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《柔性制造系统成为离散制造行业智能工厂建设新方向》

  • 来源专题：数控机床与工业机器人
  • 编译者： icad
  • 发布时间：2019-03-27

  • 如何实现生产的柔性化是众多制造企业的切实需求，目前很多企业针对小批量、多品种零部件的生产，大多采用购买单台数控加工中心或钣金加工设备，虽然保证了产品加工的灵活性，但设备OEE低，需要频繁的调整工夹具，工艺稳定差，且影响生产效率，难以满足企业的需求，为了改善这种状况，很多企业开始关注到柔性制造中最具代表性的技术FMS柔性制造系统。这种系统不但可以支持企业昼夜连续“无人化生产”，还能够满足企业多品种、中小批量的加工管理需求，并且能够有效减少毛坯和在制品的库存量，同时保障产品质量的一致性。FMS是车间级自动化 、柔性化、智能化开放式制造平台，具备企业横向、纵向良好的互联互通集成条件，是当前实施智能工厂 建设最有效的途径之一。全能型金属板材FMS柔性制造系统以机加工FMS为例，其构成由若干台加工中心，机器人 去毛刺单元和清洗单元，以及轨道运输车等设备组织，配备了立体货架，放置工件和工装，可以完成从初加工到精加工的全自动加工；除主控计算机外，还配备有数控程序管理计算机和分布式数控终端等，形成多级控制系统 或组成局部网络。

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  • 《智能制造的试验台》
    • 来源专题：智能制造
    • 编译者：icad
    • 发布时间：2025-01-16
    • 新技术是制造业的增长引擎，但变革有中断和巨大成本的风险。使用技术测试台逐步推出新设备和软件有助于在生产部署之前改进和优化流程。 为什么要建立一个试验台？ 技术测试台通过提供一个受控的环境来识别风险并在不中断生产的情况下进行实验，从而降低了全面部署期间失败的可能性。通常，测试台使用按比例缩小的设备来最大限度地降低成本，同时仍然反映全尺寸系统的关键功能和能力。 中试工厂 所有试验台都证明了新的制造工艺，但中试工厂的规模最大。旗舰设施通常是新建的，至少雇佣了一些全职员工，需要大量的资本投资。它们通常是与政府或经济发展组织合作建立的。在中试工厂，研究人员、科学家和工程师的迭代设计、测试和实验导致接近正确的工艺参数，这些参数将延续到全面生产中。 中试工厂示例 2024年，在美国国家能源技术实验室（NETL）的支持下，位于德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究所开设了超临界变压电力（STEP）测试设施。通过展示超临界二氧化碳（sCO2）涡轮机技术，中试工厂验证了sCO2布雷顿动力循环的效率、可扩展性和环境效益。它以4兆瓦的电网同步功率运行，为涡轮机性能、热管理和系统集成提供了见解。演示设施能够对设备、工艺设计和操作条件进行真实世界的测试。 2019年至2022年，芬兰VTT技术研究中心有限公司建造了一座纤维加工中试厂，开发了一种半自动的数字双胞胎生产工艺。该工厂使用详细的模拟和受控环境来发现和解决现实世界的挑战，如集成遗留系统和自动化数据提取。这种方法在加速数字化转型的同时最大限度地降低了风险和成本，展示了试点规模的设置如何有助于将理论概念与工业规模的实施联系起来。 2024年宣布或开业的其他试点制造厂： 木质碳纤维 硅电池 乙醇基合成橡胶 无稀土永磁体 改装试验台 与试点工厂不同，这些工厂不会因创造新的就业机会或地区经济收益而成为头条新闻。这种规模的试验台在大学和研究机构很常见。行业联盟也可以成为合作进行后期研发或早期商业化有前景的新技术的途径。 改装试验台示例 从2016年开始，美国国家标准与技术研究院（NIST）主持了智能制造系统测试台，以促进产品生命周期数据的研究。