业模式, 正确的答案是管理创新—长期、持续性的管理创新, 也就是企业应不断拥有激活人才、配置资源和构建战略的新方式。

4.3.4 技术

提高水泥生产系统柔性离不开技术的支撑, 提高水泥生产系统柔性的过程中要采用的关键技术有:信息技术、网络技术、虚拟技术、数字化技术、预测技术和决策技术等。

5 结语

21世纪, 企业间竞争更加复杂, 互动更加激烈, 市场节奏趋快, 企业环境变得越来越不确定。企业是1个开放的系统, 其存在和发展必须要与各方面都发生物质、能量的交换, 因此形成了企业错综复杂的内外部利益链。水泥生产是1个系统化的生产过程, 水泥生产系统随时面临着很多的不确定性因素, 对这些不确定性因素的处理, 就是水泥生产系统的柔性, 柔性是客观存在的, 无法回避, 如何提高水泥生产系统的柔性是每一个水泥生产企业必须要解决的重要问题, 只有将系统的柔性提高了, 系统面临着的很多不确定性因素才能解决, 提高的方式及途径也是企业要研究的主要方向。水泥生产系统柔性是水泥企业柔性的1个方面, 要提高水泥企业柔性, 必须要提高生产系统柔性、经营系统柔性和技术系统柔性。

参考文献

[1]郑必清、徐江华.“浅谈现代企业柔性化管理”[J], 现代商业, 2007, (14)

[2]庞庆华、杜栋.现代生产系统中的柔性决策研究

[3]叶红、谢卓君.“柔性组织浅探.”广东农工商职业技术学院学报, 2002年11月

[4]姚刚.“论现代企业的柔性组织管理.”企业经济.2005年第6期

[5]数控机床.“柔性制造技术的现状及发展趋势, ”宝玛数控.2008年3月

[6]文延莉.“谈柔性制造技术与发展.”制造业信息管理.2009年4月

柔性制造系统的发展历程 篇2

同年，美国的怀特·森斯特兰公司建成OmnilineI系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于在少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。

1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元，为发展FMS提供了重要的设备形式，

柔性制造单元一般由1～2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。

70年代末期，柔性制造系统在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由3～5台设备组成的柔性制造系统为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。

1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元(包括50个工业机器人)和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。

这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有柔性制造系统的基本特征，但自动化程度不很完善的经济型柔性制造系统FMS，使柔性制造系统FMS的设计思想和技术成果得到普及应用。

柔性制造系统在模具行业的发展应用 篇3

关键词：柔性制造系统 产品质量 自动化

自1967年英国研制出世界第一条FMS以后，其优越性为世界所瞩目，进入21世纪以后，随着工业技术领域技术的快速发展，现代的机械制造装备也发生了巨大的变化，对生产周期短、品种多、批量小的产品的加工需求越来越多。

模具工业是工业生产领域的基础装备。然而模具加工工艺复杂，并且使用的设备也非常多，产品品种繁多，交货期短，属于小批量加工生产，并且过度依赖熟练模具工，对经验要求较高。模具企业要想改革，就必须改变原有的、固定的制造模式，寻求新的制造技术来满足市场需求。

以机器人制造单元为代表的柔性制造技术，在模具企业中进行推广和应用，可以大大提高模具的生产效率，满足市场对产品多样化、模具小批量的生产需求，对提高模具企业的市场竞争力具有重要意义。

一、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC机床（一般为加工中心），可以运行数小时无人看管，它是柔性制造的基本单元，多个FMC可以组成FMS。由于FMC规模小，建造成本低，建造周期短，见效快，适用于广大的小企业，通过更换不同的夹具与刀具，以适应不同形状产品的加工。

2.柔性制造系统FMS（Flexible Manufacuring System）

多个柔性制造单元就可以构建一个柔性制造系统，同时再配套相应的工业机器人、输送链进行物料的运输，在计算机信息系统的控制下就可以进行多样化的产品加工。

3.柔性制造工厂FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工厂主要利用计算机集成制造系统，将生产过程从经营决策、产品开发、设计、制造、管理、仓库保管等有机地组合成一个整体。该工厂可以实现无纸化和高度的无人化，全部由机器人来完成，可以大大提高生产效率。

通过可以加工的产品品种和产品批量，对以上三种柔性制造系统进行对比，如图1所示。

图1 柔性制造系统分类及对比

二、模具行业柔性制造系统及其组成

目前通用的模具零件的数控加工主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床、工具铣床等机床来完成，在使用的过程中存在的主要问题有以下几点。

1.人工装夹问题

目前的主要装夹方式有平口钳、专用夹具、三爪卡盘、通用组合夹具等，效率低，装夹的过程中设备是空闲的，并且人工装夹稳定性差。

2.人工对刀问题

目前的主要对刀方式有光电寻边器对刀、铣刀试切削对刀、光学对刀仪等，需要有经验的操作人员才能精确对刀，浪费时间。

3.人工检测问题

目前的主要检测方式有游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪，耗费时间、易出现误差、工件合格率不高、浪费材料。

可以通过对现有的设备进行升级改造，加装具有统一接口的模块化夹具，完成相应模块的柔性加工，工件安装在专用的虎钳上，定位靠其背部的定位槽完成，夹紧由拉钉和钢球实现，整个加工过程只需一次装夹即可，减少了重复装夹带来的误差，并且可以在加工过程中，连同夹具到三坐标测量机上在线测量，实时的调整加工的吃刀量，保证工件一次加工到位，如图2所示。

图2 柔性制造系统的系统构成

通过对现有数控机床的各部分功能分析并进行改造，经过设计整合后重新布局的车间规划图如图3所示。

图3 柔性制造系统的设计布局

该柔性制造系统在原有设备的基础上，增加了工业机器人、物料输送链、清洗站等，主要由以下几部分组成。

（1）加工系统。主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床等组成。加工中心设置有接触传感器功能，它可改善整个加工中心功能，如自动定心、孔径自动测量、刀具磨损自动检测，自动消除间隙、X、Y、Z基准面位置自动补偿，刀具寿命监视、自动更换设备用刀具、故障监视与诊断、自适应控制。

（2）物料运输系统。该系统主要用于实现物料以及加工刀具的存储和搬运，包括工业机器人、横走式转运机械手、轨道等构成。机器人工件运输小车与机器刀具运输小车，具有相同结构，都有电磁导向装置，具有高柔性，能满足物流变化。机器人工件运输小车担任机床与装卸站之间的托扳交换，以适应不同加工的需要。刀具损坏时，按照紧急刀具更换命令，及时从刀具室领取新刀具更换。

（3）CAD/CAM系统。其总的功能是实现产品设计与生产控制集成化，自动处理加工与生产技术信息，提高生产准备效率，帮助生产部门有效地选择NC机床、设计夹具与刀具，制定加工周期，确定加工程序，准备NC数据等。

（4）信息控制系统。该系统主要负责对生产过程中各种信息进行合理的调度、规划、分析和管理，并通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（5）产品质量检验系统。该系统主要由三坐标测量机，再配合条码扫描器和工件自动识别系统等来完成在线的自动检测。

（6）外部设备。包括自动化立体仓库、装卸站、清洗站、刀具室与自动排屑系统等。

三、柔性制造系统的优点及发展前景

柔性制造系统改变了原有的、固定的、制造模式，基本实现全自动化地完成工件的加工，并且能够保证零件的加工精度，并且可以随时改变加工工艺，完成不同产品的模具。

（1）提高模具加工的生产效率和模具产品的整体加工质量，缩短了产品的生产周期，及时保证交货期，降低了企业生产成本。

（2）通过改变工装夹具，走形制造系统可以根据产品的不同对工艺路线进行调整，来完成不同的模具，提高了模具企业的市场响应力。

（3）大大提高了模具企业的自动化程度和信息化程度，通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（4）随着企业的自动化程度和信息化程度的提高，机床的空闲时间基本消除，根据调度，提高了企业各种机床资源的使用率。

参考文献：

[1]张欣，郑永康.一种柔性数控加工系统的概念设计[J].机床与液压，2013（8）.

[2]段春争，王殿龙.基于“独立制造岛”概念的柔性制造实践教学系统的建设[J].中国现代教育装备，2013（7）.

