可重组制造系统

jiji2001

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可重组制造系统
一、技术概述
可重组制造系统（RMS，ReconfigurableManufacturingSystem）被定义为能适应市场需求的产品变化，按系统规划的要求，以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的一类新型可变制造系统。它是基于可利用的现有的或可获得的新机床设备和其它组元，可动态组态的新一代制造系统。一般一条可重组制造系统相当于几条传统的制造系统。
可重组制造系统是继承20年代的自动化流水线、50年代的NC机床、60年代的FMS和80年代的CIMS之后，由一些实施先进制造的企业首先创造的又一类新型可变制造系统。其目的在于：大大缩短适应产品品种与产量变化的制造系统的规划、设计和建造时间及新产品的上市时间，大幅度地压缩系统建造的投资、降低生产成本、保证质量、合理利用资源、提高企业的市场竞争力和可获利性。它涉及：先进的制造战略、营销、新产品创新与改进的设计与开发、系统工程与分析、随机动态规划与决策论、质量工程、系统可靠性和运行跟踪与诊断，计算机技术、自治与协同控制、硬软件接口与协议技术、经济可承受性、系统集成管理和生产运作管理等多学科、多种技术的交叉融合。
RMS是适应今天和明天先进制造发展的新一代技术群体中一种重要而适用的技术，对我国制造企业增强竞争力有重要意义。它与传统的制造系统规划、设计和建造的区别在于：企业随时根据产品变化，由产品工艺过程变化驱动的快速组态规划和设计，在专门的多功能小组（Team）支持下快速实施的、系统的动态组态（重组）是建立在公共地基、可随时移动又保证组态后性能的机床设备和组元基础上的，是少投资、可重复利用的，是最优化布置和物流合理的，是保证质量、设备运行可靠、短交货期和较低成本的，是可改进与革新的开放系统，其存在寿命期由产品状况决定的一种新的可变制造系统。
RMS技术可用于大多数制造系统中，特别是市场竞争急剧、产品的品种和数量陡变的状况下快速构建制造系统。它的基本特征是可重组（可组态）性，还包括以下主要特征：
－－－可变性。对产品，制造技术和过程变化的高柔必适应能力。
－－－可集成性。是可嵌套新模块与新装置或设备，能实现“系统三于部分之和”的系统整合。
－－－订货化。可按订单驱动。
－－－模块化。可进行制造过程、制造功能和制造能力的模块化组合。
－－－可诊断性。对产品质量缺陷和设备故障的可跟踪和可溯源性。
－－－经济可承受性。是投资、系统功能和成本综合优化，经济上可行的。
－－－敏捷性。以强的市场扩展柔性、增强企业竞争力，使企业获利。
二、现状及国内外发展趋势
制造系统与新产品开发、商务实践构成了制造的三个基本要素。制造系统中的关键问题是：如何快速设计与建造新产品生产的系统，使企业及时抓住商机？在产品变化时，如何形成使企业可以迅速扩大市场份额或战胜竞争对手、抢占市场的能力？是否允许新技术、新装置尽快地用于制造生产？在20－60年代，刚性的自动化流水生产（大量生产）帮助先进的企业和国家形成制造竞争力的优势。70－80年代以丰田生产方式为代表改进了大量生产的制造系统，由NC与CNC机床和FMS、FMC实现中小批量生产的优势。但在80年代以来，不断全球化和呈快速多变的制造货物市场上，它们均不能满意地解决上述3个问题。CIMS虽然是一种解决问题的途径，但一些先进的企业为了实行更大的设备系统柔性进行了多种探索。其有代表意义的有：日本对化工生产设备小型化和数控可移动化进行了成功地探索；美国等一些先进的制造企业利用弹性支撑，抛弃了单独地基的不变制造系统布置，成功实现制造系统的可移动组合布置。后者由于经济简单易行很快为不少企业所接受。据知：美国相当多的制造企业平均每年对制造系统进行1－2次的重组布置，以适应产品的变化；英国有的公司达到1次／周的重组布置频率；我国某液压元件厂则已实现8次／年的重组制造系统。在工业界和政府的推广下，发达国家从90年代中开展了可重组制造系统的基础与应用研究，并已推广应用。例如：1994－1999年以美国密执安大学为中心的RMS课题获得了NSF与工业界3080万美元的支持，进行了“制造系统重组方式对系统性能的影响”，“产品装配过程的变流理论与建模”等方面的研究，并以可重组的灵捷（敏捷）制造为课程进行了广泛地企业培训，同30个以上的企业进行以RMS－ERC为基础的合作。与此同时，美国依阿华大学和麻省理工学院的研究人员对这类系统的设计进行了研究。因此，可以预见，一个建立在科学基础上可重组制造系统技术将成为支持21世纪初制造业发展的重大技术。
