1、先進制造業(yè)發(fā)展趨勢

隨著信息技術(shù)、材料技術(shù)、新能源技術(shù)等新技術(shù)與制造技術(shù)的相互交叉、滲透、融合，現(xiàn)在的制造業(yè)與過去相比有了許多重大而深刻的變化。日益增長的復(fù)雜性是現(xiàn)在制造業(yè)的一個重要特點，這不僅表現(xiàn)在制造系統(tǒng)中，還表現(xiàn)在所制造的產(chǎn)品，制造過程以及企業(yè)的結(jié)構(gòu)中。這種復(fù)雜性對傳統(tǒng)的控制和調(diào)度方法提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。先進制造技術(shù)，先進制造技術(shù)作為一個專有名詞的提出始于20世紀80年代末期的美國，這個概念一經(jīng)提出立即獲得世界各國的積極響應(yīng)，將制造技術(shù)的研究推向新的高潮。包括機器人、柔性制造系統(tǒng)以及它們所依賴的控制軟件會給現(xiàn)代企業(yè)帶來重大的沖擊。

傳統(tǒng)的計算機集成制造系統(tǒng)是適應(yīng)規(guī)模生產(chǎn)的，它的層次控制適合于在穩(wěn)定狀態(tài)下的批量生產(chǎn)，可以通過批量規(guī)模以及標準化來節(jié)約硬件成本。因此，每一個制造系統(tǒng)都有自己固定的軟硬件結(jié)構(gòu)，但是它的缺點也是顯而易見的，那就是無法適應(yīng)動態(tài)變化環(huán)境下的小批量生產(chǎn)。為了解決當(dāng)前日益復(fù)雜的制造業(yè)面臨的問題，繼柔性制造、計算機集成制造系統(tǒng)、精良生產(chǎn)及并行工程之后，各國政府、產(chǎn)業(yè)界及科技界紛紛研究和探索 “下一代制造系統(tǒng)”或者 “21世紀的制造模式”。許多企業(yè)正在采用先進制造技術(shù)，以提高自己的市場競爭力，使得企業(yè)能夠在國內(nèi)外激烈競爭的市場環(huán)境下生存和發(fā)展。1994年，我國國家科委組織的國家關(guān)鍵技術(shù)選擇研究組提出了國家四大關(guān)鍵技術(shù)，AMT便是其中之一。

柔性制造系統(tǒng)FMS

柔性制造系統(tǒng)是60年代后期發(fā)展起來的一種先進制造系統(tǒng)，關(guān)于柔性制造的定義很多，但是一直未形成統(tǒng)一的認識。柔性生產(chǎn)主要依靠有高度柔性的制造設(shè)備來實現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)。它的優(yōu)勢是明顯的：如增強制造企業(yè)的靈活性和應(yīng)變能力、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高設(shè)備使用效率和員工勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量等。

計算機集成制造系統(tǒng)CIMS

CIMS將制造系統(tǒng)中的各種自動化孤島用計算機進行有機的集成，使制造系統(tǒng)適合于多品種，中小批量的生產(chǎn)，提高制造系統(tǒng)的總體效益。

精益生產(chǎn)系統(tǒng)LPS

精益生產(chǎn)是美國麻省理工學(xué)院根據(jù)其在INVP(International Motor Vehicle Program)的研究中對日本豐田生產(chǎn)方式的總結(jié)，于1990年提出的制造生產(chǎn)模式。精益生產(chǎn)的原則是：團隊作業(yè)，交流，有效利用資源并消滅一切浪費，不斷改進及改善。精益生產(chǎn)追求的目標是大幅度降低勞動力需求、占地面積、投資、工程時間及新產(chǎn)品開發(fā)時間。

智能制造系統(tǒng)IMS

智能制造是指應(yīng)用智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式，是在制造的各個環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性和高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存貯、完善、共享、繼承和發(fā)展。