（作者单位：绍兴市技工学校）endprint

摘 要：本文通过分析柔性制造系统的优点及其给企业带来的巨大经济效益，将该技术引入到模具加工企业中，详细分析了模具企业的行业特点和设备进行柔性化改造的可行性，设计了能适应模具零件加工的柔性制造系统，并详细阐述了该技术在模具企业中的具体应用。

关键词：柔性制造系统 产品质量 自动化

自1967年英国研制出世界第一条FMS以后，其优越性为世界所瞩目，进入21世纪以后，随着工业技术领域技术的快速发展，现代的机械制造装备也发生了巨大的变化，对生产周期短、品种多、批量小的产品的加工需求越来越多。

模具工业是工业生产领域的基础装备。然而模具加工工艺复杂，并且使用的设备也非常多，产品品种繁多，交货期短，属于小批量加工生产，并且过度依赖熟练模具工，对经验要求较高。模具企业要想改革，就必须改变原有的、固定的制造模式，寻求新的制造技术来满足市场需求。

以机器人制造单元为代表的柔性制造技术，在模具企业中进行推广和应用，可以大大提高模具的生产效率，满足市场对产品多样化、模具小批量的生产需求，对提高模具企业的市场竞争力具有重要意义。

一、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC机床（一般为加工中心），可以运行数小时无人看管，它是柔性制造的基本单元，多个FMC可以组成FMS。由于FMC规模小，建造成本低，建造周期短，见效快，适用于广大的小企业，通过更换不同的夹具与刀具，以适应不同形状产品的加工。

2.柔性制造系统FMS（Flexible Manufacuring System）

多个柔性制造单元就可以构建一个柔性制造系统，同时再配套相应的工业机器人、输送链进行物料的运输，在计算机信息系统的控制下就可以进行多样化的产品加工。

3.柔性制造工厂FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工厂主要利用计算机集成制造系统，将生产过程从经营决策、产品开发、设计、制造、管理、仓库保管等有机地组合成一个整体。该工厂可以实现无纸化和高度的无人化，全部由机器人来完成，可以大大提高生产效率。

通过可以加工的产品品种和产品批量，对以上三种柔性制造系统进行对比，如图1所示。

图1 柔性制造系统分类及对比

二、模具行业柔性制造系统及其组成

目前通用的模具零件的数控加工主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床、工具铣床等机床来完成，在使用的过程中存在的主要问题有以下几点。

1.人工装夹问题

目前的主要装夹方式有平口钳、专用夹具、三爪卡盘、通用组合夹具等，效率低，装夹的过程中设备是空闲的，并且人工装夹稳定性差。

2.人工对刀问题

目前的主要对刀方式有光电寻边器对刀、铣刀试切削对刀、光学对刀仪等，需要有经验的操作人员才能精确对刀，浪费时间。

3.人工检测问题

目前的主要检测方式有游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪，耗费时间、易出现误差、工件合格率不高、浪费材料。

可以通过对现有的设备进行升级改造，加装具有统一接口的模块化夹具，完成相应模块的柔性加工，工件安装在专用的虎钳上，定位靠其背部的定位槽完成，夹紧由拉钉和钢球实现，整个加工过程只需一次装夹即可，减少了重复装夹带来的误差，并且可以在加工过程中，连同夹具到三坐标测量机上在线测量，实时的调整加工的吃刀量，保证工件一次加工到位，如图2所示。

图2 柔性制造系统的系统构成

通过对现有数控机床的各部分功能分析并进行改造，经过设计整合后重新布局的车间规划图如图3所示。

图3 柔性制造系统的设计布局

该柔性制造系统在原有设备的基础上，增加了工业机器人、物料输送链、清洗站等，主要由以下几部分组成。

（1）加工系统。主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床等组成。加工中心设置有接触传感器功能，它可改善整个加工中心功能，如自动定心、孔径自动测量、刀具磨损自动检测，自动消除间隙、X、Y、Z基准面位置自动补偿，刀具寿命监视、自动更换设备用刀具、故障监视与诊断、自适应控制。

（2）物料运输系统。该系统主要用于实现物料以及加工刀具的存储和搬运，包括工业机器人、横走式转运机械手、轨道等构成。机器人工件运输小车与机器刀具运输小车，具有相同结构，都有电磁导向装置，具有高柔性，能满足物流变化。机器人工件运输小车担任机床与装卸站之间的托扳交换，以适应不同加工的需要。刀具损坏时，按照紧急刀具更换命令，及时从刀具室领取新刀具更换。

（3）CAD/CAM系统。其总的功能是实现产品设计与生产控制集成化，自动处理加工与生产技术信息，提高生产准备效率，帮助生产部门有效地选择NC机床、设计夹具与刀具，制定加工周期，确定加工程序，准备NC数据等。

（4）信息控制系统。该系统主要负责对生产过程中各种信息进行合理的调度、规划、分析和管理，并通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（5）产品质量检验系统。该系统主要由三坐标测量机，再配合条码扫描器和工件自动识别系统等来完成在线的自动检测。

（6）外部设备。包括自动化立体仓库、装卸站、清洗站、刀具室与自动排屑系统等。

三、柔性制造系统的优点及发展前景

柔性制造系统改变了原有的、固定的、制造模式，基本实现全自动化地完成工件的加工，并且能够保证零件的加工精度，并且可以随时改变加工工艺，完成不同产品的模具。

（1）提高模具加工的生产效率和模具产品的整体加工质量，缩短了产品的生产周期，及时保证交货期，降低了企业生产成本。

（2）通过改变工装夹具，走形制造系统可以根据产品的不同对工艺路线进行调整，来完成不同的模具，提高了模具企业的市场响应力。

（3）大大提高了模具企业的自动化程度和信息化程度，通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（4）随着企业的自动化程度和信息化程度的提高，机床的空闲时间基本消除，根据调度，提高了企业各种机床资源的使用率。

参考文献：

[1]张欣，郑永康.一种柔性数控加工系统的概念设计[J].机床与液压，2013（8）.

[2]段春争，王殿龙.基于“独立制造岛”概念的柔性制造实践教学系统的建设[J].中国现代教育装备，2013（7）.

（作者单位：绍兴市技工学校）endprint

摘 要：本文通过分析柔性制造系统的优点及其给企业带来的巨大经济效益，将该技术引入到模具加工企业中，详细分析了模具企业的行业特点和设备进行柔性化改造的可行性，设计了能适应模具零件加工的柔性制造系统，并详细阐述了该技术在模具企业中的具体应用。

关键词：柔性制造系统 产品质量 自动化

自1967年英国研制出世界第一条FMS以后，其优越性为世界所瞩目，进入21世纪以后，随着工业技术领域技术的快速发展，现代的机械制造装备也发生了巨大的变化，对生产周期短、品种多、批量小的产品的加工需求越来越多。

模具工业是工业生产领域的基础装备。然而模具加工工艺复杂，并且使用的设备也非常多，产品品种繁多，交货期短，属于小批量加工生产，并且过度依赖熟练模具工，对经验要求较高。模具企业要想改革，就必须改变原有的、固定的制造模式，寻求新的制造技术来满足市场需求。

以机器人制造单元为代表的柔性制造技术，在模具企业中进行推广和应用，可以大大提高模具的生产效率，满足市场对产品多样化、模具小批量的生产需求，对提高模具企业的市场竞争力具有重要意义。

一、柔性制造系统的分类

1.柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC机床（一般为加工中心），可以运行数小时无人看管，它是柔性制造的基本单元，多个FMC可以组成FMS。由于FMC规模小，建造成本低，建造周期短，见效快，适用于广大的小企业，通过更换不同的夹具与刀具，以适应不同形状产品的加工。

2.柔性制造系统FMS（Flexible Manufacuring System）

多个柔性制造单元就可以构建一个柔性制造系统，同时再配套相应的工业机器人、输送链进行物料的运输，在计算机信息系统的控制下就可以进行多样化的产品加工。

3.柔性制造工厂FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工厂主要利用计算机集成制造系统，将生产过程从经营决策、产品开发、设计、制造、管理、仓库保管等有机地组合成一个整体。该工厂可以实现无纸化和高度的无人化，全部由机器人来完成，可以大大提高生产效率。

通过可以加工的产品品种和产品批量，对以上三种柔性制造系统进行对比，如图1所示。

图1 柔性制造系统分类及对比

二、模具行业柔性制造系统及其组成

目前通用的模具零件的数控加工主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床、工具铣床等机床来完成，在使用的过程中存在的主要问题有以下几点。

1.人工装夹问题

目前的主要装夹方式有平口钳、专用夹具、三爪卡盘、通用组合夹具等，效率低，装夹的过程中设备是空闲的，并且人工装夹稳定性差。

2.人工对刀问题

目前的主要对刀方式有光电寻边器对刀、铣刀试切削对刀、光学对刀仪等，需要有经验的操作人员才能精确对刀，浪费时间。

3.人工检测问题

目前的主要检测方式有游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪，耗费时间、易出现误差、工件合格率不高、浪费材料。