北京机床研究所和清华大学，在FMS和CIMS研究的基础上，从80年代以来进行了“制造系统组态（重组）的研究”、“机床弹性支持的试验研究”、“随机优化布置”、“质量监控与质量工程”等基础性的研究。在1998年开展了国家自然科学基金重点项目－快速重组制造系统理论与方法的研究，对RMS的科学基础、规划、设计、建造和运行理论与方法，设计应用，规划、性能测试与评价方法与工具，全寿命经济学等开展了深入地研究，已经受到一些单位的重视。
RMS技术可带来的经济效益有：
－－－改进制造系统，为产品并行设计提供可能；
－－－降低制造系统投资10－20％，可重复利用已有或闲置的设备；
－－－可以利用节假日快速完成新制造系统的建造，保证产品变换后较短的生产导入时间；
－－－优化物流，减少在制件（WIP），提高机床利用率5－10％，提高产品变换后产品的生产质量（据美国在汽车装配线实践的经验是压缩装配质量分散性1／3左右，即使δ变为2／3δ）。
RMS发展的主要趋势是：
－－－在基础研究和应用研究的基础上开发实用技术和支持系统工具，改变个别摸索或经验型为科学化、标准化技术与作业，并发展支持产品和系统工具；
－－－在先进制造战略指导下，逐步建立完整的RMS理论、设计与规划方法、测试和评价方法与工具，使之与其它先进制造技术形成融合的第三技术群；
－－－深入研究系统分解与集成的理论，与集成制造和CIMS等技术一起形成能建立和发挥系统“乘积效果”的科学重组理论技术；
－－－在模块化理论指导下研究开发模块化的装置、机床装备和产品，支持RMS技术在产品、设备设计与建造和重复利用中的应用；
－－－研究和开发支持RMS的系统集成管理、订货化商务和生产运作管理，以及RMS小组组织与管理。
三、“十五”目标及主要研究内容
1．目标
根据国内外研究、应用和发展的趋势，RMS技术要求实现两个目标，即：一方面是在基本研究成果支持下尽快进行实用化，以推动先进制造技术的发展；另一方面是深化基础与应用研究，建立完整、科学的RMS理论、方法和工具体系。因此，“十五”的总目标是对RMS技术进行应用开发和工程应用，使我国制造企业能利用这一技术快速规划和设计布置新产品或产品变换后的制造系统，减少设备投资，更好地利用已有的资源，提高制造系统的运行效率、产品质量，降低生产成本，以增强我国制造业在国内外的市场竞争力。
（1）技术目标：在吸取国外先进研究成果和应用RMS的经验基础上，利用我国关于RMS的基础与应用研究成果和先进企业的多年实践，完成RMS工程应用的研究与开发，形成科学而适用的指导性方法和工具。建立RMS技术平台，为企业服务，进行技术扩散和人员培训教育，以及开展企业合作；开发支持产业发展有自主版权的RMS支持软件和产品系列。
（2）应用目标：在10－30个制造企业应用，形成推广应用的基础，并开展人员培训教育，推动更多的企业根据具体条件和要求进行制造系统或单元的重组。
2．主要研究内容
（1）机床可移动性与性能测试评价的研究
通过分析、设计和试验，开发功能与结构优化的机床设备可移动弹性支持件产品系列。确立机床移动和重组的制造单元和系统的性能测试、评价系统和方法，逐步形成行业规范。
（2）建立RMS技术平台
该平台应能支持新产品工艺流程驱动的组态物流分析、优化和评价；系统或单元重组、布置的规划、设计、仿真和决策支持；系统创新设计和可诊断性设计（DFD）；重组后制造产品质量缺陷和设备故障跟踪测试及溯源诊断的设计、评价；企业提出的RMS要求、软件试验和人员培训教育。
（3）开发自主版权的计算机化与智能化技术与软件
研究开发当前企业迫切要求的通／专用夹具CAFD软件、计算机辅助工艺技术（下料图、刀／工具选择、切削或操作参数优化），并应以微机版本为主。
（4）开发基于经济可承受性的投资、功能与成本或价值控制与决策支持系统及支持软件。
（5）开发RMS技术实施的系统管理与Team组织管理及其评价体系。
（6）在10－30个企业进行应用示范。

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