製造柔性

製造系統的功能模型如圖 1 所示，其中製造資源包括操作人員、機牀設備、刀夾量具和計算機軟件硬件等，製造約束包括時問、成本和質量等方面的要求，製造目標為獲取最大利潤，製造過程包括市場、採購與供應、產品設計、製造、裝配和銷售等生產經營和支持活動。

系統內部的變化包括機牀故障、動態變化的加工時間和工件隊列長度、不同的產品混合比、加工廢品和人員缺勤等，而外部不確定性包括原材料短缺、緊急訂單、原材料和產品的價格波動、競爭對手的決策和客户喜好的變化，還包括技術進步和新的組織管理原則等。製造柔性和產品及其製造過程直接相關，涉及產品開發、加工製造、生產組織與控制等方面，是產品設計人員、製造工程師和生產管理者們所共同關心的問題。

基於上述製造系統的功能模型，從系統功能實現的角度，可以定義以下三種最基本的製造柔性：

(1)範圍柔性，指系統輸出可以在某個範圍內變化的能力，可變範圍越大，柔性越高。例如在滿足獲取相應利潤的前提下，生產批量如能隨市場需求作動態變化，則系統具有批量柔性。

(2)反應柔性，指通過對系統轉換過程作必要的調整以響應系統內外各種可能變化的容易程度，表現在時間和成本方面所需的開銷，這種開銷越大，柔性越高。例如產品改變時，必須更換相應的刀、夾具及控制程序，顯然具有多種加工能力的加工中心比普通機牀更容易實現所需調整，因而具有更高的機器柔性。，它是一種反應柔性。

(3)狀態柔性，指在系統輸入或內部狀態發生變化時，系統仍能滿足給定約束並實現轉換的能力，反映了系統抵抗干擾維持原有功能的能力，也可看作系統對狀態變化的敏感程度，這種抗干擾能力越好，敏感度越低，則系統柔性越高c例如機牀出現故障時，可通過調度將工件安排到別的機牀，從而以不同的路徑完成工件加工，這種路徑柔性即是一種狀態柔性。

有關研究文獻對各種製造柔性的含義、目的和實現技術等己作了很多研究。為便於討論，這裏首先對製造系統中主要的製造柔性按其涉及的範圍歸納如圖2所示並簡述如下。

(1)機器柔性：機器能完成多種加工操作的能力，利於實現小批量生產、降低庫存費用、提高機器利用率和縮短力加工週期；(2)物料運送柔性：物料運送設備能運送多種物料的能力，提高物料運送設備的可獲得性和利用率；(3)操作柔性：具有多種加工工藝的工件能以多種方式進行加工的能力，以便在機器出現故障時實現動態調度；(4)人員柔性：掌握多種操作技能的人員能在不同崗位上工作的能力；(5)路徑柔性：製造系統能通過多種路徑完成工件加上的能力，以便平衡機牀負荷，增強系統在機牀故障、刀具磨損等情況下系統運行的穩定性和可靠性。(6)過程柔性：製造過程能同時生產多種產品的能力，叉稱混台比柔性，通過提供多樣化的產品以提高客户服務水平，(7)產品柔性：在產品中增加、去除或更換某些零部件的能力，以增強對市場產品需求的響應能力；(8)批量柔性：製造系統能在多種生產批量下獲得相應利潤的能力，以維持系統在各種需求水平下的獲利性；(9)擴展柔性：製造系統擴展其生產能力的能力，利於企業拓展新的市場，並使製造系統具有開放性；(IO)生產柔性：製造系統在不增加重要製造設施的前題下製造多種產品的能力，使系統能完成多樣化的生產任務；(11)市場柔性：製造系統適應動態變化的市場環境的綜台能力，使製造系統能在多變的市場環境下求得生存與發展。

各種製造柔性對系統綜合性能的影響表現在降低製造成本，提高產品質量，縮短交貨期，增強系統運行的可靠性，提高生產率和客户服務水平等方面。企業實際所需的製造柔性與產品需求、製造過程特點、系統內外各種不確定因素、技術發展狀況和經營戰略等因素有關。從有關文獻中至少可以列舉出50多種不同的製造柔性，製造柔性概念的寬泛性和複雜性，使得僅從功能實現的角度還不能建立完整的描述製造柔性的概念框架。下面從製造柔性涉及的對象及其時間特性等方面，對這些製造柔性及其特點作進一步討論。

各種製造柔性除了涉及的範圍不同外，還具有以下特點：(1)絕對性和相對性的統一：機器柔性等作為系統的固有屬性，具有絕對性，而路徑柔性等作為一種決策屬性，與系統的運行環境密切相關，具有相對性，例如有時FMS的運行效率可能還沒有剛性生產線高；(2)製造技術和生產組織管理方法的統一：機器柔性等製造柔性的獲得一方面需要數控技術、刀具和工件交換裝置及多功能夾具與托盤等製造技術，叉需要掌握多種技能的操作人員和小組工作方式等組織實施和運行管理手段；(3)製造柔性的時間特性是靜態和動態的統一：由系統結構決定的柔性是靜態柔件，如車間設備佈局、生產控制系統中的功能配置等，它決定了系統元件和功能的分佈及相互關係，限定了系統重構時所需變化的可能性及範圍，例如網絡型扁平結構比金字塔型遞階結構的柔性要高；而需要通過動態的系統運行才能體現的柔性屬於動態柔性，不同的動態柔性所涉及到的變化的時間範圍及其對製造系統性能的影響程度也不同；(4)製造柔性涉及的三類對象及其組成的兩個方面：製造系統功能模型中的產品、製造過程和製造資源都有與其相應的製造柔性。另外製造柔性作為系統適應各種變化的能力，包括適應變化的範圍和容易程度兩個方面。 ^[1]