制造系统的发展方向：收敛? 发散?
一直以来，制造系统同时存在两个发展方向：一个是收敛发展，一个是发散发展。
收敛发展，是指将多种功能固定的集成到一台设备上，或者一套制造系统上。通俗的讲，就是一机多能。比如，像现在的多自由度工业机器人是将多个自由度的运动功能集成到一台设备上；组合机床是将多种加工工艺功能集成到一台设备上；生产线是将多个工艺和多道工序集成到一套生产系统中。
收敛发展的设备，其众多功能都是固定集成到设备上的，其所有功能部分不能动态的进行配置。如果缺少了某一部分，整套设备就不能使用；或者，需要花费很长时间才能拆装某一功能部件以适应生产。像常见的6自由度的关节机器人，拆下一个自由度，这台机器人就不能用。不能实现这一秒钟要6轴机器人，下一秒钟要3轴机器人这样的动态配置，因为它不具备动态可重构功能。再比如生产流水线，缺少某一段，整条产线就无法运行，这是串行产线的本质特征。
收敛发展的制造系统，除了物料可以按需进行动态配置以外，其它的，比如功能设备（机器人），产线，工序等，都是根据生产工艺规划固定好的，并且，在同一批次产品的生产过程中，不可改变的，所以，这是一种静态配置的生产方式。
收敛发展具有明确的极限。一般情况下，这种收敛式发展的终极是一台具有多种功能，较高效率的专业化设备，我们一般称之为专机或专线。专机的目的，主要是效率。所有增加的工艺功能和运动自由度，就是为了提高效率。
目前的生产制造系统，其发展方向一般都是收敛的。比如说，加工中心，为了能适应更多的工艺要求，我们将车铣钻组合起来；为了能加工更多类型产品的更多规格，我们增加更多的运动自由度和运动行程。再比如一条生产线，以流水线为基础，为了提升产能，串联的增加更多操作工位，增加更多机器人；为了降低废品率，串联的增加各种检测和筛选等品控功能节点。而且，在当前的制造系统中，大家普遍都认同这样的观点：一台设备的功能越多，就可以适应更多的工艺要求，这台设备的柔性就越好。因为我们总是希望有一台全能的设备，什么都能做，最好是原料进去，产品就出来了。所以，很多企业以这样的思路（或者是为了满足这样的需求），就在一台设备上不断增加运动自由度以满足更多的运动，不断扩充刀库以增加工艺功能。为了提高设备的加工能力和效率，在原型机的基础上，产品不断迭代，终将成为专机。
对于加工中心，或者产线，功能增加了，柔性提高了，效率越来越高了。这是好事呀！
其实，如果我们再深入的思考一下就会发现，对于这台设备或这条产线本身来说，这确实是好事。但是，这种优势只是在一定的范围内。从更高一个层次来看这台设备，比如说站在企业发展这个位置，投入这样的设备是否让企业对市场的适应能力也增加了呢？如果相同的产品没有需求了，这样专门的设备是否会成为企业转型的包袱呢？说的再大白话一点，一个企业为什么不敢投入，很可能是因为科技发展太快，说不准明天都换赛道了，前期这些固定资产的投入非常有可能就打水漂了。或者说，越投入，越难转型。
实际上，我们所追求的效率是个相对的概念。在制造某一类型的更多规格的产品时，设备的效率越高，这台设备对再多规格的这类产品，或其它类型产品的适应能力就必然会降低。可以打个这样的比方：一台设备，越适合加工轴类零件，就越不适合加工盘类零件。一条产线，越适合装配手机，就越不适合装配电饭锅。
效率越高，需要设备越专；设备越专，柔性就会越差。所以，多数人就认为效率和柔性是一对矛盾，要找一个平衡点，确定一个合适的灰度。其实，效率和柔性是制造系统的本质特征，你选择了怎样的制造系统，就确定了这些基本特征的相应参数。
