制造自动化的广义内涵、研究现状和发展趋势
| p;当前，及时制生产(Just in time)、并行工程(Concurrent engineering)、精良生产(Lean production)、敏 捷制造(Agile manufacturing)等现代制造模式的提出和研究推动了制造自动化技术研究和应用的发展，以适应现 代制造模式应用的需要。 例如：围绕敏捷制造这一21世纪占主导地位的制造模式的研究，对制造自动化系统中的敏捷制造问题的研究 越来越受到重视。主要问题包括敏捷制造模式下的制造自动化系统体系结构、高效柔性制造系统的建模与重构、 制造能力测量、评价与控制和制造加工过程的拟实制造等等。 2.7 底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃 如目前世界上IMS计划中，提出了智能完备制造系统HMS(Holonic manufacturing system)，HMS是由智能完备 单元复合而成；其底层设备具有开放、自律、合作、适应柔性、可靠、易集成和鲁棒性好等特性。另外，目前世 界上刚刚出现的虚拟轴机床，变革了传统机床的工作原理，其性能上有许多独特优势，特别是有利于实现车间内 各虚拟轴机床的控制和集成。又如快速原型制造(Rapid prototyping)是一种有利于实现集成制造的新技术，近年 来的研究非常活跃。 3 制造自动化技术的发展趋势 近年来，制造自动化技术的研究发展迅速，其发展趋势可用“六化”简要描述。即制造全球化、制造敏捷 化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。 3.1 制造全球化 制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的 研究和应用发展迅速。制造全球化包括的内容非常广泛，主要的有： 市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成。 产品设计和开发的国际合作。 产品制造的跨国化。 制造企业在世界范围内的重组与集成，如动态联盟公司。 制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用。 全球制造的体系结构将要形成。 3.2 制造敏捷化 敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式，当前全球范围内敏捷制造的研究十分活跃。敏捷制 造是对广义制造系统而言。制造环境和制造过程的敏捷性问题是敏捷制造的重要组成部分。敏捷化是制造环境和 制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势。制造环境和制造过程的敏捷化包括的内容很广，如： 柔性：包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性等。 重构能力：能实现快速重组重构，增强对新产品开发的快速响应能力。 快速化的集成制造工艺：如快速原型制造RPM，是一种CAD/CAM的集成工艺。 …… 3.3 制造网络化 当前由于网络技术特别是Internet/Intranet技术的迅速发展，正在给企业制造活动带来新的变革，其影响的 深度、广度和发展速度往往远超过人们的预测。正如1997年10月在新加坡召开的第四届国际CIM大会上，大会主席 Robert Gay博士指出：“自1995年的第三届国际CIM大会以来，基于Internet的生产经营活动是出人意料地迅猛增 长［7］”。又如美国《Manufacturing Engineering》杂志高级编辑Jean V.Owin最近专门撰文论述了基于 Internet的制造的重大意义和应用情况［8］。 基于网络的制造，包括以下几个方面： (1) 制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。 (2) 制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集 成。 (3) 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。 (4) 通过网络，实现异地制造。 总之，制造的网络化，特别是基于Internet/Intranet的制造已成为重要的发展趋势。 3.4 制造虚拟化 制造虚拟化主要指虚拟制造，又称拟实制造。 虚拟制造(Virtual manufacturing)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现 代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学 科知识形成的一种综合系统技术。它将现实制造环境及其制造过程通过建立系统模型映射到计算机及其相关技术 所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动和产品制造全过程，并对产品制 造及制造系统的行为进行预测和评价。 虚拟制造的研究正越来越受到重视。如：美国政府制定的TEAM(敏捷制造使能计划)包括5个重点研究领域，虚 拟制造是其中之一。虚拟制造是实现敏捷制造的重要关键技术，对未来制造业的发展至关重要；同时虚拟制造将 在今后发展成为很大的软件产业，我们应充分注意到这个发展趋势。 3.5 制造智能化 智能制造将是未来制造自动化发展的重要方向。 所谓智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智 能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩 大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。 有人预言下一世纪的制造工业将由两个“I”来标识，即Integration(集成)和Intelligence(智能)。 3.6 制造绿色化 环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题。特别是环境问题，其恶化程度与日剧增，正在对人 类社会的生存与发展造成严重威胁。近年来的研究和实践使人们认识到环境问题决非是孤立存在的，它和资源、 人口两问题有着根本性的内在联系。特别是资源问题，它不仅涉及人类世界有限的资源如何利用，而且它又是产 生环境问题的主要根源。于时，近年来，一个新的概念已经提出：最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物， 是当前世界上环境问题的治本之道。 制造业量大面广，对环境的总体影响很大。可以说，制造业一方面是创造人类财富的支柱产业，但同时又是 当前环境污染的主要源头。有鉴于此，如何使制造业尽可能少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方 面。于是一个新概念——绿色制造(Green manufacturing)［10］由此产生。 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运 输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制造是可持续发 展战略在制造业中的体现，或者说绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。 绿色制造涉及的面很广［11］，涉及到产品的整个生命周期和多生命周期。对制造环境和制造过程而言，绿 色制造主要涉及到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。绿色制造是目前和将来制造自动化 系统应该予以充分考虑的一个重大问题。 4 结论 制造自动化是一个动态概念，有着十分广泛和深刻的内涵。目前制造自动化技术的研究非常活跃，主要表现 在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造 技术和适应现代生产模式的制造环境的研究方面。制造自动化技术的发展趋势可用“六化”简要描述，即制造全 球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。 |
