多品種小批量生產(chǎn)是大勢(shì)所趨，裝配生產(chǎn)企業(yè)往往以單元線模式應(yīng)對(duì)取得了很好的效果，但是對(duì)于離散制造加工企業(yè)，按照成組工藝組建的單元線多數(shù)并不能正常運(yùn)行，主要原因是工序多、工序節(jié)拍平衡性差、生產(chǎn)異常沖擊影響大等等，如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？柔性化制造單元模式避開了工序間工時(shí)差異大的矛盾，是多品種小批量離散制造提高效率的最佳實(shí)踐。
一
提高離散加工生產(chǎn)效率
的有效途徑分析
從離散加工生產(chǎn)過(guò)程的時(shí)間組成來(lái)看，D、G是增值時(shí)間，其余都是非增值時(shí)間。提高生產(chǎn)效率的主要途徑是有效降低甚至取消換刀、換工裝、裝卸等不增值時(shí)間，如下圖：
常用的方法以及效果有：
1.OEE通過(guò)減少停機(jī)時(shí)間、提高質(zhì)量來(lái)增加設(shè)備綜合效率，可以降低A、B、C、F、H的時(shí)間，但一般不能消除。
2.SMED通過(guò)刀具、工裝切換的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)可以降低A、B的時(shí)間，通過(guò)內(nèi)外部作業(yè)轉(zhuǎn)換可以降低E的時(shí)間。
3.TPM通過(guò)減少故障停機(jī)，提高設(shè)備性能可靠性，可以減少H、E、G的時(shí)間。
4.工藝改進(jìn)、程序優(yōu)化可以降低D、G的時(shí)間。
5.6S管理可以降低H時(shí)間。
上述方法都只能是逐步降低不增值時(shí)間，不能“消除”時(shí)間，而柔性制造技術(shù)則可以將不增值時(shí)間A、B、C、E、F全部“消除”，即轉(zhuǎn)入外部作業(yè)模式，從而大大提高設(shè)備時(shí)間利用率，提高生產(chǎn)效率。
二
柔性化制造系統(tǒng)的構(gòu)成
柔性制造系統(tǒng)是上世紀(jì)60年代起源于英國(guó)，之后日本將之發(fā)揚(yáng)光大，對(duì)日本制造業(yè)30年輝煌功不可沒(méi)。我國(guó)于上世紀(jì)80年代引入，發(fā)展30多年一直少有成功案例，隨著企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的逐步深入，近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)柔性制造技術(shù)應(yīng)用風(fēng)起云涌，格力G-FMS線、三一重工FMS線成效顯著。
離散機(jī)械加工的柔性制造系統(tǒng)一般由以下子系統(tǒng)構(gòu)成：
1、通用托盤或萬(wàn)能抓手系統(tǒng)：這是柔性制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心，快速高精度重復(fù)定位技術(shù)、聯(lián)動(dòng)鎖緊技術(shù)的成熟應(yīng)用為柔性制造系統(tǒng)的普及帶來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。
2、加工設(shè)備組合：目前國(guó)際上柔性制造系統(tǒng)通常采用自律分散式單元模式，加工設(shè)備數(shù)量少，但是可組合性強(qiáng)。常用的柔性加工設(shè)備有臥式加工中心、立式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、三坐標(biāo)測(cè)量等，有的企業(yè)將鉗工工序、裝配作業(yè)整合進(jìn)柔性制造單元中，也取得了不錯(cuò)的效果。
3、刀庫(kù)系統(tǒng)：一般的數(shù)控加工設(shè)備自帶刀庫(kù)容量小，換型時(shí)換刀時(shí)間占比大，影響了效率的提升。而柔性制造系統(tǒng)往往采用共用大型刀庫(kù)，由機(jī)器人為每臺(tái)加工設(shè)備配送刀具，可以將換刀時(shí)間幾乎全部轉(zhuǎn)入外部作業(yè)。
4、物料系統(tǒng)：物料系統(tǒng)包括工件的存儲(chǔ)、托盤的存儲(chǔ)、工裝的存儲(chǔ)、工件的裝卸、工件托盤的運(yùn)輸?shù)鹊?，是?shí)現(xiàn)柔性制造的關(guān)鍵技術(shù)。物料存儲(chǔ)一般采用貨架模式，工件、空托盤、工裝以及作業(yè)托盤（安裝了工裝和工件）分別占用不同的貨位區(qū)域，通常設(shè)置工件/工裝裝卸的獨(dú)立的工作站，而運(yùn)輸?shù)郊庸ぴO(shè)備的形式比較多樣，比如有基于堆垛機(jī)的，有基于導(dǎo)軌機(jī)器人的，有基于AGV/RGV的。比較簡(jiǎn)單的物流系統(tǒng)是采用桁架機(jī)械手+兩工位工件裝卸工作站模式，比較適用于數(shù)控加工為主的柔性制造系統(tǒng)。