可以通过对现有的设备进行升级改造，加装具有统一接口的模块化夹具，完成相应模块的柔性加工，工件安装在专用的虎钳上，定位靠其背部的定位槽完成，夹紧由拉钉和钢球实现，整个加工过程只需一次装夹即可，减少了重复装夹带来的误差，并且可以在加工过程中，连同夹具到三坐标测量机上在线测量，实时的调整加工的吃刀量，保证工件一次加工到位，如图2所示。

图2 柔性制造系统的系统构成

通过对现有数控机床的各部分功能分析并进行改造，经过设计整合后重新布局的车间规划图如图3所示。

图3 柔性制造系统的设计布局

该柔性制造系统在原有设备的基础上，增加了工业机器人、物料输送链、清洗站等，主要由以下几部分组成。

（1）加工系统。主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床等组成。加工中心设置有接触传感器功能，它可改善整个加工中心功能，如自动定心、孔径自动测量、刀具磨损自动检测，自动消除间隙、X、Y、Z基准面位置自动补偿，刀具寿命监视、自动更换设备用刀具、故障监视与诊断、自适应控制。

（2）物料运输系统。该系统主要用于实现物料以及加工刀具的存储和搬运，包括工业机器人、横走式转运机械手、轨道等构成。机器人工件运输小车与机器刀具运输小车，具有相同结构，都有电磁导向装置，具有高柔性，能满足物流变化。机器人工件运输小车担任机床与装卸站之间的托扳交换，以适应不同加工的需要。刀具损坏时，按照紧急刀具更换命令，及时从刀具室领取新刀具更换。

（3）CAD/CAM系统。其总的功能是实现产品设计与生产控制集成化，自动处理加工与生产技术信息，提高生产准备效率，帮助生产部门有效地选择NC机床、设计夹具与刀具，制定加工周期，确定加工程序，准备NC数据等。

（4）信息控制系统。该系统主要负责对生产过程中各种信息进行合理的调度、规划、分析和管理，并通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（5）产品质量检验系统。该系统主要由三坐标测量机，再配合条码扫描器和工件自动识别系统等来完成在线的自动检测。

（6）外部设备。包括自动化立体仓库、装卸站、清洗站、刀具室与自动排屑系统等。

三、柔性制造系统的优点及发展前景

柔性制造系统改变了原有的、固定的、制造模式，基本实现全自动化地完成工件的加工，并且能够保证零件的加工精度，并且可以随时改变加工工艺，完成不同产品的模具。

（1）提高模具加工的生产效率和模具产品的整体加工质量，缩短了产品的生产周期，及时保证交货期，降低了企业生产成本。

（2）通过改变工装夹具，走形制造系统可以根据产品的不同对工艺路线进行调整，来完成不同的模具，提高了模具企业的市场响应力。

（3）大大提高了模具企业的自动化程度和信息化程度，通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。

（4）随着企业的自动化程度和信息化程度的提高，机床的空闲时间基本消除，根据调度，提高了企业各种机床资源的使用率。

参考文献：

[1]张欣，郑永康.一种柔性数控加工系统的概念设计[J].机床与液压，2013（8）.

[2]段春争，王殿龙.基于“独立制造岛”概念的柔性制造实践教学系统的建设[J].中国现代教育装备，2013（7）.

系统柔性度量方法的研究 篇4

关键词：系统柔性,系统效率,柔性度量

0 引言

近年来,随着市场变化速度的加快,生产效率已经不是评定制造系统性能的唯一标准。柔性是(系统)以较低的时间、效率、损耗与表现对改变做出反应的能力,其作为一个新的性能指标已经越来越受到人们的关注。

目前国内的大部分研究主要集中在柔性的实现上[1,2],即如何提高制造系统的反应能力以满足市场变化的需要,而很少有研究关注柔性的度量。柔性的度量是指采用量化的方法,对制造系统柔性的大小进行评定。本文对制造系统柔性的度量方法进行了综述与分析,并指出了其进一步的发展方向。

1 柔性的度量

柔性度量的量化标准一般有两种,基于范围的度量方法与基于效益的度量方法。基于范围的度量方法一般简单地将两系统的加工范围进行比较,如果A系统的加工范围较B多,则称A的柔性大于B。这种判定显然过于简单,故在后期的工作中开始建立模型来描述柔性时常导致模型过于复杂而无法良好地操作。另一类是基于效益的方法,这类方法在机器柔性的测量上取得了让人较为满意的结果。

在度量方法上又分为使用复杂模型进行描述和使用公式运算得到结果。使用模型的结果往往导致模型太过复杂而无法良好地运用,而使用公式则常因运算的常量过少而无法描述复杂的柔性。

使用公式进行计算的方法最初见于参考文献[3],在文献[3]中Kumar提出了一个熵值的算法来计算柔性,其基本思想是,一个产品如果有N个工序,而每个工序又各自有M个工步,那么可使这个产品加工路径选择最多的系统柔性最大。Kumar在不同工步间引入可用性的概念,即某个工步在完成某项工作时能被使用的概率(当该工步完成的效率越高时,则该工步越可能被使用),并规定,当所需进行的工序相同时可用性越相似的系统柔性越高。制造过程的3种系统状态见图1。

在图1中,数字为某工步的完成效率。第1种情况(见图1(a))中,工件从状态一到状态二的路径只有2种,并且每种路径间的可用性相同;第2种情况(见图1(b))中,工件从状态一到状态二的路径有3种,且每种路径间的可用性相同;第3种情况(见图1(c))下从状态一到状态二的路径有2种,且路径间的可用性不同。Kumar在此基础上建立了15个使用公式计算柔性的准则,并提出了使用熵值的计算方法。熵值是物理学中无序性的度量,Kumar认为无序性越大的系统柔性越大,故使用熵值来描述柔性是最合适的,而且使用该方法已经符合了他15个准则中的14个。其方法如下:

undefined。

其中:F为某一工序的柔性;n为某工序中存在的加工方法的总数;i为某一个特定的加工方法;pi为某一加工方法的不确定性。Kumar在他的工作中进一步对不确定性进行了规定,用机器的可用性来代替不确定性。

在参考文献[4]中,Chang细化了Kumar的做法,并增加了一个第4种情况与情况1进行对比,比如工件从状态一到状态二有2个路径,且效率相同,但是效率为50,如图2所示。在文献[4]的观点中,第4种情况的柔性应当是小于第1种情况的(在Kumar的观点看来,两者的柔性应该相等)。Chang认为:柔性=f(多样性,效率)=f(范围,时间,花费)。他进而提出了柔性的计算方法:

undefined。

其中:ei为机器完成某个工序的效率,这个效率由机器表现值得到,0≤ei≤1,这个值实际为某台机器在系统中能够完成某项任务的相对能力;ρi是ei的向量化,即全部机器效率的和与某台机器效率ei的比值。这种方法将机器柔性放到系统类进行比较,从而计算机器的柔性。但是这个方法无法将效率与柔性很好地区分开来,在他的假设中,我们可以得出效率高的机器则其柔性就大,而这种假设与柔性的定义是不完全相符的。

有人在文献[4]的方法上再进了一步,文献[5]中将文献[4]中的柔性加入了质量的概念,认为柔性不仅仅由范围、时间、花费组成,还应该将质量的概念加入进去。文献[5]中指出了一个这样的问题,一台制造精度为±0.05 mm的机器可以加工的范围比一台制造精度为±0.025 mm的范围要小,故柔性要更小。不仅如此,他还将权值的概念引入到柔性中,认为不同工序的重要程度不同,故在计算效率时应该考虑工序的重要性。

就在我们怀疑效率的大小是否应该成为衡量柔性的重要指标时,已经有人走的更远,将效率作为评定柔性的唯一标准。在文献[6]中,将柔性定义为工序的权重、效率与机器效率向量化的乘积之和:

undefined。

其中:Fj为某道工序j的柔性;wi为i的权重;eij为机器i在工序j中的表现值。

这种算法导致的结果可能是,一台只能高效完成一个比较重要工序的机器的效率要比一台能较低效完成多个次要任务机器的效率差的很多。这同许多研究中所认为的柔性的产生是应当牺牲一部分效率来保持市场的适应性是不相符的。

这种方法仍旧得到了一些改进,在文献[7]中将这种方法发挥到了极致。文献[7]自称是考虑所有机器柔性度量中所有的因素而综合的算法,而且不仅很好地融合了这些方法,并考虑到了以后可能引入的产品。实际上,该方法只是运用了DEA的方法,将生产时间、准备时间、生产花费、准备花费融合成一个效率因素,并加入了更好的权值计算方法,使得该方法看起来变得全面。实际上,它仍然面对着一个相同的问题,即系统的表现是否能够作为评定柔性的重要标准。

