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模塊化制造的研究和發展狀況

時間:2011-02-27 10:22:22 來源:
模塊化的概念由來己久。模塊化制造的思想也來源于人們長期的生產實踐。在機床制造業,德國于1930年首先提出了“模塊化構造”(MOdularConstruction)的設計方法。由于用這種方法設計制造的機床具有很好的經濟效益,因而采用模塊化構造在世界得到迅速發展。日本通產省在1977年開始研制柔性加工單元(FMC),明確地引進了模塊化構造的概念:按不同功能制造模塊,其獨立性很強,模塊化的功能單元可獨立運轉,整個控制系統是有上述模塊組成的多級系統[5]。隨著先進制造技術的發展和計算機技術的廣泛應用,使傳統的模塊化設計技術發生了深刻的變化。模塊化是現代制造業發展的要求,是對傳統標準化形式的發展。模塊化與成組技術、柔性生產技術、計算機輔助技術等現代制造技術之間的關系是相輔相成、互相支持,只有在生產中密切配合才能發揮最大效益[5]

    施進發等[8]給出了機械的最新定義、闡述了模塊化機械產品的現狀及其實際意義,建立了機械模塊學理論體系,并分析了機械模塊學的研究對象。模塊化是企業和產品重組的基礎,是產品及其制造系統持續更新和并行開發的最佳基礎[9]

    模塊化制造作為一種現代制造環境下的制造哲理和方法論也早就引起了人們的注意。Rogers等[1]就實現模塊化生產系統(MPS)的有關問題進行了深入的研究。通過建立模塊標準,建立有限的部件級的基本生產加工單元(標準模塊),而不是通常的整機設備。把基本模塊分為四類:加上單元、運動單元、模塊化刀具裝卡單元以及可配置的控制系統。通過從模塊目錄中選取適當的模塊就能建立適應范圍寬的自動化、集成化的生產系統。以生產實例說明:在設計工具的支持下根據特定產品的制造需求對模塊化制造系統進行再設計是可行的。

    Tsukune等[3]研究了IMS(智能制造系統)中的模塊化制造,提出了一種基于模塊化理論的制造系統模型一一模塊化制造模型(MOdularManufacturingModel),即基于模塊化理論的制造系統模型。利用從這種模型派生的設計、建造、操作和控制技術而建立的制造系統就是模塊化制造系統。利用該模型,模塊化制造系統與虛擬制造聯系起來,可以在虛擬環境下構造制造系統,產品設計、制造裝備設計和制造系統設計均采用模塊化設計方法,把產品和制造系統設計有機地統一起來。通過制造特定的產品完成對制造系統的再設計,使部件、產品、制造設備,連同設計、操作活動都以模塊為單位進行描述,以模塊的組合來構造和運行制造系統。提出了模塊化制造系統的基本構造方法,以基于機器人的模塊化制造系統為例,分析了模塊化制造系統研究中存在的主要問題及需要解決的關鍵技術。

    Rogers等[1]針對中、低檔消費品的生產,如兒童玩具、廚房用具等,研究了實現模塊化化生產系統(MPS)的合理性。把MPS作為產品和生產系統并行設計的一種使能技術,在產品設計和制造系統設計之間建立了系統的聯系,通過為制造特定的產品對制造系統進行再設計。提出了模塊化生產系統的兩個基本工作原理,分析了建立設備模塊標準和面向并行工程的MPS設計支持工具的重要性。把MPS總體設計過程分為三個階段:產品分析、面向MPS的產品建模和MPS綜合。Xiu—TianYan[2]討論了模塊化制造系統的連接和分布式配置,并描述了它們在混合應用中的仿真環境,以說明該環境的能力,最后給出了某些系統使用的實例,說明系統可在實時生產中應用。從模塊化制造概念的形成可以看出,模塊化制造是符合當今制造業發展潮流、具有廣泛實踐基礎、可具體執行和操作的一種實用型先進制造模式和技術體系。模塊化制造系統是根據特定模塊化產品的制造要求設計而成的:產品性能和質量提高的周期縮短,頻率提高,快速響應市場需求;與其相適應的生產系統易于重組,以適應產品的快速變換。滿足這兩個基本要求的實現條件就是產品結構的模塊化和制造系統裝備的模塊化。而后者又包括制造裝備(含軟硬件)和管理體系模塊化[6]