造作自动化的广义内涵、钻研近况和发展趋向
造作自动化技术是先进造作技术中的沉要组成部门，也是当今造作工程领域中涉及面广、钻研极度活跃的技术。我国对造作自动化技术的钻研十吩祺沉，近年来已在钻研和利用上作了大量工作。例如，国度863打算cims主题专门设置了“造作自动化”技术专题，每年均设置了肯定数量的钻研课题;全国高校中成立了“全国高档学堂造作自动化钻研会”，每两年一次学术大会，萦绕造作自动化主题作了大量钻研。
鉴于“造作自动化」剽一名称在我国出现的功夫还不很长，同时又因其内涵、钻研近况和发展趋向均处于不休地发展和动态变动过程中，因而本文对造作自动化的内涵进行了探求，对其钻研近况和发展趋向作了分析和论说。
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1造作自动化的广义内涵
顾名思义，“造作自动化”首吓爪与“造作”有关。
传统地理解，人们通常将“造作”理解为产品的机械工艺过程或机械加工过程。例如驰名的longman词典对“造作”的诠释为“通过机械进行造作或出产，出格是合用于大批量”。
随着人类出产力的发展，“造作”的概想和内涵在“领域”和“过程”两个方面大大拓展。领域方面，造作涉及的工业领域远非局限于机械造作，蕴含了机械、电子、化工、轻工、食品和军工等国民经济的大量行业。造作业已被界说为将可用资源通过相应过程、转化为可供人们使用和利用的工业品或生涯消费品的产业[1]。过程方面，造作不是仅指具体的工艺过程，而是蕴含市场分析、产品设计、出产工艺过程、装配检验和销售服务等产品整个性命周期过程，如国际出产工程学会1990年给“造作”下的界说是：造作是一个涉及造作工业中产品设计、物料选择、出产打算、出产过程、质量保障、经营治理、市场销售和服务的一系列有关活动和工作的总称[2]。
综上所述，目前对造作有两种理解，一是通常的造作概想，指产品的“造作过程”或称为“幼造作概想”，如机械加工过程;另一个是广义造作概想，蕴含产品整个性命周期过程，又称为“大造作概想”。现实利用中，两者皆在使用，其概想领域视具体情况而定。
“自动化”是美国人d.s.harder于1936年提出的[3]。其时他在通用汽车公司工作，他以为在一个出产过程中，机械之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。这内容是早期造作自动化的概想。
造作自动化的概想是一个动态发展过程。从前，人们对自动化的理解或者说自动化的职能指标是以机械的作为包办身力操作，自动地实现特定的作业。这内容上是自动化包办身的体力劳动的概想。后来随着电子和信息技术的发展，出格是随着推算机的出现和宽泛利用，自动化的概想已扩大为用机械不仅包办身的体力劳动并且还包办或辅助脑力劳动，以自动地实现特定的作业。
今天看来自动化的上述概想也还不美满。把自动化的职能指标当作是用机械包办身的体力劳动或脑力劳动是比力狭幼的理解。这种理解甚至在某种水平上故障了自动化技术的发展，例如，有人就以为，中国人多，搞自动化没有很大的必要。
今天，造作自动化已远远突破了上述传统的概想，拥有越发宽大和深刻的内涵。造作自动化的广义内涵至少蕴含以下几点：
在大局方面，造作自动化有三个方面的寓意：
.包办或辅助人的脑力劳动。
.造作系统中人、机及整个系统的协调、治理、节造和优化。
在职能方面，造作自动化包办身的体力劳动或脑力劳动仅仅是造作自动化职能指标系统的一部门。造作自动化的职能指标是多方面的，已形成一个有机系统。此系统可用如图1所示的职能指标模型描述。此职能指标模型简称tqcse模型，其中t暗示功夫，q暗示质量，c暗示成本，s暗示服务，e暗示环境友善性。
tqcse模型中的t有两方面的寓意，一是指选取自动化技术，能缩短产品造作周期，产品上市快;二是提逾越产率。q的寓意是选取自动化系统，能提高和保障产品质量。c的寓意是选取自动化技术能有效地降低成本，提高经济效益。s也有两方面的寓意，一是利用自动化技术，更好地做好市场服务工作;二是利用自动化技术，代替或减轻造作人员的体力和脑力劳动，直接为造作人员服务。e的寓意是造作自动化应该有利于充分利用资源，削减拔除物和环境传染，有利于实现绿色造作。