在这些方法之外,仍旧有一些人在试图探讨如何更好地度量柔性,文献[8]认为,使用一个简单通用的方法来对复杂的柔性进行度量是不可能的,故他试图将几种测量柔性的方法分类,并提出了各种方法的计算框架,它指出任何对这个框架的运用都应当进行修改。实际上,它的分类是基于运算的分类,与通常意义上的基于层次的分类差异较大,并不好实际运用,且所谓运算的框架也只是简单地将范围与效率做了融合,并没能给出一个太好的解决方法。

文献[9]和文献[10]建立起复杂的模型来描述柔性,可是这些模型通常太过复杂也没能得到较好的运用。

总的来说,柔性的度量并没有得到好的解决,且度量与柔性的定义有很大程度的脱节。大部分使用效率作为柔性的方法很难提出一个可以合理定义他们所测量柔性的定义。

2 结论

尽管柔性作为系统性能评价的重要指标之一被广泛接受,但是,目前仍旧没有一个较为可行的方法能够对其进行有效的评价,通过对系统的变化效率间的比较能在一定程度上对柔性进行描述,但不能很好地使其与其他的系统评价指标加以区分,其原因很大程度上是因为柔性的度量与柔性的定义本身存在着一定的脱节。如何将柔性的度量与其定义统一,并辨别柔性的度量与系统其他性能指标间的关系将是柔性度量研究的下一步发展方向。

参考文献

[1]胡奇飞,熊红云,鲁五一.基于优先级表的电泳柔性生产线动态调度[J].机械工程与自动化,2007(3):14-16.

[2]杜军,韩文秀,焦媛媛.柔性制造系统中的实物期权识别和定价[J].中国机械工程.2004,15(10):878-881.

[3]Kumar Vinod.Entropic measures of manufacturingflexibility[J].International Journal of ProductionResearch,1987,25(7):957-966.

[4]Chang An-Yuan,Whitehouse David J,Chang Sheng-Lin,et al.An approach to the measurement of single-machineflexibility[J].International Journal of ProductionResearch,2001,39(8):1589-1601.

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[8]Shewchuk J P.A set of generic flexibility measures formanufacturing applications[J].International Journal ofProduction Research,1999,37(13):3017-3042.

[9]Barad M,Nof S Y.CIM flexibility measures a review anda framework for analysis and applicability assessment[J].International Journal of Computer IntegratedManufacturing,1997,10(1-4):296-308.

柔性制造系统的关键技术及发展趋势 篇5

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)

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、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

1.FMC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，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

论柔性制造控制系统的并行设计方法 篇6

关键词：柔性制造 控制系统 并行设计方法

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0057-01

伴随着社会的进步和科技水平的提高，人们对制造业又提出了新的要求，传统的生产方式已不能满足人们对制造品日益增长的需求。在大批量生产的时代背景下，先进的制造控制系统设计方法的应用与更新很大程度上决定了一个企业的发展方向。该文通过分析柔性制造控制系统的发展现状，根据柔性制造控制系统的结构和特点，指出传统柔性制造控制系统设计方面的缺点和不足，构建全新的柔性制造控制系统的并行设计模型，为我国制造业的发展不断注入新的力量。

1 柔性制造控制系统的内容和特点

1.1 柔性制造控制系统的内容

柔性制造控制系统是一个由计算机控制的复杂系统，它由物流控制设备、自动化仓库、无人输送台、信息传输站等部分组成。柔性制造控制系统具有控制、加工、测量、存储系统的功能，其中，控制系统作为核心部分，对柔性制造控制系统的性能与效率起到决定作用。柔性制造控制系统以计算机智能功能为核心，把半独立的工位与物料运输系统结合起来，高效自主地生产多品种小批量的产品。

1.2 柔性制造控制系统的特点

（1）自动化程度较高。

（2）与传统的加工系统相比，柔性制造控制系统所需要的机床数量较少，利用信息流和系统规划进行合理的加工和组织。

（3）在一次上料之后，柔性制造控制系统需要较长时间进行加工，但是装夹次数较少。

（4）物料搬运体系的分类决定了柔性制造控制系统中机床的分布。

2 柔性制造控制系统的发展状况

在传统制造业生产过程中，小批量生产周期长、效率不高、成本昂贵以及质量水平低等问题不断出现，满足不了市场需求，严重影响了我国制造业的发展。我国柔性制造控制系统起步较晚，但发展速度较快。柔性制造控制系统作为一种先进的制造系统，其系统设计方法的更新起到关键作用，传统的柔性制造控制系统设计方法存在的问题日益明显，建立柔性制造控制系统的并行设计成为制造企业的首选。

3 柔性制造控制系统的并行设计

3.1 柔性制造控制系统的并行设计的关键技术

柔性制造控制系统的并行设计在规划时主要包含的关键技术有：在并行设计的条件下将抽象的信息和建模技术相结合；建立网络化、分布化的计算机系统作为并行设计的框架；运用计算机模拟仿真技术将产品性能形象化；建立柔性制造控制系统并行设计的综合测评系统；进行科学合理的管理，完善和发展并行设计。

3.2 柔性制造控制系统的并行设计的方法策略

为了增强柔性制造控制系统并行设计的独立性、自控力，增强各系统间的相互合作，柔性制造控制系统并行设计需要具备以下几点方法策略：

（1）具体制造控制系统与信息系统具有相对的独立性。

（2）方法更新、信息系统以及它在处理事务的过程与制造控制系统的决策功能相独立。

（3）系统控制系统的决策功能与应用界面的表现形式相独立。

（4）发展计算机模拟仿真技术，将制造控制系统的开发与控制系统的仿真测评系统进行同步发展。

（5）制造控制系统的控制实体组件具有独立性，这些自治的实体部件将内部功能和外部合作独立开来。

3.3 柔性制造控制系统的并行设计实施的基本内容

（1）概念层面设计。

在控制系统全面分析的基础上进行概念层面设计，在了解企业管理模式及制造控制系统的布局的条件下，根据制造控制系统的基本体系结构进行分析，确定各自治实体部件的系统控制准则及决策的活动链。

（2）逻辑层面设计。

逻辑层面的设计需要创建在概念层面设计的基础之上，把在概念层面上形成的方案策略及技术模型进行具体深入的分析评价。负责系统设计的工作人员需要详细设计各实体部件之间的功能模型；负责数据库设计的工作人员需要详细设计整个数据库的逻辑模型以及各实体部件的局部数据库模型；负责界面设计的工作人员需要和信息技术人员相互合作，由界面设计工作人员确定好界面框架，由信息技术人员确定每个界面下的操作内容、决策规则及完成命令的相关工具。

（3）虚拟物理层面设计。

为了增强制造控制系统的开放性、可靠性、自主性、可重复利用性等多个性能，需要通过虚拟物理层面的设计建立统一的建模语言及各实体组件技术。在创建好制造控制系统并行设计许可的环境条件下，负责系统设计的工作人员需要详细设计控制系统的开发平台、运行平台及完成系统开发条件的工具；在面向对象的模型与逻辑层面控制的模型相映射下形成不同种类的操作、属性的基础上，软件设计人员需要对物理、信息、通信等对象类进行合理详细的设计；在各实体部件的接口定义受控的基础上，进行各实体部件之间的报文传送接口的设计；负责数据库设计的工作人员需要对整个数据库的结构数据和存储拿取的方法进行物理模型的设计。

4 结语

基于当今网络的快速发展，计算机已逐步应用于制造业，柔性制造控制系统的并行设计也需不断更新和研究。在了解了我国柔性制造控制系统的发展状况之后，根据柔性制造控制系统的内容和特点，从柔性制造控制系统的并行设计的基本内容、关键技术、方法策略等方面展开分析，优化柔性制造控制系统并行设计方法，缩短生产时间，转变企业运行方式和管理模式，提高企业的生产效率，增强制造企业的竞争力。

参考文献

[1]周炳海，奚立峰，王世进.柔性制造控制系统的并行设计方法[J].上海交通大学学报，2004（6）：909-913，918.

[2]梁爽.柔性制造系统实验平台的设计与控制[D].华南理工大学，2010.

[3]张浩，张曙.柔性制造系统的规划设计方法[J].组合机床与自动化加工技术，1995（1）：22-32，38.

[4]王慧.制造过程产能柔性及其若干关键技术研究[D].武汉理工大学，2007.

