【正文】 ................................ 23 參 考 文 獻(xiàn) .......................................................... 30 致 謝 ............................................................... 31 1 概述 全球化經(jīng)濟(jì)激發(fā)的市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)和客戶對(duì)產(chǎn)品需求的日益?zhèn)€性化趨勢(shì)，引起產(chǎn)品品種增多及市場(chǎng)生命周期不斷縮短。 模塊化 機(jī)床的這種對(duì)變化的需求能夠快速、經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)換來重新配置的能力， 稱為 模塊化 性。它對(duì)某一種零 件 (或一組相似零件 )的特定工序需求定制設(shè)計(jì)。但由于組合機(jī)床一開始并不是為 模塊化 設(shè)計(jì)，當(dāng)需求變化時(shí)，機(jī)床需要較長的改裝時(shí)間和較高的改裝成本，且會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的停滯，因而在實(shí)際應(yīng)用中組合機(jī)床并沒有用于重構(gòu)的目的，只作為一種高效的專用機(jī)床來使用。 由于全球化經(jīng)濟(jì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)／客戶需求變化的驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)產(chǎn)品族中以大批量生產(chǎn)的效率和成本，來提供滿足不同客戶需求的個(gè)性化定制產(chǎn)品的生產(chǎn)模式已經(jīng)成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，如大批量定制生產(chǎn)。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）是模塊化制造系統(tǒng)的一種具體形式，它需要不同的組成要素包括：專用機(jī)床 、 柔性的通用數(shù)控機(jī)床和模塊化機(jī)床。對(duì)于模塊化機(jī)床來說，起本質(zhì)特性決定了它需要完成一組加工工序，且這一組工序來自于零件族的不同零件，我們稱之為工序族。模塊化結(jié)構(gòu)是指模塊化機(jī)床的硬、軟件都為模 塊， 如模塊化結(jié)構(gòu)的主軸、模塊化和開放式體系結(jié)構(gòu)控制器、模塊化軟件等等 。此外， 模塊化 機(jī)床還綜合了一些傳統(tǒng)機(jī)床的特點(diǎn)。 (4) 可集成性 模塊化 機(jī)床的機(jī)械和控制模塊具有集成其它機(jī)床模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)，從而能夠 集成 新技術(shù)和新功能以使機(jī)床在線升級(jí)。 模 塊化、可集成性和可控制性減少了 模塊化 機(jī)床的重構(gòu)時(shí)間和重構(gòu)工作量；可轉(zhuǎn) 換性和定制化降低了模塊化機(jī)床的資源投資和重構(gòu)成本 [13]。 RMS 的基本特征 是可重組 (可組態(tài) )性 ,另外還包括可變性、可集成性、定貨化、模塊化、可診斷性、經(jīng)濟(jì)可承受性、敏捷性等。 （ 2）制造系統(tǒng)的模塊化 由于加工機(jī)器設(shè)備正在變得愈來愈貴重，其投資決策也愈來愈難。目前的部件控制方法是單獨(dú)處理每一個(gè)單元，然后用一些并不妥當(dāng)?shù)姆椒▽⑺械膯卧o緊地聯(lián)系在一起，使之成為一體。這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與成熟一方面將有助于可重構(gòu)制造系統(tǒng)的實(shí)施，同時(shí)也有利于帶動(dòng)其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。顯然，無論集成與分散都是一種手段而不是目的。系統(tǒng)層對(duì)配置后的制造系統(tǒng)評(píng)估的一個(gè)例子是對(duì)布局重構(gòu)的評(píng)估。制造系統(tǒng)中應(yīng)用軟件的修改與升級(jí)就是其中之一。利用新的組件不斷地取代舊的組件，再將現(xiàn)有的各種組件重新配置實(shí)現(xiàn)用戶定制。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的控制與故障診斷 顧客對(duì)產(chǎn)品品種與規(guī)格、功能與性能、外 觀與色澤需求量的要求呈多樣化，促使制造企業(yè)減少產(chǎn)品批量，以定單牽引生產(chǎn)。 ② 利用網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)資源共享 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是充分利用現(xiàn)有資源。為解決這樣的問題，一方面要加強(qiáng)制造系統(tǒng)的監(jiān)控，通過獲取和分析制造 過程的實(shí)時(shí)信息保證制造過程安全，可靠與高效地運(yùn)行。目前，模塊化設(shè)計(jì)的方式主要有以下幾種： ① 橫系列模塊化設(shè)計(jì)，不改變產(chǎn)品主要參數(shù)，利用模塊發(fā)展變型產(chǎn)品。