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制造自动化的广义内涵、研究现状和发展趋势

时间:2020-02-19   来源: 乐天堂官方网站  点击:

  制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分,也是当今制造工程领域中涉及面广、研究十分活跃的技术。

  我国对制造自动化技术的研究十分重视,近年来已在研究和应用上作了大量工作。例如,国家863计划CIMS主题专门设置了“制造自动化”技术专题,每年均设置了一定数量的研究课题;全国高校中建立了“全国高等学校制造自动化研究会”,每两年一次学术大会,围绕制造自动化主题作了大量研究。

  鉴于“制造自动化”这一名称在我国出现的时间还不很长,同时又因其内涵、研究现状和发展趋势均处于不断地发展和动态变化过程中,因此本文对制造自动化的内涵进行了探讨,对其研究现状和发展趋势作了分析和论述。

  传统地理解,人们一般将“制造”理解为产品的机械工艺过程或机械加工过程。例如著名的Longman词典对“制造”(Manufacture)的解释为“通过机器进行(产品)制作或生产,特别是适用于大批量”。

  随着人类生产力的发展,“制造”的概念和内涵在“范围”和“过程”两个方面大大拓展。范围方面,制造涉及的工业领域远非局限于机械制造,包括了机械、电子、化工、轻工、食品和军工等国民经济的大量行业。制造业已被定义为将可用资源(包括物料、能源等)通过相应过程、转化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的产业。过程方面,制造不是仅指具体的工艺过程,而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等产品整个生命周期过程,如国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是:制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。

  综上所述,目前对制造有两种理解,一是通常的制造概念,指产品的“制作过程”或称为“小制造概念”,如机械加工过程;另一个是广义制造概念,包括产品整个生命周期过程,又称为“大制造概念”。实际应用中,两者皆在使用,其概念范围视具体情况而定。

  “自动化(Automation)”是美国人D.S.Harder于1936年提出的。当时他在通用汽车公司工作,他认为在一个生产过程中,机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。这实质是早期制造自动化的概念。

  制造自动化(以下简称自动化)的概念是一个动态发展过程。过去,人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作,自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展,特别是随着计算机的出现和广泛应用,自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动,以自动地完成特定的作业。

  今天看来自动化的上述概念也还不完善。把自动化的功能目标看成是用机器代替人的体力劳动或脑力劳动是比较狭窄的理解。这种理解甚至在某种程度上阻碍了自动化技术的发展,例如,有人就认为,中国人多,搞自动化没有很大的必要。

  今天,制造自动化已远远突破了上述传统的概念,具有更加宽广和深刻的内涵。制造自动化的广义内涵至少包括以下几点:

  (2)在功能方面,制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化功能目标体系的一部分。制造自动化的功能目标是多方面的,已形成一个有机体系。此功能目标模型简称TQCSE模型,其中T表示时间(Time),Q表示质量(Quality),C表示成本(Cost),S表示服务(Service),E表示环境友善性(Environment)。

  TQCSE模型中的T有两方面的含义,一是指采用自动化技术,能缩短产品制造周期,产品上市快;二是提高生产率。Q的含义是采用自动化系统,能提高和保证产品质量。C的含义是采用自动化技术能有效地降低成本,提高经济效益。S也有两方面的含义,一是利用自动化技术,更好地做好市场服务工作;二是利用自动化技术,替代或减轻制造人员的体力和脑力劳动,直接为制造人员服务。E的含义是制造自动化应该有利于充分利用资源,减少废弃物和环境污染,有利于实现绿色制造。

  TQCSE模型还表明,T、Q、C、S、E是相互关联的,它们构成了一个制造自动化功能目标的有机体系。

  (3)在范围方面,制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程,而是涉及产品生命周期所有过程。

  正如本文前言所述,国内外对制造自动化技术的研究非常重视,已经进行了大量研究。综合而言,制造自动化技术的研究现状主要表现在以下几个方面。

  制造自动化技术研究过去主要集中在单元和专门技术的研究中,这些技术包括控制技术(如数控技术、过程控制和过程监控等)和计算机辅助技术(如CAD、CAPP、CAM和CAE等)等。近年来,在上述单元技术和专门技术继续发展的同时,制造系统中的集成技术和系统技术的研究发展迅速,已成为制造自动化研究中的热点。

  制造系统中的集成技术和系统技术涉及面很广。其中集成技术包括制造系统中的信息集成和功能集成技术(如CIMS)、过程集成技术(如并行工程CE)、企业间集成技术(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等。

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