制造自动化技术的发展现状

制造自动化的发展经历了一个漫长的发展过程，见表4-1。回顾历史，可将制造自动化的发展历程分为刚性自动化、柔性自动化和综合自动化三个发展阶段。

刚性自动化：主要表现在半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线出现，解决了单一品种大批量生产自动化问题，其主要特点是生产效率高、加工品种单一。这个阶段于20世纪50年代达到了顶峰。

柔性自动化：为满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要，出现了一系列柔性制造自动化技术，如数控技术（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）等。

表4-1　制造自动化发展概要

续表

综合自动化：随着计算机及其应用技术的迅速发展，各项单元自动化技术的逐渐成熟，为充分利用资源，发挥综合效益，自20世纪80年代以来以计算机为中心的综合自动化得到了发展，如计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了发展和应用。

制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分，也是当今制造工程中涉及面广、研究十分活跃的技术。综合而言，制造自动化技术目前的研究主要表现在以下几个方面。

（1）制造系统中的集成技术和系统技术已成为研究热点

近年来，在单元技术如计算机辅助技术（CAD、CAPP、CAM、CAE等）、数控技术、过程控制与监控技术等继续发展的同时，制造系统中的集成技术和系统技术的研究已成为制造自动化研究的热点。集成技术包括制造系统的信息集成技术（如CIMS）、过程集成技术（如并行工程CE）、企业集成技术（如敏捷制造AM）等；系统技术包括制造系统分析技术、制造系统建模技术、制造系统运筹技术、制造系统管理技术和制造系统优化技术等。

（2）更加注重制造自动化系统中人因作用的研究(www.xing528.com)

在过去一段时期，人们曾经认为全盘自动化工厂是制造自动化发展的目标。随着一些无人化工厂的实践和实施的失败，人们对无人化制造自动化问题进行了反思，并对人在制造自动化系统中的重要作用进行了重新认识，提出了“人机一体化制造系统”“以人为中心的制造系统”等新思想，其内涵就是要发挥人的核心作用，将人作为系统结构中的有机组成部分，使人与机器处于合作优化的地位，实现制造系统中人与机器一体化的人机集成的决策机制，以取得制造系统的最佳效益。

（3）数控单元系统的研究仍然占有重要的位置

以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体的数控单元系统，在计算机统一控制管理下，可进行多品种、中小批量零件自动化加工生产，它是现代集成制造系统（CIMS）的重要组成部分，是车间作业计划的分解决策层和具体执行机构。国内外制造业在数控单元系统的理论和技术研究方面投入了大量的人力物力，无论是软件还是硬件均有迅速的发展。近年来，基于多主体（Multi-Agent）的单元制造系统的研究正在兴起。

（4）制造过程的计划和调度研究十分活跃

在制造厂从原材料进厂到产品出厂的制造过程中，机械零件只有5%的时间是在机床上加工，而其余的95%时间零件是在不同地点和不同机床之间运输或等待。减少这95%的时间是提高制造生产率的重要方向。优化制造过程的计划和调度是减少95%时间的主要手段。有鉴于此，国内外对制造过程的计划和调度的研究非常活跃，发表了大量的研究论文和成果。但由于制造过程的复杂性和随机性，使得能进入实用化、特别是适用面较大的研究成果很少，大量的研究还有待于进一步深化。

（5）柔性制造技术的研究向着深度和广度发展

FMS的研究已有较长历史，但至今仍有大量学者对此进行研究。目前的研究主要是围绕FMS系统结构、控制、管理和优化运行等方面进行。DNC技术近年来得到了很大发展。DNC有两种不同的含义：一是Directed Numerical Control，即计算机直接数控；另一是Distributed Numerical Control，即分布式数控。分布式数控强调信息的集成与信息流的自动化，物流的控制与执行可大量介入人机交互。相对FMS来说，DNC具有投资小、见效快、柔性好和可靠性高的特点，因而近年来对DNC的研究非常活跃。

（6）适应现代生产模式制造环境的研究正在兴起

当前，并行工程（CE）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）、仿生制造（BM）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。围绕敏捷制造模式的研究，主要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虚拟制造等。

（7）底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃

目前，在世界上智能制造系统（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、可知、适应柔性、易集成等特性。另外，近年来推出的虚拟轴机床，变革了传统机床的工作原理，其性能上有许多独特优势，特别有利于实现车间内各虚拟轴机床的控制和集成。如快速原型制造（RPM）是一种有利于实现集成制造的新技术，近年来各种快速原型新工艺的研究非常活跃。