為解決模塊化機(jī)器的系統(tǒng)優(yōu)化問題，需要發(fā)展可重構(gòu)設(shè)計(jì)理論。 ③ 模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)避免片面追求功能的實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)注重模塊化產(chǎn)品生命周期全周期多目標(biāo)的權(quán)衡與綜合決策。在這種假設(shè)下，系統(tǒng)布局一旦設(shè)定基本上就不再改變。顯然，市場(chǎng)需求變化越激烈，對(duì)制造系統(tǒng)本身的可擴(kuò)展、可重構(gòu)的要求就越高。當(dāng)系統(tǒng)底層模塊的屬性已知，各個(gè)模塊之間的關(guān)系理順后，系統(tǒng)規(guī)劃層就可針對(duì)生產(chǎn)要求協(xié)調(diào)好各個(gè)模塊之間的關(guān)系，迅速地改變制造系統(tǒng)加工能力。因此，在研究可重構(gòu)系統(tǒng)布局時(shí)首先應(yīng)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)有充分而全面的認(rèn)識(shí)。因此如何在眾多的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法中選取合適的標(biāo)準(zhǔn)與方法是一個(gè)復(fù)雜而又重要的問題。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)大致上可以分成四類：柔性、生產(chǎn)節(jié)奏、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。它是 制造系統(tǒng)重組可行性的一個(gè)重要性能測(cè)度指標(biāo)。 3 鉆床設(shè)計(jì) 深孔鉆床總體方案分析 課題要求 在原有的深孔機(jī)床上增加機(jī)構(gòu)，便于拆裝，達(dá)到一機(jī)多用，提高生產(chǎn)效率和節(jié)約成本。當(dāng)車床加工回轉(zhuǎn)體零件時(shí)，撤掉 V 型槽，工件固定在主軸上，工件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行加工；當(dāng)加工非回轉(zhuǎn)體零件時(shí)，安裝 V 型槽，電機(jī)工作，刀具轉(zhuǎn)動(dòng)完成轉(zhuǎn)孔任務(wù)。 （ 1）深孔零件的分類 深孔零件按結(jié)構(gòu)特征可分回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件。一般的深孔鉆削運(yùn)動(dòng)形式有下列幾種： 本團(tuán)隊(duì)全部是在讀機(jī)械類研究生，熟練掌握專業(yè)知識(shí)，精通各類機(jī)械設(shè)計(jì)，服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)秀。這一設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng) DF 系統(tǒng)油路分流比定為 2： 1 的束縛。為了提高機(jī)床的自動(dòng)化程度及方便工人操作，考慮到機(jī)床的美觀，前裝置的頂緊套采用液壓驅(qū)動(dòng)，因此需要兩個(gè)液壓缸。零件要求的精度等級(jí)與采用的加工工具密切相關(guān)。國內(nèi)多數(shù)人習(xí)慣把長徑比大于 10 的孔稱之為深孔，長徑比小于10 的孔稱之為淺孔。 （ 4）基于本設(shè)計(jì)是在深孔機(jī)床支撐部件的模塊化設(shè)計(jì)，所以在機(jī)床工作臺(tái)安裝便于拆卸的 V 型槽，用于加工非回轉(zhuǎn)體工件的支撐。當(dāng)然 ,這 4 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)是相互依存相互矛盾的，在進(jìn)行制造系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)全面考慮，在它們之間 取得和諧的平衡 [17]。 time。它本身的功能被封裝起來，而與制造系統(tǒng)的其他模塊相互之間耦合很小。系統(tǒng)布局的評(píng)價(jià)應(yīng)考慮多種因素，包括生產(chǎn)質(zhì)量，生產(chǎn)成本，零件加工時(shí)間等多種要素。同時(shí)，應(yīng)該重視現(xiàn)有的各種加工技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并把它們集成到新的制造系統(tǒng)中去，這是因?yàn)橹挥袑?duì)現(xiàn)有系統(tǒng)有了充分的認(rèn)識(shí)才能正確發(fā)現(xiàn)滿足新的生產(chǎn)任務(wù)的方法。 如果某一生產(chǎn)過程的“瓶頸”設(shè)備完全與整個(gè)制造系統(tǒng)的其他部分“解耦”，就可以方便地將該設(shè)備剔除出生產(chǎn)系統(tǒng)而對(duì)制造系統(tǒng)的其余部分不造成影響。另一方面，制造系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展能力。目前對(duì)這一問題研究已經(jīng)取得的很多良好的結(jié)果 [2,6,7]。