柔性制造中的信息系统

　　信息系统是柔性制造系统(FMS)的中枢神经,它关系到整个系统是否能准确、顺利地运行。柔性制造系统是计算机集成制造系统(CIMS)的一个组成部分,不能脱离CIMS的体系结构。在电子商务时代,供应链之间的信息共享对企业的柔性制造系统充分发挥作用是不可缺少的。

　　一、柔性制造系统(FMS)的发展历程
　　1。柔性制造的兴起
　　20世纪50、60年代以后,世界市场对产品多样化的需求和对产品交货期越来越短的要求,使得制造业企业必须改变旧有的大批量生产的生产方式,代之以应变能力强的、能很快适应生产新产品的生产方式。在发达国家,电子计算机技术开始应用在机械制造领域。70年代初期出现的计算机数控(CNC)技术,使得CNC系统只要对软件做一些必要的修改,就可以适应一种新的要求,而过去的硬件数控系统要做某些改变或是增加一些功能,都要重新进行结构设计。与此同时,工业机器人和自动上下料机构、交换工作台、自动换刀装置也都有了很大发展,于是出现了自动化程度更高、　柔性更强的柔性制造单元　(FMC)。又由于自动编程技术和计算机通讯技术的发展而出现了一台大型计算机控制若干台机床,或由中央计算机控制若干台CNC机床的计算机直接控制(DNC)系统。70年代末、80年代初,随着计算机辅助管理物料自动搬运、刀具管理和计算机网络、数据库的发展,以及CAD/CAM技术、成组技术(GT)、工业机器人等技术的成熟,更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统(FMS)出现了。

　　到70年代初期,电子信息技术在发达国家制造业已经得到广泛应用。但由于企业各部门使用的信息产品来自不同的计算机公司,而这些公司采用不同的标准和不同的通信协议,使得企业的设备之间无法实现信息交换,不同的软件之间无法实施数据的传输,不同的数据库之间无法实现数据的共享,形成了一个个“自动化孤岛”,阻碍了企业进一步缩短产品开发制造周期、提高产品质量以及全面改善经营管理等方面的工作。1973年美国学者约瑟夫·哈灵顿提出了计算机集成制造(CIM)的哲理,其核心内容是:企业中各个部门、市场分析、经营管理、工程设计、加工制造、装配、仓库管理、质量管理、售前售后服务等是一个不可分割的整体,要统一考虑:整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递、加工处理和利用的过程。此后,基于CIM哲理的计算机集成制造系统(CIMS)在发达国家得到广泛实施,并向发展中国家扩散,成为企业赢得竞争的一个重要手段。

　　2。柔性制造系统(FMS)在计算机集成制造系统(CIMS)中的位置
　　随着CIMS技术的发展,柔性制造技术也有了新的发展。在CIM环境下,FMS已跳出了传统FMS概念的局限,FMS被定义为在广义上的可编程的控制系统,它具有处理高层次分布数据的能力,具有自动的物流,它使CIM的概念得以在车间实施,从而实现小批量、高效率的制造,以适应不同产品生命周期的动态变化。

　　美国国家标准局自动化制造研究实验基地将CIMS体系结构划分为五层,即工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层,在这五层结构模型中,柔性制造系统覆盖了其中的底三层,即单元层、工作站层和设备层。在工厂的经营管理、工程设计、制造三大功能中,FMS负责制造功能的实施,所有产品的物理转换都是由制造单元完成的。工厂的经营管理所制定的经营目标,设计部所完成的产品设计、工艺设计。

　　3。电子商务时代的柔性制造等都要由制造单元来实现。

　　制造单元的运行特性对整个工厂有着举足轻重的作用。同时,FMS是工厂的一个制造单元,是CIMS的一个组成部分,在设计FMS信息系统时,还应该与CIMS的体系结构一起考虑,使FMS能够与CIMS顺利衔接,以免造成新的自动化孤岛。图CIMS递阶控制结构。