5、控制工作臺(tái)：?jiǎn)螜C(jī)或雙機(jī)柔性制造單元可以應(yīng)用設(shè)備原有的控制系統(tǒng)，但較復(fù)雜的FMS系統(tǒng)往往需要設(shè)置獨(dú)立的控制工作臺(tái)，與各設(shè)備原有的控制系統(tǒng)一起，構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)，以運(yùn)行統(tǒng)一計(jì)劃、調(diào)度職能。立體貨倉(cāng)、機(jī)器人/堆垛機(jī)/AGV/RGV、加工程序數(shù)據(jù)庫(kù)的管理都需要集成到控制工作臺(tái)集中進(jìn)行管理。
6、其他系統(tǒng)：包括切屑自動(dòng)收集/輸送系統(tǒng)、切削液補(bǔ)給系統(tǒng)、刀具重定位系統(tǒng)、刀具自補(bǔ)償系統(tǒng)、CCD視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)等等，依據(jù)柔性制造的復(fù)雜需求程度而有不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。
三
柔性制造系統(tǒng)的規(guī)劃要素
柔性制造單元，要結(jié)合企業(yè)自身產(chǎn)品的特點(diǎn)和加工屬性進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，同時(shí)也要考慮現(xiàn)有設(shè)備狀況和可改造能力：
1、首先還是產(chǎn)品的工藝分類分組?？梢园凑粘山M工藝技術(shù)方法將所有的產(chǎn)品進(jìn)行分類分組，形成初步的范圍清單。
2、其次要綜合考慮設(shè)備、刀具的應(yīng)用情況進(jìn)行分組。目的是確定設(shè)備組合，以及刀庫(kù)的容量組合。
3、再次按照產(chǎn)品的工序加工特點(diǎn)，從外形尺寸、定位方式、緊固方式等要素進(jìn)行分析，從而確定通用托盤的方式，或者萬(wàn)能抓手的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
4、結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量需求和生產(chǎn)節(jié)拍，來(lái)規(guī)劃物料系統(tǒng)要采用的模式以及區(qū)域面積、貨位數(shù)量等，并且選擇確定工件的運(yùn)輸方式，是堆垛機(jī)，還是機(jī)器人，還是AGV等，當(dāng)然系統(tǒng)的可擴(kuò)展性也是需要考慮的重要因素之一。
5、然后規(guī)劃柔性制造系統(tǒng)的集成控制子系統(tǒng)，是否需要實(shí)現(xiàn)程序集中管控，工件運(yùn)輸系統(tǒng)以及原有設(shè)備控制臺(tái)的功能是否需要集中整合等等，確定控制臺(tái)總體方案。
6、其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃。排屑系統(tǒng)、冷卻液補(bǔ)償?shù)鹊瓤梢岳迷邢到y(tǒng)，也可以進(jìn)行改造，并入中控臺(tái)集中管控。但是從系統(tǒng)的柔性化來(lái)講，我們并不建議都進(jìn)行集中管控，這往往會(huì)對(duì)后續(xù)的柔性化調(diào)整帶來(lái)約束困難。
柔性制造系統(tǒng)是提高多品種小批量離散加工制造效率的最有效方法之一，也是企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的必由之路。柔性制造技術(shù)的應(yīng)用不僅是為了精簡(jiǎn)人力，降低人力成本，更重要的是縮短生產(chǎn)周期，并解決零件加工的同一性問(wèn)題，提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。因而企業(yè)只有結(jié)合企業(yè)自身產(chǎn)品的特征以及實(shí)際生產(chǎn)需求，盡快選用適合自己的柔性制造系統(tǒng)，充分發(fā)揮其柔性價(jià)值，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