发散发展，由最基本的功能单元根据需要并按照一定的规则实时的构成制造系统。按发散发展的制造系统，就是将工艺功能和运动功能细分到最基本的单元模块，然后根据实际需要实时的组合成为功能设备来制造产品。通俗的讲，就是我要什么设备或机器人，随时从智能仓库调用基本单元组装成所需的设备，用完之后，随时拆解成基本单元入库。我需要怎样的流水线，按一下回车，就可以立即组建出所需要的流水线，以作为机器人和物料的流动基础。比如，拧螺钉的工艺，需要转动和移动这2个基本的自由度运动，以及必需的夹持工装。制造系统临时调用仓库里的直线运动基本单元，旋转运动基本单元和工装单元组合成拧螺钉所需的机器人。待完成该项工艺操作后，将这3个基本单元拆卸后返回至仓库。当然，这个重构组装机器人，拧螺钉和拆解机器人的操作最好是在生产矩阵上通过回路耦合的方式来执行。生产矩阵可以提供这种随时随需而调整的流水线。我们所熟知的3D打印在材料成型方面就是典型的发散式的制造工艺（但3D打印机和其所打印的产品不是发散的）。
发散发展的制造系统的一个硬件基础是数量众多的可重构的基本单元（机器人）。基本单元的功能越单一，这个系统的柔性（或者说是普适性）就越高。每一个基本单元就是一个独立的机器人，多个基本单元机器人可以通过重构组合成具有更多功能的机器人。比如，一个4自由度的视觉检测机器人：3轴（X轴、Y轴、Z轴）的移动和1轴的转动，以及一个视觉检测功能（模块）机器人，一共由5个基本单元机器人组合成为一套视觉检测的机器人。这个组合的视觉机器人，在执行检测操作前临时从仓库里调出来进行重构组装，完成检测操作后再拆解成5个基本单元入库。并且，这个组合的视觉检测机器人可以完全复制，在矩阵的回路上进行多机器人高速循环检测。
发散发展的制造系统的另一个硬件基础是轨道矩阵系统。这个轨道矩阵系统可以是导轨和有轨小车RGV，或者其它导航方式的AGV。所有的功能操作，是两台功能设备（机器人）在轨道矩阵上的关联回路耦合段，并且具有确定相对运动的过程中执行的。在实际组织生产时，可以通过人工智能优化设置耦合回路，实现工艺路线和工序的动态调整。
发散发展的制造系统不存在终极，或者说不存在天花板，这种制造系统是可以像细胞繁殖一样无限复制的。但是，为了方便衡量制造系统的产能，也可以人为的对这种发散发展的制造系统划分规模级别。
发散发展的制造系统属于动态配置的生产方式，i-Matrix智能生产矩阵就是采用了发散发展方向的制造系统。在DOFSIM动仿的智能生产矩阵系统中，每一个基本单元都是无线控制的机器人，这些基本单元包括：运动自由度基本单元机器人，工艺功能基本单元机器人。这些基本单元机器人随时按需重构。轨道矩阵是实现动态配置工序和工艺路线的基础，由于AGV运动精度的约束，目前，DOFSIM的轨道矩阵系统采用刚性齿条导轨。矩阵上的相互耦合的关联回路是通过回路节点切换装置进行实时设置的，回路节点的切换装置也是一种机器人，可以随时按控制指令调整。所以，i-Matrix智能生产矩阵，在矩阵行列足够大的情况下，能够无限并行生产，实现对物料、工艺设备、工序的动态配置，这种动态配置的生产方式才是智能制造的核心基础。
在i-Matrix生产矩阵上按完全动态配置的生产方式组织生产，由于其有很多突出的特点：并行生产，无限柔性，没有瓶颈，极高效率，特别适合频繁更换型号和更换产品，也就是常说的多品种小批量生产。这种生产系统甚至可以进行多产品的穿插生产。不仅如此，智能生产矩阵还能实现单件与批量无生产成本差异，无生产周期差异。而且，生产矩阵的基础部分可以无限积累，不存在换代的问题，这让企业持续的基础投入不会在更换产品（赛道）时被废弃。相反的，企业的前期投入是产能和市场适应能力的优势积累。
可见，效率和柔性并不是一对矛盾，它们仅仅是两个衡量制造系统性能的参数，而制造系统的性能，取决于我们选择怎样的发展方向。
本质上，收敛发展和发散发展的制造系统同时的、相对的存在。并且，目前，我们只能说各有优势。但是，在制造系统上，一维的生产线和二维的生产矩阵，到底谁是发展趋势？谁能承载智能制造？相信还是需要更专业的深思的。
制造系统的发展方向：收敛? 发散?相关推荐
- 聚焦与发散——浅谈编程的发展方向
最近在找工作,所以重新开始看书,重新整理知识体系,而现在上海的晚上很湿热,睡不着,就产生了这些想法. 不说更早的历史,就从dos开始说起.dos刚出来的时候是单进程的,根据人们的需求发展出了多进程的概 ...