该测试台从位于马里兰州盖瑟斯堡的NIST园区机械车间的12台机床中提取数据。连接到试验台的设备包括立式和卧式加工中心、铣床和三坐标测量机。机械车间向NIST研究人员提供零件，测试台的连接和软件组件分层在现有设备、调度和过程管理软件工具之上。 2022年，芝加哥MxD部署了一个数字孪生框架，以加强制造过程管理。该框架对数据收集和分析进行了标准化，以提高生产运营的可见性和控制。该项目还测试了一种“移动工人”解决方案，使设备操作员能够在移动设备上实时接收任务、访问关键数据和更新状态。该测试平台允许制造商在安全、低风险的环境中评估人工智能驱动的分析、预测性维护、网络安全等，帮助他们在承诺全面采用之前了解每种工具。通过模拟真实世界的流程，该测试平台支持培训和技能发展，使员工能够熟悉新的工具和技术。 台式试验台 中试装置或试验台改造背后的相同原理也可以应用于独立的台式或台式试验台。当这些小规模工具由公司开发时，它们通常不会发布。对于那些在大学环境中建造或共同开发的建筑，学术文献中都有相关报道。 台式试验台示例 基于Linux的数控开放控制系统（萨格勒布大学，2013） 技术试验台的局限性 由于它们旨在反映现实世界的制造条件，因此构建和维护测试台也面临着类似的挑战。这些包括安全、数据安全和隐私、系统集成以及物理和虚拟基础设施管理。有限的空间、资金和利益相关者参与等资源限制也会减缓进展。 此外，还需要良好的实验设计。测试用例需要明确规定并妥善记录。结果需要清晰明了，易于传播。否则，测试平台的发现可能永远不会扩大规模或应用于生产。 AMT试验台 AMT-制造技术协会于2018年建立了一个带有台式五轴铣床的“快闪店”，作为机器连接和数字螺纹的演示和研究平台。后来，增加了一系列协作机器人，将原来的铣床升级为新型号。除了员工培训外，AMT试验台上的活跃研究领域还包括： MTConnect中的规范和功能建模 工业物联网的远程访问、安全和安保 标准协调（ROS、OPC UA、MTConnect、MQTT） 设备清单： Penta Machine Co.PocketNC v2台式五轴数控铣床（带外壳） IGUS ReBeL6机械臂+Schunk夹持器 Intel RealSense D435i深度感应立体相机 Sonicwall防火墙 用于CAD和仿真、单元控制和远程访问的专用Windows工作站 AMT试验台是为机器人辅助加工而建立的。它还有一个基于MTConnect的数据收集系统，以及对该单元的安全、基于帐户的远程访问。 本文由Chloe Radigan与Russ Waddell合作撰写，并得到了Benjamin Moses和Stephen LaMarca的额外支持。
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  • 《中国制造？》
    • 来源专题：数控机床与工业机器人
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2015-05-15
    • 中国制造？ 亚洲仍将占据制造业的领导地位，其他国家面临发展困境。 中国通过本土生产、产销外国的方式改变自身经济的同时，也改变了全球的经济。1990年，中国只占全球制造业产值不到3%的比重；现在这一数字上升到将近25%。中国生产了全球80%的空调、70%的手机和60%的鞋子。中国崛起的白热化趋势进一步促使供应链向东南亚深入扩展。“亚洲工厂”如今生产了将近一半的全球商品。 中国一直紧跟着“亚洲四小龙”如韩国和台湾的步伐。许多人推测，在条件成熟的时候，制造业的指挥棒将会指向世界其他地方，使这些国家或地区也能依靠制造业繁荣起来。但是中国不仅没有因薪酬上升而产业遇冷，反而抓紧了对市场的掌控。低成本工作的确从中国转移到了东南亚，这一结果更是增强了“亚洲工厂”的主导地位。