tqcse模型还批注，t、q、c、s、e是互有关联的，它们组成了一个造作自动化职能指标的有机系统。
在领域方面，造作自动化不仅涉及到具体出产造作过程，而是涉及产品性命周期所有过程。
2造作自动化技术的钻研近况
正如本文媒介所述，国内表对造作自动化技术的钻研十吩祺沉，已经进行了大量钻研。综合而言，造作自动化技术的钻研近况重要表此刻以下几个方面。
造作系统中的集成技术和系统技术已成为造作自动化钻研中热点问题
造作自动化技术钻研从前重要集中在单元和专门技术的钻研中，这些技术蕴含节造技术和推算机辅助技术等。近年来，在上述单元技术和专门技术持续发展的同时，造作系统中的集成技术和系统技术的钻研发展迅速，已成为造作自动化钻研中的热点。
造作系统中的集成技术和系统技术涉及面很广。其中集成技术蕴含造作系统中的信息集成和职能集成技术、过程集成技术、企业间集成技术等;系统技术蕴含造作系统分析技术、造作系统建模技术、造作系统运筹技术、造作系统治理技术和造作系统优化技术等等。
越发注沉钻研造作自动化系统中人的作用的阐扬
在从前一段时期，人们曾以为全盘自动化和无人化工厂或车间是造作自动化发展的指标。随着实际的深刻和一些无人化工厂执行的失败，人们对无人造作自动化问题进行了反思，并对于人在造作自动化系统中有着机械不成代替的沉要作用进行了沉新意识。有鉴于此，国内表对于若何将人与造作系统有机结合，在理论与技术上发展了积极的索求。近年来，提出了“人机一体化造作系统”、“以报答中心的造作系统”等新思想，其内涵就是阐扬人的主题作用，选取人—机一体的技术路线，将人作为系统结构中的有机组成部门，使人与机械处于优化合作的职位，实现造作系统中人与机械一体化的人机集成的决策机造，以获得造作系统的最佳效益。目前，萦绕人机集成问题国内表在进行大量钻研。
单元系统的钻研依然占有沉要的地位
单元系统是以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体，在推算机统一节造治理下，可进行多种类、中幼批量零件自动化加工出产的机械加工系统的总称。它是推算机集成造作系统的沉要组成部门，是自动化工厂车间作业打算的分化决策层和具体执行机构。国内表造作行业在单元系统的理论和技术钻研方面投入了大量的人力物力，因而单元技术无论是软件还是硬件均有迅速的发展。
例如：美国《manufacturingengineering》高级编纂robertb.aronson最近专门颁发综合评论文章“数控单元的最新进展”[5]，对数控单元系统的发展情况进行了综述，其中指出：“单元目前已经起头影响和摆布着美国造作业。”《manufaturingengineering》的另一编纂也同时撰文[6]介绍了单元系统在美国波音公司中所阐扬的巨大作用。近年来又提出了一种基于多主体的单元化造作系统，其钻研在鼓起。
造作过程的打算和调度钻研极度活跃，但实用化的成就还不多见
美国ingersoll铣床公司曾分析了在传统的造作工厂中从原资料进厂到产品出厂的造作过程。了局批注，对一个机械零件来说，只有5%的功夫是在机床上;95%的功夫中，零件在分歧的处所和分歧的机床之间运输或期待。削减这95%的功夫，是提高造作出产率的沉要方向。优化造作过程的打算和调度是削减95%的功夫的重要伎俩。有鉴于此，国内表对造作过程的打算和调度的钻研非；钤，已颁发了大量钻研论文和钻研成就。仅以新加坡两年一度的国际cim大会为例，最近几届的大会论文集中，打算和调度方面的钻研均占相当一部门。
造作过程的打算和调度的钻研方面固然已获得大量钻研成就，但由于造作过程的复杂性和随机性，使得能进入实用化的出格是合用面较大的钻研成就很少，大量钻研还有待于进一步深入。
柔性造作技术的钻研向着深度和广义发展