海域水下排污柔性管道系统 篇7

聚乙烯 (polyethylene-HDPE) 和聚丙烯 (polyproylenPP) 的柔性管道非常适用于海域水下管道排污管道系统使用。柔性管道可以挤压很长的段, 把接头连接好之后, , 可以从生产基地拖到排污地点, 以最小的工作量沉放到海底。此种管道沉放于海底后, 能与海流和波浪的作用以及海底状况保持协调, 不会出现事故, 因此可以达到结构轻便而且施工时间短的目的。

一个5km或更长的排污管道系统与机械—化学处理法的污水处理厂相比, 在经济上有很大的竞争力, 前者在运转费用和能耗的节省上是很客观的, 而且可靠性也高。

1 海域水下排污与污水处理厂的比较

近十年来, 由于水环境保护的日益重视, 已研究出各种技术, 能大规模的高效可靠的将城市或工业废水中的污染物或其他营养物质清除掉。这些技术在世界各地已广泛应用。但在另一方面却忽视了一个重要事实, 即海洋或大型水体, 对处理有机污染物的负荷, 有巨大的自然净化这一能力没有得到充分利用。实际上水污染问题多在局部地区是严重的, 对游泳、景观有影响, 而且危害人体健康。海洋水体的循环运动能力很强, 可以把废物扩散到无害的程度, 而且某些营养物质的输入还可以增加水中生物的质量[1,2,3,4,5]。

有些国家主张处理废水要使用最高的技术, 而不管排入外界的受纳水体是什么类型的。各地在处理废水排送到外界的受纳水体不可能是相同的, 如果按上述统一原则办事, 势必造成某些地区的自然资源未得到很好的利用和保护, 造成不必要的浪费, 而在另一些地方, 废水处理得又不够妥当。

在废水处理方案的选择上有两个方面需要考虑:一是废水经过先进技术处理后, 排至不开阔的或封闭的海域或湖泊水体中;另一个是经过基本的机械方法处理后通过排污管道排送到海域水下扩散。选择的原则有一下几点:

(1) 系统的可靠性和安全性;

(2) 经济上的评价, 建议投资费用、运转费用和经济效果;

(3) 能源消耗。

例如, 一座平日处理量1m3/s, 峰值处理量2m3/s的污水处理厂, 其建设费用不会少于:

(1) 低档处理后海域排放, 最低费用500万美元;

(2) 机械处理排放, 1000万美元;

(3) 机械—化学方法处理排放, 1500万美元;

(4) 先进技术处理, 包括机械、生物、脱氮、脱磷、过滤、氯化, 4000万美元。

2 柔性管道系统

一个5km长的柔性管道海域水下排放系统, 其费用低于机械—化学处理措施的污水处理厂。而且这个系统的运行可靠性比污水处理厂高, 其操作误差带来的危害性也小。

先进处理技术的能源消耗费是多方面的, 主要是各种化学剂生产的能耗, 估计为0.6k W·h/m3;一个与低档处理技术相结合的海域水下排放系统, 其能耗估计为0.15k W·h/m3, 主要用在输送泵和管道制作上。海洋排污系统, 从各方面来看是最优秀选择方案[3]。

3 柔性排污管道系统的概念

柔性排污管道是由粘弹性物质的聚乙烯 (HDPE) 或聚丙烯 (PP) 材料制成的管道。有以下三个基本特点:

(1) 沉放到海底后, 可以与海浪、海流以及海底保持协调, 不会出毛病;

(2) 充气后, 已配上节头压重的管道能浮起来, 可以拖送到沉放地点, 使用排气法将管道沉放到海底;

(3) 可以在工厂挤压成长5km的管段。

将两个基本特点分析如下:

(1) 对外界作用力的抵御能力:任何一种设计, 都必须使其功能不受外界作用力的干扰。如果管道是采用钢性物质, 如铸铁、钢、水泥或木材制作的, 欲使管道密封不漏水, 则必须能抵抗其上所加的全部负荷, 不能有任何变形或错动。而海底管道由HDPE这种粘弹性物质制成时, 在恶劣的海洋环境里, 使管道保持其初始位置的条件则不是绝对的了。这种移动, 在管道材质中形成的应力不是太大的。对这种管道不必设计成在其实用中可能出现的最大的力, 只要这种力持续的时间足够短, 如波浪的力;这种管道只要设计成能够抵抗已知频率出现的力就可以了。这说明不必进行大范围的波浪观测, 这笔费用可以省下来, 并且大范围的腐蚀防护和钢性支撑也是不必要的了。

直接沉放在海底的管道, 可以适应海底的起伏状况, 在沙质的海底, 管道可能暂时或永久的被沉埋在沟槽里, 这样要求水下的工作量可以大为减少。这种情况下, 管道可能在海沟槽内引起局部腐蚀。

理论证明, 直接沉放在海底的管道所受到的升力要比离海底有一定距离的管道受到的升力要大的多。如果固定在管道节头压重的设计使管道沉放在海底以上的某个距离上, 由于腐蚀或沉降的结果, 管道会逐渐沉下去, 躺在海底上。此时, 海浪和海流的作用还能使管道连同其节头压重浮升到某个高度, 逐渐使节头压重与海流的升力达到平衡[6]。由海浪和海流的作用不会同时作用于管道的全段上, 所以管道在纵向上的连贯性能将移动了的邻近部分拉回到初始位置上。这样, 柔性管道系统能抵抗传统的钢性管道系统所负担了的各种负荷。

节头压重物对管道沉放海底是很重要的, 一般要求是小于管道排出水的40%, 这样管道充气后, 可以带着节头压重物浮升起来。

(2) 使用排气法沉放管道:在管道生产基地可以把接头接好, 拖到沉放地点。HDPE管道允许1.5%的变形, 相当于把管道弯曲成半径为管道直径33倍的圆弧, 此时管道的钢性仍能避免弯曲变形。在海面沿着管道的轴向拖加一定的推力把管道沉放到海底, 通过控制管内压力不会超过允许的变形。所要求的管道拉伸力, 是沉放地点海浪运动力的函数。在压力小于4个大气压的条件下, 弯曲管道的限制先是出现管壁的扭曲褶皱, 而不是管比变形。

使用数字模拟方法, 可以预测管道受到波浪、海流干扰下的行为, 用适当的计算模式分析, 能在短时间内为沉放管道———即使在严酷的海洋条件下———提出施工准则。

4 柔性道的制作

HDPE, PP是粘弹性材料。可以制成大管径管道, 目前, 最大管径是1.2m, 但是1.6m管径管道的制作也在开发中。

管道的制作, 首先是将熔融的原材料放在特制的模子里, 在拉伸器中拉伸, 然而用冷水冷却。冷却的过程, 对检查固定在管壁里的应力是很重要的。管道的制作是连续的, 其长度根据需要而定。在一般工厂制作, 管道长度决定于运送到安放地点的能力。例如, 工厂在海边, 可将管道拖到最近海岸, 长度可达500m, 这个长度也可以有铁路运。管道的连接是采用连杆端法兰对头焊接。

质量控制, 柔性管道海洋排污系统的质量控制与其他工程系统的质量控制一样, 都是很重要的。其目的是为了保证在使用中不出现故障。有三个方面:原材料, 上法兰、焊接, 沉放。

原材料的选择, 要求保证至少有1.3的安全系统。在应力和温度最高的条件下使用50年。HDPE、PP是为各种目的制作的, 品种上少有不同, 重要的是所用的材料能满足使用的特殊要求。

拉伸过程对管道的质量有头等重要的意义。如果温度过低, 拉伸过程运行不正常;如果温度过高, 材料发生氧化, 能严重影响管道的强度。如果冷却过程过快 (冷却水温过低) , 在高温下的应力固定在管壁内, 达不到应有的强度。发生了这两种情况的管道, 尤其不能达到要求的强度。

在制作过程中要避免划伤管道。制作过程中的任何不均匀, 都是因为未控制好生产要求的生产条件, 这种管道与正常的、经过长期试验的产品不一样。管道有任何不规则都不能使用, 除非经特殊的试验证明它有足够的强度。

HDPE、PP属于粘弹性物质, 用此材料制作的管道能在短时间内承受比它整个使用期间高的多的负荷。因此管道的短期压力试验, 几乎不能提供管道长期强度的信息。真正的强度试验是在高温度条件下进行的, 对HDPE是80℃、对PP是95℃。

焊接过程也应小心加以控制, 严格遵守提供的焊接参数———温度、焊接压力。要确保在加工操作和沉放操作中焊接不会出现变形。

所有要求都做到了, 实验条件都达到了, 就能得到管道的要求特性。据资料记载, 凡是出现什么毛病, 都是因为没有遵守质量控制的指导造成的。

5 有关事项

(1) 强制排放———瞬时压力。对大规模的污水排放, 建立重力排放系统是不经济的, 建立泵站是必须的。一个5 km长的排污系统, 管径准1m, 最大处理量2m3/s, 要求有35m、w、c压头, 对此排污系统与原有关的瞬时眼里必须考虑。停泵时泵站所承受的压力经过管线能够传出去。如参考文献[8]所指出的, 与钢性材料的管道相比, 此管道的柔性对压力的传播有一定的优越性。