这一局面为中国轨道之外的其他新兴市场制造了难题。从印度到非洲再到南美，变幻莫测的富裕之路变得愈发艰难了。 怠工 中国经济不如以往强劲了。房地产市场因供应过剩面临危机。日益增加的债务成为负担。本月早些时候，中国政府宣布今年的经济增长指标为7%，这也是二十多年来最低的目标。而本周的数据显示，即使是7%的增长目标也并不容易实现。然而，中国在制造业方面仍具有三大优势，并将有利于总体经济的发展。 首先，中国在发展高端市场，进行高产值研发的同时，也仍紧抓低成本制造业。中国在全球服装出口产业的份额增加了，从2011年的42.6%到2013年的43.1%。中国也正在尝试用更少的原材料制造更多的产品。世界银行发现，中国进口原材料占总出口额的比重从20世纪90年代巅峰时期的60%下降到了如今的35%。部分原因在于中国拥有其他国家争相模仿的有效的供货商集群。中国有优秀的、改良的生产结构。中国计划到2020年建设10座机场。根据中国政府最新的“2025中国制造”政策的指导，中国公司正在利用自动化技术提高生产率，以弥补劳动力成本增加带来的不利影响。 中国的第二大优势就是“亚洲工厂”本身。由于劳动力成本上升，一些低成本工厂确实正在离开中国。其中大多数都转移到了拥有大量廉价劳动力的东南亚地区。这一过程却带来了相应的负面影响。去年，一个NGO组织发现，马来西亚电子产业大约30%的工人都属于强迫性劳工。但是，在三星、微软、丰田和其他跨国公司削减中国地区产量、转向缅甸和菲律宾的同时，他们也强化了一个以中国为中心的区域供应链。 中国的第三大优势在于，中国正迅速发展为重要的需求市场。中国消费阶层日益增长，亚洲工厂正在占据更高份额的高利润市场和服务业。与此同时，中国市场的需求也进一步强化了亚洲供应链。在中国市场竞争问题上，本土商人比远距离的竞争者更有优势。 灵活的政策能进一步发挥这些优势。东盟有能力抢占低端制造业市场。中国占美国鞋业进口市场的份额从2009年的87%下降到了去年的79%。越南、印度尼西亚和柬埔寨分走了其他份额。但是，东盟可以进行更多努力，来创造一个致力于复杂商品和服务的专门市场。区域贸易，当然最好是全球贸易将使制造业网络从中国覆盖到周边其他国家的过程更加顺利摆脱外国对零件的限制后，泰国在汽车制造业方面的实力证明，正确的政策是如何使东南亚国家与中国机器制造业对接的。 不幸的是，其他新兴经济体却高兴不起来。他们缺少一个巨大的经济体来担任区域组织的核心。北美自由贸易区将墨西哥的公司纳入了纵贯北美的供应链之中，但是却没有包括中美和南美的一些国家。沉重的贸易壁垒使西欧将不会像帮助中欧和东欧一样帮助北非国家。 即使当印度和撒哈拉以南非洲从亚洲工厂手中分走了部分产量，另一个问题仍然存在。制造业可能不会再创造曾经可观的就业局面和经济收入了。过去，出口导向型制造业使大量劳动力从田野进入了工厂，劳动力的生产效率得到了大幅度提升。现在的科技进步减少了工厂的劳动力需求。中国与其邻国可能是最后搭上廉价劳动力顺风车的国家。 出口无疑是新兴市场获得成功的最可靠途径。在全球市场内竞争是最有效的提高生产率的方式。但是亚洲工厂之外的其他政府必须依靠多种多样的发展方式——不仅仅是制造业，还有农业和服务业。印度IT产业就是很好的例证，但是这仅仅是高技能人员的产业，这个国家庞大的劳动力市场并没有得到有效利用。 促进政策实施 如今的发展模式需要更多的政策制定者制定更有效的政策，而不仅仅是在制造业劳动力成本上的竞争。全球贸易服务进一步自由化将有利于南美洲和非洲。基础设施花费除了集中于港口和道路建设外，还要注重光导纤维电缆建造。教育是关键，要想进入全球市场，高技能劳动力必不可少。 对于发展中国家而言，这些建议可能较难实施。但是，想要靠中国不再廉价的劳动力分到一杯羹，结果只能是失败。
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