一提到柔性造作技术，人们往往首先想到柔性造作系统fms。最早的fms是1967年由英国molins公司研造的“system24”[3]，至今已有30余年汗青。目前fms已在蓬勃国度宽泛利用。固然fms的钻研已有较长汗青，但由于其复杂性和不休地发展，至今仍有大量学者对此进行钻研。目前的钻研重要萦绕fms的系统结构、节造、治理和优化运行在进行。
柔性造作系统fms固然拥有自动化水平高和运行效能高蹬着点，但由于其不仅注沉信息流的集成，也出格强调物料流的集成与自动化，物流自动化设备投资在整个fms的投资中占有相当大的比沉，且fms的运行靠得住性在很大水平上依赖于物流自动化设备的正常运行，因而fms也拥有投资大、见效慢和靠得住性相对较差等不及。
dnc技术近年来得到了很大发展。早期的dnc是指distributednumericalcontrol，即推算机直接数控。目前我们说的dnc蕴含两种情况：一是为推算机直接数控，另一指是directnumericalcontrol，即散布式数控。本文所说的dnc重要指后者。dnc强调信息的集成与信息流的自动化，物料流的节造与执行可大量染指人机交互。相对fms来说，dnc拥有投资幼、见效快、柔性好和靠得住性高档特点，因而近年来的钻研非；钤綶7]。
柔性造作技术的基础是数控。数控技术固然已有40多年汗青，但至今仍在不休美满和发展。一些新的数控系统在不休涌现。
适应现代出产模式的造作环境的钻研在鼓起
当前，实时造出产、并行工程(concurrentengineering)、良好出产、火速造作等现代造作模式的提出和钻研推动了造作自动化技术钻研和利用的发展，以适应现代造作模式利用的必要。
例如：萦绕火速造作这一21世纪占主导职位的造作模式的钻研，对造作自动化系统中的火速造作问题的钻研越来越受到器沉。重要问题蕴含火速造作模式下的造作自动化系统系统结构、高效柔性造作系统的建模与沉构、造作能力丈量、评价与节造和造作加工过程的拟实造作等等。
底层加工系统的智能化和集成化钻研越来越活跃
如目前世界上ims打算中，提出了智能完整造作系统hms(holonicmanufacturingsystem)，hms是由智能完整单元复合而成;其底层设备拥有盛开、自律、合作、适应柔性、靠得住、易集成和鲁棒性好等个性。另表，目前世界上刚刚出现的虚构轴机床，刷新了传统机床的工作道理，其机能上有很多怪异优势，出格是有利于实现车间内各虚构轴机床的节造和集成。又如急剧原型造作是一种有利于实现集成造作的新技术，近年来的钻研非；钤。
3造作自动化技术的发展趋向
近年来，造作自动化技术的钻研发展迅速，其发展趋向可用“六化”简要描述。即造作全球化、造作火速化、造作网络化、造作虚构化、造作智能化和造作绿色化。
造作全球化的概想出于美日欧等蓬勃国度的智能系统打算。近年来随着internet技术的发展，造作全球化的钻研和利用发展迅速。造作全球化蕴含的内容极度宽泛，重要的有：
.市场的国际化，产品销售的全球网络在形成。
.产品设计和开发的国际合作。
.造作企业在世界领域内的沉组与集成，如动态联盟公司。
.造作资源的跨地域、跨国度的协调、共享和优化利用。
.全球造作的系统结构将要形成。
急剧造作是一种面向21世纪的造作战术和现代造作模式，当前全球领域内火速造作的钻研极度活跃。急剧造作是对广义造作系统而言。造作环境和造作过程的火速性问题是急剧造作的沉要组成部门。急剧化是造作环境和造作过程面向21世纪造作活动的必然趋向。造作环境和造作过程的火速化蕴含的内容很广，如：
.柔性：蕴含机械柔性、工艺柔性、运行柔性和扩大柔性等。
.沉构能力：能实现急剧沉组沉构，加强对新产品开发的急剧响应能力。
.急剧化的集成造作工艺：如急剧原型造作rpm，是一种cad/cam的集成工艺。
当前由于网络技术出格是internet/intranet技术的迅速发展，在给企业造作活动带来新的刷新，其影响的深度、广度和发展速度往往远超过人们的预测。正如1997年10月在新加坡召开的第四届国际cim大会上，大会主席robertgay博士指出：“自1995年的第三届国际cim大会以来，基于internet的出产经营活动是出乎意料地迅猛增长[7]”。又如美国《manufacturingengineering》杂志高级编纂jeanv.owin最近专门撰文论说了基于internet的造作的沉大意思和利用情况[8]。