运转过程中要防止空气进入管道中, 以保证管道不再浮升起来。防止空气进入管道的方法不可能是完全一样的, 要根据实际情况去定。泵站位于海边时, 合适的办法是把管道接在最低水平线位置以下的地方, 并且从泵池或从海边储池修一旁路引到加压侧, 再对负压进行检查。如果泵站是在离海边较远的陆上, 在靠近海边的地方应建一测压系统。

(2) 终端扩散:污水经排污管道终端开口进入海水中, 终端开口的设计要保证污水有规律的排出, 按1:100与海水进行混合。此混合不受海底波动压力的影响。污水的稀释受扩散段海水流动强度的影响, 因此要确定扩散段的长度。开口愈小, 从开口喷射出的污水混合的能力愈强, 但开口直径不应小于5cm, 从开口喷射出的速率时4m/s。

(3) 排岸浪带的跨越:在排岸浪带内, 波浪与岸流的压力是很大的, 而且也难预测。海底地形, 随波浪的作用, 可以发生迅速的变化, 因此, 在跨越此带时, 把管道沉埋起来是必要的, 也是适当的。管道要埋多深, 视周围环境而定, 一般2~7m。此深度要与泵站协调配合。现在正在开发专门的技术, 即在沉积物中不断开挖沟槽使管道跨越拍岸浪带。

6 惠南工业区海底排污管道工程

惠南工业区海底排污管道工程位于泉州湾北岸张坂镇玉霞村西屿附近海域, 管线起点为污水处理厂出水口 (张坂镇井头村) 经过一段陆域至玉霞村海滩入海, 终点位于西屿西南附近600m海域7.8m黄零 (4.53m理零) 水深处, 管线总长约3500m, 其中陆上2200m, 海上1300m, 末端接长35m扩散器, 管径为500mm。工程总投资3950.08万元。其中海上管道部分总投资1175.59万元。

6.1 施工方案和施工工期

(1) 陆上管线施工:采用明管敷设。

(2) 潮间带, 利用退潮时, 利用挖掘机开挖沟槽, 汽运碎石砂回填垫层, 吊机吊管安装。

(3) 水下施工采用抓斗式挖泥船进行基槽挖泥, 碎石桩要用桩船施打。民船运、抛砂、石。采用船吊安装管道。

6.2 施工期主要污染源

(1) 悬浮泥沙产生量。

管沟槽开挖泥沙入海主要在管线近岸段, 挖泥量约29040m3, 采用8m3抓斗式挖泥船施工, 悬浮泥沙产生量≤7.5t/h, 相当于2.08kg/s。

(2) 施工船只产生的污染源分析。

施工生活污水:施工人员按50人估算, 人均用水量按0.20t/d, 排污系数取0.8, 计算生活污水产生量为8t/d。生活污水主要含COD、BOD、氨氮等, 应防止污水漫流或直接流入海域。

施工船舶污水:主要考虑施工船舶机舱含油污水, 污水量较小, 经船舶自备处理装置处理或由有资质的单位收集处理。港作船员废弃物量按每人每天1kg/d计, 则50个施工人员垃圾产生量为50kg/d。

6.3 营运期排污效果

尾水排放按照2.5×104m3/d的排放量计算, 进、出水水质及污染源强见表1。

(1) 排海污水量2.5万t/d, 排放方式为铺设排海管离岸排放, 排放口位于西屿西南约600m, 排放水深-7.8m (黄零) 。

(2) 排放标准GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》表1中一级B标准。

7 结论

海洋排污系统对先进技术提出了要求。至今多是使用钢性材料的管道, 如水泥管、铸铁管, 然而, 柔性材料的管道不论在施工阶段或是对运转使用都有很大的优点, 对建设安全而且投资少的排污系统有很大的作用。通过系统的应用, 我们所谓的柔性理论, 可以容易的做到将污水引至离海岸较远和较深的地方。希望谨慎的把海洋处理方法作为环保的一个最终措施, 这样大管径的HDPE、PP柔性管道的使用, 可为实现这一目的作出应有的贡献。

摘要：海底排污管道的选择与使用受许多因素的影响, 本文从使用柔性管道这一论点出发, 论述该方法的可行性, 提出海洋排污系统使用柔性管道的诸多好处。

关键词：海底排污,柔性管道,聚乙烯,聚丙烯

参考文献

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[7]Lars-Eric Janson, Ingemer Bjorklund:Improved simplified method for guality control of HDPE pipes.Swedish National Council for Building Report R32:1976.Stockhim 1976.

柔性制造系统FMS的应用 篇8

柔性制造系统是由计算机集中管理和控制、灵活多变的高度自动化加工系统, 由加工、物流、信息流三个子系统组成, 在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。如图所示, FMS主要由以下几个组成部分。

柔性制造系统的基本组成

1、加工系统

加工系统是FMS的基本单元, 由两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元及其它加工设备组成。加工系统所需设备的类型、数量、大小等, 由被加工零件的类型尺寸和批量来决定。

2、工件运储系统

工件储运系统由物流控制管理系统、工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置等组成, 能够对加工工件和原材料进行自动装卸、运输和存储。工件装卸站完成工件的装卸工作, 将待加工的毛坯装在托盘上送入系统, 将加工后的工件随托盘从系统中输出, 其设计要和机床、仓库货架、托盘尺寸同一考虑。

3、刀具运储系统

刀具运储系统在FMS中有着重要的作用, 它包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。

4、计算机控制系统

计算机控制系统接收工厂计算机的指令, 能够对整个FMS实行监控和管理, 实现生产计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。

5、其它

此外, 柔性制造系统还包含集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等附属系统, 要根据各系统的具体要求来设计、配备。

二、方案论证分析

1、可行性分析

根据用户提出的要求, 对要开发的FMS进行初步的经济和技术可行性分析。分析内容包括:用户的经济实力, 被加工零件的产量、批量、产值和利润是否与系统相匹配, 从工艺上分析零件是否有不宜在FMS上加工的内容。

2、结构类型的分析

FMS应用范围广、种类多, 不同类型的FMS, 其构成的差别也是很大的。柔性制造系统的结构类型主要取决于用户对产量、批量和柔性的要求, 但与制造厂本身产品的特点也有很大的关系, 必须结合自身产品的特点来满足用户的要求。这样可以减少产品的种类, 从而降低FMS的造价。输送系统选用有轨小车还是无轨小车, 也要在此阶段予以考虑。

3、零件的分析和选择

在机械产品的生产中, FMS占据着一个相当广泛的空间。国外专家认为FMS适用的范围为零件品种3~40种、生产量3~40件/h (相当于年产零件数9000~120000个) 。但由于实际情况有小的简单零件, 也有形状、工艺相近的零件, 所以很难用一个具体的数字进行死规定。结合我国企业的情况, 我们认为一般年产量5000~100000件、品种3~15种的零件, 都是比较适合FMS加工的对象。

用户零件首先是用户根据需要提出来的, 但可以和用户进行充分讨论, 相互沟通后作部分修改。讨论的问题包括:有些高精度的或特殊的工艺是否放在FMS中加工;零件品种是否太多, 如果太多可建议分批上线;零件种类是否太少, 如果太少可把一些杂类零件组合上线。这样才能够提高FMS的利用率。通过这项分析, 可为FMS选择一些比较合适的加工对象, 从而开始正式的设计工作。

三、具体实施方法

1、工装夹具草图的绘制

对于被选定的零件, 每种零件要设计出一张工装夹具草图。草图中要确定夹紧点、定位点、安装次数。一般箱体零件需要两次安装, 有的还需要三次安装。对于一些小杂零件, 一个夹具上可安装8~16个零件。零件在上机床前最好有预加工的定位基准, 使工作更可靠些。对于一些毛坯上线的小杂零件件, 可用样板来粗定位。

2、零件的工艺分析

根据每种零件的结构, 以及尺寸精度、表面质量和技术条件这些产品设计要求, 确定其加工工艺路线, 选择合适的刀具、合理的切削用量 (三要素) , 计算出零件加工工时定额。在进行零件的工艺分析时, 保证零件的加工精度是首要的。因为FMS刀具费用高, 对产品成本的影响较大, 所以选择刀具时, 应该尽量采用高效、复合刀具。

3、系统初步布局

利用工艺分析的结果, 可以初步确定机床的类型和数量.并要考虑刀具的分配和刀具的负荷平衡, 要确定FMS“互补”和“互替”的程度。因为从工艺分析的结果看, 每种零件所需的刀具都有一部分是相同的, 一部分是不同的。如果“互替”的程度很高, 刀具的数量就会很大, 从而使成本上升。如果像传统的组合机床生产线那样按“互补”的方式安排, 刀具数量较少, 但一旦出现故障会全线停机, 这在FMS的设计中是不允许的。经此步分析后, 能够画出FMS初步布局。