敏捷制造系統(tǒng)AMS

敏捷制造是美國Lehigh大學(xué)和美國通用汽車公司在1998年首次提出的。它強調(diào)的是一種新的企業(yè)結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中每一個公司都能開發(fā)自己的產(chǎn)品和實施自己的經(jīng)營戰(zhàn)略。構(gòu)成這個結(jié)構(gòu)的基石是三種基本資源：有創(chuàng)新精神的管理結(jié)構(gòu)和組織：有技術(shù)、有知識的高素質(zhì)人員；先進制造技術(shù)。敏捷源于這三種制造資源的有效集成。

全能制造系統(tǒng)HMS

HMS由若干個全能體（Holon）組成，每一個全能體是一個既獨立又協(xié)作的完整的個體，且在每個個體中都含有整個系統(tǒng)的價值和目的、每個全能體可以互相轉(zhuǎn)換、傳送、存儲和確認信息及物理對象。一般來說，全能體既包含信息處理部分，也包含物理處理部分，同時也可以是另一全能體的特殊條件。

虛擬制造系統(tǒng)VMS

VMS是多學(xué)科先進制造技術(shù)的綜合應(yīng)用。其本質(zhì)是以計算機支持的仿真技術(shù)、產(chǎn)品建模技術(shù)、人工智能技術(shù)、并行工程技術(shù)、分布式智能協(xié)同求解技術(shù)等為前提，對設(shè)計、制造等過程進行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計階段實時地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等。從而更有效地、靈活地組織生產(chǎn)，使工廠與車間的設(shè)計與布局更為合理，以達到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的最小化，產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化，生產(chǎn)效率的最高化。

高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)

通過對柔性生產(chǎn)、精益生產(chǎn)和敏捷制造的比較、綜合和創(chuàng)新，我國學(xué)者也提出了“高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)”的概念。高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)是指，全面吸收精益生產(chǎn)、敏捷制造和柔性生產(chǎn)的精髓，包含了全面質(zhì)量管理、準時制生產(chǎn)等現(xiàn)代管理的經(jīng)驗，而將這些技術(shù)和經(jīng)驗及相關(guān)的資源集成為一個獨特的管理環(huán)境和生產(chǎn)實體的系統(tǒng)，其主導(dǎo)思想是 “對市場的快速靈活反映”和“制造資源的有效集成”。 這一研究目前尚處于構(gòu)建理論體系的階段。

2、機器人與先進制造系統(tǒng)

2.1 機器人與機器人技術(shù)

機器人的最初出現(xiàn)是傳統(tǒng)的機構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1961年，美國的Consolided Control Corp和AMF公司聯(lián)合制造了第一臺實用的示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人，迄今為止，世界上對工業(yè)機器人的研究已經(jīng)經(jīng)歷了四十余年的歷程，日本、美國、法國、德國的機器人產(chǎn)業(yè)已日趨成熟和完善。工業(yè)機器人由操作機 （機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。

當(dāng)前，機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。是當(dāng)代十分活躍的研究開發(fā)領(lǐng)域，它包括正在逐步深入的機器人學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)研究，也包擴對國民經(jīng)濟有著重要作用的機器人工程應(yīng)用技術(shù)研究。

2.2 機器人應(yīng)用現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢

我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”“、八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。我國尚未形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是針對用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計” ，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。在機器人的發(fā)展歷史上，存在著兩種不同的技術(shù)路線：一條是日本和瑞典所走的“需求牽引，技術(shù)驅(qū)動” ，以機器人結(jié)合工業(yè)發(fā)展的需求，開發(fā)出一系列特定應(yīng)用的機器人，從而形成了龐大的機器人產(chǎn)業(yè)；另一條是英、美倡導(dǎo)的把機器人作為研究人工智能的載體，看成是計算機科學(xué)一部分的技術(shù)路線，但是，由于人工智能技術(shù)和其它智能技術(shù)的發(fā)展遠遠落后于人們對它的希望致使大部分研究成果走不出實驗室。