為此應(yīng)在模塊設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾個(gè)問題： ① 保證模塊結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能的簡(jiǎn)單。由于可重構(gòu)制造系統(tǒng)中的制造單元具有模塊化的特性，這使得設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中的加工設(shè)備具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。在本世紀(jì)二十年代左右，模塊化的設(shè)計(jì)原理就開始用于機(jī)床設(shè)計(jì)。這些因素常使制造系統(tǒng)偏離所設(shè)置的最優(yōu)狀態(tài)。具有開放式結(jié) 構(gòu)的控制器應(yīng)具有以下的特點(diǎn)： ① 采用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)與總線結(jié)構(gòu) 采用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)與控制語言可以改變當(dāng)前各種專用機(jī)器人語言并且互不兼容的局面。由于制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)眾多的數(shù)據(jù)信息，如果所有這些信息完全由一臺(tái)或幾臺(tái)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，必然導(dǎo)致計(jì)算成本增大，某些實(shí)時(shí)信息難以得到響應(yīng)，更為嚴(yán)重的是一旦主控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問題制造系統(tǒng)將面臨全面的混亂?？上驳氖?，通過 COM（組件模型）， DCOM（分布式組件模型）等多項(xiàng)技術(shù)正在使現(xiàn)有的這種情況發(fā)生改變。面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)是解決這一問題的有效手段。由于評(píng)價(jià)系統(tǒng)配置結(jié)果需要考慮產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、交貨時(shí)間等多種因素，因此對(duì)這些評(píng)價(jià)指標(biāo)模型的深入研究具有重要的意義。在本質(zhì)上，集成體現(xiàn)了社會(huì)化協(xié)作，而分散或分解則體現(xiàn)了社會(huì)化的另一方面 —— 分工與專業(yè)化。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容 為實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)按照市場(chǎng)導(dǎo)向快速地重構(gòu)這一目標(biāo)需要進(jìn)行大量的工作。當(dāng)現(xiàn)有加工設(shè)備無法滿足生產(chǎn)需要時(shí)，則采購、定制新模塊，升級(jí)、擴(kuò)充舊有的資源模塊，快速地集成各種生產(chǎn)模塊來獲取新的生產(chǎn)能力。如果一個(gè)制造系統(tǒng) 可以被快速地構(gòu)造出來，產(chǎn)品上市時(shí)間必將大大地縮短，企業(yè)也能夠獲得更大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。以這些技術(shù)形成的各類制造系統(tǒng)主要存在著生產(chǎn)效率與柔性間的矛盾，很難適應(yīng)現(xiàn)代快速變化的市場(chǎng)需求。 定制化控制通過集成與機(jī)械模塊同粒度的控制模塊來實(shí)現(xiàn)，提供當(dāng)前機(jī)床所需的控功能。 (3) 可轉(zhuǎn)換性 模塊化 機(jī)床的一些機(jī)床模塊具有改變其自身功能或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力。因此，應(yīng)該在綜合評(píng)價(jià) 模塊化 機(jī)床經(jīng)濟(jì)性和模塊化 性的基礎(chǔ)上，來最終確定其配置和重構(gòu)配置 。工序族的需求變化范圍決定了 模塊化 機(jī)床的重構(gòu)頻率和成本 (重構(gòu)能力 )。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）對(duì)特定的零件 定制設(shè)計(jì)，零件族的所有加工工序由構(gòu)成模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）的機(jī)床完成。而問題的關(guān)鍵是如何快速 、 經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)換，以降低重構(gòu)時(shí)間和成本。但是，數(shù)控機(jī)床也存在著難以克服的缺陷：由于數(shù)控機(jī)床是在工序需求未知的前提下設(shè)計(jì)的，因而通常具有不必要的復(fù)雜性 (如冗余的功能 )。因此，組合機(jī)床既具有專用機(jī)床的高效率和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又具有能夠重新調(diào)整以適應(yīng)新零件 加工的特點(diǎn)。模塊化機(jī)床設(shè)計(jì)不僅是對(duì)特定任務(wù)