4、仿真和优化

将上述系统初步布局方案输入计算机, 进行仿真和优化, 在仿真过程中可输入不同的产品订单进行比较。由于FMS遇到的情况是千变万化的, 很难找到一个最优的方案, 一般要求机床的利用率在90%以上。经过模拟仿真之后, 可正式确定FMS的机床台数、托板数、储存站数和装卸站数等, 原确定的数量如不合适可进行修改。

5、完成系统设计

根据仿真和优化的结果, 增加相应的辅助设备, 例如清洗、排屑、检查等, 就可以正式设计出FMS的总图, 并完成专用部件及控制系统的设计。目前, FMS的软件已经具备较完善的标准功能, 对于一些有特殊要求的FMS, 就需要在FMS设计中予以补充开发。

摘要：柔性制造系统是近年来流行的先进制造技术, 文中论述了实际应用时系统的总体方案设计方法, 以及方案论证分析内容, 详细介绍了工装夹具设计、零件工艺分析、系统初步布局、仿真和优化等具体实施过程。

并购后期企业理财系统柔性建设研究 篇9

一、理财系统柔性建设概述

所谓的柔性理财管理是一种结合现代理财管理与传统理财管理的新型理财管理方式, 其依托于现代高新技术, 能够在很大程度上将企业中每个人的创造性思维发挥出来, 从而有效提升企业财务资源的使用效率, 使企业中的资源能够得到充分的优化配置, 即使企业处于危机状态, 也能够将理财管理的相关功能发挥出来。具体来讲, 柔性理财的特征主要体现在以下几方面:其一, 与传统的理财管理方式相比更加灵活;其二, 柔性理财的组织架构更加发达, 有利于企业各部门之间的有效沟通;其三, 在主导战略方面更加多元化, 能够快速有效地占领市场;其四, 对财务管理的相关人员要求更高, 重视人才的综合能力与多方面素质, 体现出柔性建设“以人为本”的特点。

二、企业进行并购的理财风险

(一) 当前企业并购的发展状态

随着改革开放进程的不断推进, 很多企业为了扩大自身规模选择了并购, 并购也一度成为企业发展的一种主要模式。而随着全球经济一体化步伐的加快, 经济的快速发展使得风险投资成为热门, 这也为企业并购提供契机。但在看到并购所带来的经济利益的同时, 并购的风险也是不容忽视的。从很多企业并购之后的形势上看, 如果企业在并购之前没有对并购风险做出充分科学的分析与预判, 并购所带给企业的并不是期待中的经济利益, 而是前所未有的灾难。所以, 企业想要并购, 就必须对并购风险进行有效把控, 并做出未雨绸缪的相关措施, 以化解并购风险。

(二) 企业并购的前期风险

一般情况下, 企业并购的前期理财风险主要有三种:其一为融资风险, 企业并购需要花费大量的资金以支撑并购所产生的经济需求, 如果企业在并购前期没有实现准备好充足的资金, 则很难完成并购行为;其二为高估被并购企业价值, 该风险主要存在于企业对被并购企业的非理性出价, 出现该风险会给企业带来更大的财务负担, 在一定程度上对企业的长期稳定发展产生影响;其三为资源配置风险, 这类风险主要存在于并购初期, 并购双方无法完成财务资源的优化配置, 不利于企业的财务整合。

(三) 企业并购的后期风险

经历并规避了企业并购的前期风险, 还需要对企业并购后期的理财风险进行控制, 这主要取决于企业对理财风险情况的掌握程度, 以及能否采取适当的方式来化解风险。在并购后期企业需要面对的理财风险主要有以下三种:

其一为理财风险在暴露过程中的不同步性, 一般情况下, 先出现的风险是并购双方信息不平衡而产生的风险, 之后便是企业员工思想层面以及企业文化等方面所产生的风险, 最后则是企业战略、市场等方面产生的风险, 由于风险潜伏期相对较长, 因此企业也需要更长的时间进行防范与处理。

其二为理财风险之间的相关性, 在企业并购后期, 很多风险之间都是具有相关性的, 先出现的风险很有可能对企业后期发展带来一定隐患, 从而不利于企业后期建设。在这个过程中, 多种风险夹杂在一起, 相互影响、相互作用, 一旦爆发便会一发不可收拾。

其三为风险的可控制性有所降低, 不可控制的理财风险主要指的是政治、自然、经济所引起的财务风险, 这些风险不仅难以控制, 也为企业带来更大的压力。相比于并购前期, 并购后期的风险可控制性更低, 但也并不是完全不可控制。所以企业需要采取更加积极的风险应对方式, 争取将风险所带来的损失降到最低。

三、企业建设柔性理财系统的优势分析

(一) 柔性理财系统的建设更能有效应对风险

在传统的企业理财风险管理系统中, 常常通过建立专门部门的方式在应对风险, 但随着市场的不断变化, 这种方式的缺陷也逐渐显露出来。而柔性的理财管理方式是通过各部门之间的相互配合来完成风险管理的, 从整体上提升了企业对财务风险的应对能力, 也在很大程度上拓展的企业理财风险的管理范围。

(二) 柔性理财系统的建设更能有效防范风险

作为一种比较新的财务管理形式, 柔性财务管理天生便能够对企业并购的风险进行适应于预防, 所以, 在风险产生变化的过程中, 柔性理财风险也在随之变化, 因此, 柔性理财系统更能够对理财风险进行控制, 其风险防范能力也会随着风险的变化而变化。企业可以通过对柔性理财系统进行改进, 从而使其保持在一个相对合理的水平, 从而有效提升对并购后期理财风险的防范能力。

(三) 柔性理财系统的建设更能有效适应风险

从传统的角度看, 企业对风险的控制只单纯的停留在预防以及认识的层面上, 一旦真的发生风险, 企业往往没有足够快速的反应速度, 因此, 不能及时对风险进行控制, 在风险对企业产生危害时, 才急于处理。这种做法在很大程度上扩大了企业损失, 不利于企业未来发展。而建设柔性理财系统则能够在风险发生的第一时间对风险进行控制与应对, 有效适应风险, 有利于降低风险对企业带来的损失。

四、并购后期企业进行柔性理财系统建设的相关建议

(一) 以网络为依托, 构建信息化的管理系统

当前, 信息技术的发展使得各种网络资源涌入到企业的理财管理中来, 很多网络理财工具也应运而生, 云技术的应用也推动了网络技术工具的更新换代。“云”作为一种数据存储工具, 能够以网络为依托进行随时随地的数据提取, 这便能够更加高效的解决企业并购后期存在的一些信息问题, 也能够使企业内部的相关信息得到更加及时有效地传播与共享。与此同时, 以网络为依托还能够使企业的财务信息更加智能与精细, 提升信息利用率, 因此, 企业在建设柔性理财系统的过程中, 网络是不可或缺的重要基础。

(二) 提升企业的理财整合

进行理财整合有利于企业并购过程中财务的稳定发展。并购之后, 双方企业需要以整体利益为最高原则, 企业理财系统的柔性建设需要兼顾双方企业的财务系统, 并进行统一规划, 尽可能降低柔性理财系统建设与实施过程中的成本。这也是企业柔性理财系统良好运行与否的决定性因素。

(三) 调节企业中各方关系, 实现共赢

企业并购以后, 在处理好并购双方之间关系的同时, 也要处理好被并购企业原有合作企业之间的关系, 尤其是对被并购企业进行投资与融资的相关企业。深化与他们的合作, 让他们继续成为企业发展的推动力。与此同时, 被并购企业的原有客户、原料供应企业、地方政府与税收部门等的关系也要处理好。

(四) 重新定义与转变财务职能

对财务职能进行重新定位是并购之后非常重要的步骤, 也是建设柔性理财系统不可或缺的条件。柔性理财系统需要企业之间各部门具备良好的协调性与合作性, 财务部门与企业中其他部门的联系非常紧密, 如果财务工作受到影响, 也会干预到企业的其他部门。因此, 在企业并购之后, 财务部门的职能需要转变, 并进行重新定义, 以促进企业各项财务工作的顺利开展。

五、结论

随着企业的不断壮大, 并购已经成为企业提升实力的有效途径, 在进行并购的过程中, 需要正视并购所带来的风险, 建设柔性理财系统能够在很大程度上帮助企业规避与处理企业并购后期所出现的相关风险, 降低企业处理风险的成本, 有利于企业的未来发展。