- 【智能制造】浅谈中国工业4.0的发展方向
什么是工业4.0? 工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划.该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元.旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性.资源效率及人因工 ...
- 计算机集成制造系统C MS论文,浅谈自动化机械制造及发展毕业论文.docx
文档介绍: 浅谈自动化机械制造及发展毕业论文.docx浅谈自动化机械制造及发展毕业论文目录第1章绪论 21.1制造背景 21」」按规模大小FMS可分为如下4类 3第2章自动化技术 41自动化关键技术 ...
- 【MES】智能制造背景下MES的发展方向
精准化.精细化.协同化是MES的重要特点,否则生产无法高效.高质的运行.那种通过凭经验.靠感觉进行计划制订.现场管理的信息化系统,称之为MES,从一定程度上讲是名不副实的. 在MES定义不严谨,理念不 ...
- 机械设计与计算机技术相关的论文,计算机技术在机械设计制造中的应用及发展方向...
电子论文 计算机技术在机械设计制造中的应用及发展方向 时间:2018年06月21日 所属分类:电子论文 点击次数: 机械是工业行业发展与生产中的重要设备,通过计算机技术在机械设计制造中的应用,为计算机 ...
- 长时储能系统-未来储能系统发展方向
新型长时储能,将会是储能系统未来的发展方向,众多的利好消息,印证了这一点. 2022年2月,根据内蒙古自治区人民政府发布的<关于加快推动新型储能发展的实施意见>,文件提出,到2 ...
- 中国工程机械制造行业运营状况及发展方向预测报告2021-2027年
第1章:工程机械制造行业概述1.1 工程机械制造行业定义及分类 1.1.1 行业概念及定义 1.1.2 行业主要产品大类 1.1.3 工程机械行业归属国民经济行业分类 1.1.4 报告统计口径及研究范 ...
- 全球及中国新能源汽车电机市场未来发展方向与投资潜力研究报告2022版
全球及中国新能源汽车电机市场未来发展方向与投资潜力研究报告2022版 HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS--HS-- [修订日期]:2021年11月 ...
- 项目管理在企业发展中的作用及未来的发展方向—— 来自项目管理群的讨论
lwantstudy-PMO-DaLian 说: 3.9的主题,项目管理在企业发展中的作用 未来的发展方向,"思想者_pm_深圳"提出,老谷尝试分享 1. 项目管理在各性质的公司的 ...
最新文章
- 展望未来：使用 PostCSS 和 cssnext 书写 CSS
- Git入门最终集！SSH公钥是乱码怎么办？IDEA与Git！将自己的代码上传至远程仓库！
- linux操作系统中查找某个进程,在linux下查看有哪些操作系统进程正在使用某一个共享内存段...
- 静态存储区、堆和栈的区别
- 导数卷积 （NTT）
- 怎样利用VNC远程连接LINUX桌面
- 离职交接文档_离职程序员交接工作被同事怒怼：每一行代码都讲清楚，不然投诉你...
- 三中好用的数组去重方式
- JAVA常用算法一：二分查找【递归 or 非递归】
- bzoj 4017: 小Q的无敌异或
- 微信小程序的开篇文章----小程序更新推荐
- Atitit.搜索引擎内容来源解决之道
- 基于KNX技术设计的智能照明控制系统在医院的设计与应用
- 计算机硬盘序列号有什么意义,硬盘序列号会/为什么会改变
- vscode左侧文件不同颜色标识含义
- linux安装盘fat 还是 ntfs,NTFS与FAT区别差异
- 高斯分布估计子的性能与克拉默劳下界的讨论
- Barefoot如何应对Marvell可编程芯片的消亡
- JZM 的印象笔记 （卷积，分块）
- 微信小程序getUserInfo无法获取用户信息