　　企业的柔性制造系统设计得再完美,如果不能与供应链上的其他环节有效地配合,那也难以达到以最低的成本、最优的服务、最快的速度为顾客提供满意的产品和服务的目的。企业在最初的发展中一般都是关心如何管理好企业自身,整合和优化内部的产品设计、生产制造、订单执行、运输、库存、销售等各个环节,这在一定程度上确实能提高企业的经营效益。但如果供应商不能及时提供原材料,销售商的销售能力跟不上企业的生产能力,企业的柔性制造系统就不能发挥应有的作用。在电子商务时代,要想使企业的柔性制造系统充分发挥作用,供应链之间的信息共享和互动是不可缺少的。

　　供应链是产品生产和流通过程中所涉及的原材料供应商、生产商、批发商、零售商以及最终消费者组成的供需网络。以客户价值为导向的商业模式提倡企业与供应链中的贸易伙伴通过合作来赢得利润,而这有赖于供应链之间的信息集成和共享。这就要求企业能够使客户订单、库存报告、销售数据报告以及其他关键信息从一个企业(部门)开放地、自动地流向另一个企业(部门),从而实现企业与企业之间、部门与部门之间的信息共享。在这种情况下,市场竞争已经不单纯是企业之间的竞争,而是供应链与供应链之间的竞争了。

　　二、柔性制造的种类
　　一般认为,凡是侧重于柔性、适应于多品种、中小批量的加工技术都属于柔性制造技术。按规模大小分为4类:
　　(1)柔性制造系统(FMS)。关于柔性制造系统的定义有很多,比较权威性的定义有:美国国家标准局的定义为:“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。”我国国家军用标准则定义为:“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。”虽然定义不完全相同,但它们都说明了FMS所具有的特征,即,FMS是由若干数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床,由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。在世界范围内,FMS已经是一种成熟的技术,并已在工业生产部门得到较为广泛的应用。但某些FMS项目的应用效果并不好,国外有资料报导,有些FMS甚至完全失败,其中系统规划不周、设计失误是失败的主要原因。

　　(2)柔性制造单元(FMC)。FMC可视为一个规模最小的FMS,它是由1-2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存储设备构成,其特点是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC已进入普及应用阶段。

　　(3)柔性制造线(FML)。FML是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、　CNC机床,也可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,已进入实用化阶段。

　　(4)柔性制造工厂(FMF)。FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,是从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它是将产品开发、制造及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(1MS)为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化。FMF是自动化生产的最高水平,是世界上最先进的自动化应用技术,但真正全面实现柔性制造工厂的企业并不多。

　　在上述的4种柔性制造技术中,人们在讨论中所使用的最多的是“柔性制造系统(FMS)”这一概念,其他三种实际上可以在FMS的基础上增减功能而得到。

　　三、柔性制造信息系统的运行
　　1。供应链之间的信息共享
　　柔性制造系统的核心是根据生产任务迅速进行调整。企业生产什么产品可以根据客户的订单,也可以根据对市场的预测,还可以在数据共享的情况下,通过对销售商的销售数据(比女IIPOS中的数据)进行分析,获得准确的商品销售信息,及时调整生产结构,为市场提供适销对路的产品。

　　目前在供应链中实现信息共享和信息管理的技术有很多,如条码技术、电子数据交换(EDl)技术、地理信息系统(GIS)技术、全球卫星定位(GPS)等。其中条码是实现销售点终端(POS)、EDI、电子商务、供应链管理等的技术基础,条码技术不仅在国际范围内为商品提供了一套可靠的代码标识体系,而且为产、供、销等生产及贸易各环节提供了通用语言,为实现商业数据的自动采集、电子数据交换、对物流过程中的物品进行全程的实时跟踪等奠定了基础。