基于网络的造作，蕴含以下几个方面：
造作环境内部的网络化，实现造作过程的集成。
造作环境与整个造作企业的网络化，实现造作环境与企业中工程设计、治理信息系统等各子系统的集成。
企业与企业间的网络化，实显祗业间的资源共享、组合与优化利用。
通过网络，实现异地造作。
总之，造作的网络化，出格是基于internet/intranet的造作已成为沉要的发展趋向。
造作虚构化重要指虚结构作，又称拟实造作。
虚结构作(virtualmanufacturing)是以造作技术和推算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代造作工艺、推算机图形学、并行工程、人为智能、人为现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。它将现实造作环境及其造作过程通过成立系统模型映射到推算机及其有关技术所支持的虚构环境中，在虚构环境下仿照现实造作环境及其造作过程的所有活动和产品造作全过程，并对产品造作及造作系统的行为进行预测和评价。
虚结构作的钻研正越来越受到器沉。如：美国当局造订的team蕴含5个沉点钻研领域，虚结构作是其中之一。虚结构作是实现火速造作的沉要关键技术，对未来造作业的发展至关沉要;同时虚结构作将在今后发展成为很大的软件产业，我们应充分把稳到这个发展趋向。
智能造作将是未来造作自动化发展的沉要方向。
所谓智能造作系统是一种由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在造作过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。智能造作技术的宗旨在于通过人与智能机械的合作共事，去扩大、延长和部门地取代人类专家在造作过程中的脑力劳动，以实现造作过程的优化。
有人预言下一世纪的造作工业将由两个“i”来标识，即integration和intelligence。
环境、资源、人丁是当今人类社会晤对的三大重要问题。出格是环境问题，其恶化程杜纂日剧增，在对人类社会的生计与发展造成严沉威胁。近年来的钻研和实际使人们意识到环境问题决非是孤立存在的，它和资源、人丁两问题有着底子性的内涵联系。出格是资源问题，它不仅涉及人类世界有限的资源若何利用，并且它又是产生环境问题的重要本原。于时，近年来，一个新的概想已经提出：最有效地利用资源和最低限度地产生拔除物，是当前世界上环境问题的治本之路。
造作业量大面广，对环境的总体影响很大 Ｄ芄凰，造作业一方面是创造人类财富的支柱产业，但同时又是当前环境传染的重要源头。有鉴于此，若何使造作业尽可能少地产生环境传染是当前环境问题钻研的一个沉要方面。因而一个新概想——绿色造作[10]由此产生。
绿色造作是一个综合思考环境影响和资源效能的现代造作模式，其指标是使得产品从设计、造作、包装、运输、使用到报废处置的整个产品性命周期中，对环境的影响最幼，资源效能最高。绿色造作是可持续发展战术在造作业中的体现，或者说绿色造作是现代造作业的可持续发展模式。
绿色造作涉及的面很广[11]，涉及到产品的整个性命周期和多性命周期。对造作环境和造作过程而言，绿色造作重要涉及到资源的优化利用、清洁出产和拔除物的至少化及综合利用。绿色造作是目前和未来造作自动化系统应该予以充分思考的一个沉大问题。
造作自动化是一个动态概想，有着极度宽泛和深刻的内涵。目前造作自动化技术的钻研非；钤，重要表此刻造作系统中的集成技术和系统技术、人机一体化造作系统、造作单元技术、造作过程的打算和调度、柔性造作技术和适应现代出产模式的造作环境的钻研方面。造作自动化技术的发展趋向可用“六化”简要描述，即造作全球化、造作火速化、造作网络化、造作虚构化、造作智能化和造作绿色化。