参考文献

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柔性系统 篇10

随着科技的发展, 永磁传动技术到目前已经形成了多种多样的传动形式。永磁传动器是一种常见的永磁传动结构 (图1) , 主要由导体转子、永磁转子二部分组成。导体转子固定在电动机轴上, 永磁转子固定在负载转轴上, 导体转子和永磁转子之间有间隙 (称为气隙) , 通过气隙传递扭矩。电动机和负载由原来的硬 (机械) 链接转变为软 (磁) 链接。其工作原理是一端稀有金属氧化物永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩。磁感应是通过磁体和导体之间的相对运动产生的, 因此永磁传动器的输出转速始终都比输入转速小, 转速差称为滑差。一般情况下, 在电动机满转时, 永磁传动器的滑差在1%~4%之间[1]。

永磁传动具有带缓冲的软启动功能和过载保护功能, 不仅可以减少电动机的冲击电流, 延长设备使用寿命, 也能提高整个电动机驱动系统的可靠性。同时, 永磁传动器体积小、安装方便, 可调节气隙改变转速, 具有明显的节能效果。在永磁传动技术的基础上设计一套抽油机柔性调速系统, 可以实现对抽油机井的柔性调速控制, 提高原油生产效率, 降低能耗。

1 抽油机柔性调速系统总体方案

抽油机柔性调速系统主要由单片机控制单元、检测传感器、永磁传动器、抽油机拖动电动机等组成。系统的主要设计任务是利用各类检测传感器采集抽油机每个冲程的载荷、位移变化等示功图信息以及电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等工作参数, 对抽油机的各种工况 (包括非正常停机、空抽、过载等故障) 进行实时诊断, 并将各种信息通过通讯模块传送到控制单元, 由控制单元根据相关算法向永磁传动器发出控制信号, 对抽油机的冲速按照工况要求进行调整[2]。

抽油机运行控制功能:

1) 实现电动机的正常启动, 或者空抽停机后的自动启动。启动时, 多速电动机将由最低转速绕组启动, 并持续维持运行, 之后根据实时监测分析结果确定实际运行转速。

2) 电动机运行后, 实时检测系统将定时检测抽油机的各项运行参数, 主要包括三相电压、电流、功率、功率因数等参数, 根据监测分析结果, 电动机将有四种不同的运行:

◇供液充足。在这种工况下, 控制系统将自动切换电动机至最高转速运行, 提高产液量;

◇轻度缺液。当监测诊断系统判断为轻度缺液时, 电动机将自动切换至中速运行, 使泵的充满系数维持在一个合理的水平;

◇重度缺液。当监测诊断系统判断为重度缺液时, 电动机将自动切换至最低转速运行, 此时可以最大程度地提高泵充满系数, 减少“大马拉小车”现象带来的额外损耗, 达到提高系统效率与节约电能的目的;

◇空抽控制。当检测诊断系统判断工况为空抽时, 控制系统将控制抽油机停机, 这样将减少电能不必要的浪费。在停机期间, 监控系统会持续监测动液面, 电源电压等参数, 如果动液面回复到正常水平, 且电源电压无异常, 控制系统将自动控制抽油机启动, 实现抽油机的智能空抽控制。

3) 在正常运行时, 控制系统能够实现电动机运行参数的实时显示与相应的保护功能。

2 信号采集系统

2.1 电参数采集系统

抽油机井电参数采集系统主要有电压传感器、电流传感器、信号调理电路、AD采集、微处理器等构成, 见图2。无线通信模块主要用于下行通信 (终端和示功仪进行通信) , GPRS/CDMA模块主要是用于上行通信 (终端和主站之间的通信) , 红外通信主要用于现场维护, 在现场和手持设备进行通信, RS485通信主要用于和现场具有485接口的设备通信 (一般为485电表) , 加上无线示功仪就构成了整体的抽油机井监测终端。

2.2 示功图采集系统

无线示功仪的电路见图3, 其工作原理是:采集抽油机悬点的位移和同步载荷等信息, 经数据处理后由短距离无线数据通信信道传送到抽油机井电参数采集监控终端。

3 抽油机井驱动电动机的选择

在油田抽油机井用电动机的选择使用上, 根据设计要求主要满足以下几个方面:

1) 启动转矩要大, 能够满足抽油机的启动要求;

2) 电动机机械特性要“软”。这样对于整个机采系统来说, 能够最大限度地减轻由于惯性载荷、冲击载荷带来的损耗, 提升系统效率;

3) 抽油机启动后进入正常运行阶段, 电动机负载率要高, 避免“大马拉小车”现象;

4) 电动机应具备调速能力, 能够满足不同开发阶段调参的需求。

永磁传动器拥有比较“软”的特性, 可以缓冲惯性载荷, 实现超高转差电动机的功能, 而多速电动机不仅可以满足抽油机启动转矩的要求, 同时在正常运行时可以切换为小功率绕组运行, 减轻“大马拉小车”问题, 而且能够实现有级调速, 因此选用了YD系列变级多速三相异步电动机与永磁传动器共同构成抽油机的驱动装置。

YD系列变级多速三相异步电动机主回路接线及不同接线端子对应转速见图4、图5。

4 柔性调速系统硬件

由于抽油机现场工作环境比较恶劣, 因此在控制系统的设计上应该以经济性、可靠性为主要原则, 根据控制系统各项功能要求, 控制系统的硬件结构见图6, 主要由单片机、LED显示、触摸键盘、电源监控、故障报警、存储电路等部分组成。

系统的单片机控制器选用XXXXX型号, 由给定控制信号经I/O接口传给单片机, 单片机接到信号后由内部程序分析判断处理, 给出油井驱动装置动作策略。检测电路将经过各种检测传感器检测到的信号通过通讯器传送到控制单元, 通过A/D处理后将各种信息传送到LED显示屏或无线传输至相应终端, 使操作人员可以及时看到抽油机柔性调速系统的运行状况。

5 柔性调速系统软件

抽油机柔性调速控制系统应同时具备通用性、可靠性、即时性和控制软件灵活可行的要求。为满足控制软件灵活可行的要求, 软件设计采用模块化设计方案, 使程序思路清晰、辨识性强。软件设计主要由单片机控制系统软件设计和系统监控软件设计两部分组成。

5.1 单片机控制系统软件设计

单片机控制系统主要用于串口的通信、控制计算、A/D转换、检测传感器的信号采集及故障监控等, 其软件功能主要有系统自检、初始化、显示模块、键盘扫描及处理模块、智能判断及调整模块、控制及报警模块、系统复位处理模块等, 操作流程见图7。

5.2 系统监控软件

系统监控软件用于电动机运行状态、抽油机各种工况的显示及控制等。抽油机柔性调速系统监控软件由以下几个基本模块组成:系统监控模块、示功图显示模块、参数设定模块和故障报警模块。

系统监控模块显示抽油机采油相关的基本信息, 包括抽油机冲程、冲速、产液量、电参数等。示功图显示模块显示抽油机悬点载荷与位移之间的关系, 界面上可以显示最大和最小载荷、光杆功率等信息。参数设定模块用于改变变极电动机的极数以改变输出转速, 它可以通过自动和手动两种模式进行设置。故障报警模块用于在抽油机工作过程中遇到的各种故障, 以及电动机启动出现故障时进行预警提示, 包括报警时间、故障类型、事故状况等。

6 现场试验分析

通过对样机多次试验, 验证其达到设计指标要求后, 进入成型产品试验阶段。选取10口油井进行试验, 以进一步验证柔性调速系统的节电效果。

在胜利油田分公司东胜公司选取10口抽油机井安装抽油机柔性调速系统, 改造后抽油机平均装机容量从27.75 k W降低至20.40 k W, 降低了26.48%;有功功率从4.79 k W降为4.46 k W, 减少了0.33 k W;平均系统效率从16.08%提高到21.87%, 提高了5.79%;平均有功节电率为14.24%, 测试数据见表1。

经过现场实践证明, 该柔性调速系统具有良好的通用性、可靠性和即时性, 能够为油田企业的有杆抽油机系统节约大量的能源, 同时可以大大延长设备的使用寿命, 创造可观的经济效益, 具有良好的推广应用价值和发展前景。

摘要：游梁式抽油机是我国油田主要应用的采油举升设备, 在原油开采中占有重要的地位。但由于其载荷特性不匹配等原因使其工作时存在输出功率波动大、能耗过高、系统效率低等缺点。结合永磁传动技术和传感器检测技术, 设计了抽油机柔性调速系统, 经过现场实践证明, 能够有效地提高抽油机系统效率, 降低了能源损耗。

关键词：抽油机,永磁传动,传感器检测,柔性调速系统

参考文献

[1]邬亦炯, 刘卓钧, 赵贵祥, 等.抽油机[M].北京:石油工业出版社, 1994:136-138.