　　EDI是实现信息流与物流相结合的关键技术。　EDI是交易的双方采用特定的报文标准,通过计算机网络实施数据和信息的电子传输和自动处理,是计算机和网络通信技术高度结合的产物。EDI所传输的数据或信息是具备法律效率的文件资料,如订单、回执、发货通知、运单、收据发票、进出口许可证、信用证等。EDI报文是对传统业务单证中数据的结构化和标准化。经过30多年的发展,EDI的标准已由各行业有自己的标准发展到全球统一的标准。由于使用　EDI能有效地减少直至最终消除贸易过程中的纸面单证,所以EDI又被称为“无纸贸易”。

　　2。FMS中信息系统的运行
　　按照客户订单或其他生产计划,FMS开始工作后,机床、物料输送设备、工件装卸设备以及其他辅助设备在信息系统的控制下有序地运行,加工出符合要求的产品。从形式上看,FMS系统是各种设备的集合,其实质是信息的集成。和CIMS一样,FMS的整个制造过程实质上也是一个数据的采集、传递、加工处理和利用的过程,通过信息的集成实现各种不同设备的集成。信息流的管理系统是FMS的神经中枢。

　　柔性制造系统中的信息主要有两大类,一类是根据企业经营目标所确定的产品设计及定义的数据信息,如产品名称、产品型号、主要规格、各产品的部件明细表、各部件的零件明细表、零件图形及其几何特征、公差技术特征等。另一类是根据FMS的目标所确定的管理与控制的数据信息,包括编制短期生产计划的有关信息,如订单、产品、零件工艺文件、设备资源、刀具、夹具、库存等;与FMS运行控制有关的数据信息,如加工机床、工件托盘、刀具交换运载装置、中央刀库、装卸站、缓冲站、辅助工作站;设备装置的运行状态信息,如刀具是否损坏、机床是否在工作:系统运行状态信息,如工件的位置、托盘位置、机器人工作状态;另外还有在线尺寸测量信息、系统安全情况、检测监控、生产统计、质量信息、故障代码等信息。

　　在FMS中,各计算机承担不同的功能,完成不同的任务,所以对各类计算机的要求也不同。如,设计系统的计算机要速度快、容量大和图形功能强;单元层机需要有管理、调度的功能,实时性要求不那么严格;工作站层机和设备控制机则要求可靠性高、实时性强。因此,FMS信息系统常常是由不同类型、不同年代、不同厂家的计算机组成的多级计算机控制系统。一般说来,众多计算机将会分成若干子网,然后联结到主干网上。另外,这些计算机要进行数据共享和相互通信,以使整个系统协调一致地工作,完成从产品设计、零件加工到产品检验全过程的调度控制。

　　3。产品物流配送中的信息管理
　　企业制造出来的产品要经过若干环节才能到达客户或消费者手中,这要由物流环节来完成。物流是物质实体从供应者向需求者的物理移动,它由运输、保管、配送、包装、装卸、流通加工及物流信息处理等一系列经济活动组成。物流管理是供应链管理中的重要环节。

　　在电子商务的环境下,物流具有信息化、网络化、自动化、智能化、柔性化的特点。物流信息化表现为物流信息的商品化、物流信息收集的数据库化和代码化、物流信息处理的电子化和计算机化、物流信息传递的标准化和实时化、物流信息存储的数字化等①。实现物流的信息化,常常使用条码技术、数据库技术、EDI等技术,比如,通过对物流条码信息的收集、传递和反馈,实现对物品的跟踪和数据共享,提高物流系统的经济效益。物流的信息化是网络化、自动化、智能化、柔性化的基础。

　　在一些物流管理水平比较高的公司,当产品在运送途中,配销中心就已经接到电子订货通知。当运输车到达时,可通过扫描条码将产品信息输入计算机系统,记录并修改库存数据,将产品直接或与库中其他产品匹配打包后转到出库的运输车上,运交客户,使入库和出库同时完成,大大节省了时间和费用。

（《电子技术应用》）

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