【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 題， 20 世紀(jì) 90 年代中期，國(guó)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)提出了可重構(gòu)制造的概念 [14][15]。 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。據(jù)此給 RMS 定義如下：可重構(gòu)制造系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)有的、可利用的或可獲得的新加工設(shè)備和其它組元，能按市場(chǎng)需求的變化，以重排、重復(fù)利用或更新元素的方式，實(shí)現(xiàn)以低成本快速 地調(diào)整制造過(guò)程的功能和生產(chǎn)能力，具有足夠柔性和可適應(yīng)性的新一代可變制造系統(tǒng)。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)可定義為：能適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品的變化，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，以重排、重復(fù)利用、革新組元或子系統(tǒng)的方式，快速調(diào)整制造過(guò)程、制造功能和制造生產(chǎn)能力的一類(lèi)新型可變制造 系統(tǒng)。 從上述資料給出的可重構(gòu)制造系統(tǒng)的定義可以看出，目前人們對(duì)可重構(gòu)制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有一定的統(tǒng)一之處，強(qiáng)調(diào)的基本依據(jù)和方式一致。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)代表了自動(dòng)化制造系統(tǒng)的發(fā)展方向，是 21 世紀(jì)制造業(yè)的核心技術(shù)之一。 可重構(gòu)制造系統(tǒng)的特點(diǎn) 盡管對(duì)于什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)，說(shuō)法不一，但它應(yīng)體現(xiàn)出以下幾方面的特點(diǎn)： （ 1）制造系統(tǒng)的快速構(gòu)造能力 提出制造系統(tǒng)可重構(gòu)思想的一個(gè)基本依據(jù)是期望制造系統(tǒng)能夠具有對(duì)激烈變化的市場(chǎng)需求做出及時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)，因此要求制造系統(tǒng)本身的構(gòu)造能夠在短時(shí)期內(nèi)完成。如果一個(gè)制造系統(tǒng) 可以被快速地構(gòu)造出來(lái)，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。相反，如果一個(gè)制造系統(tǒng)不能被迅速地建立起來(lái)，那么當(dāng)該制造系統(tǒng)具備生產(chǎn)能力時(shí)，它所生產(chǎn)的產(chǎn)品也許已經(jīng)無(wú)法獲取合適的利潤(rùn)價(jià)值，甚至該產(chǎn)品會(huì)被市場(chǎng)所淘汰。 （ 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(lái)愈貴重，其投資決策也愈來(lái)愈難。因此，模塊化可重構(gòu)的硬件插件兼容式技術(shù)必然會(huì)降低制造系統(tǒng)的投資成本，提高柔性，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。采用模塊化部件構(gòu)造機(jī)器設(shè)備，以便按生產(chǎn)要求的變化可以通過(guò)重構(gòu)使用這些模塊化部件使生產(chǎn)系統(tǒng)升級(jí)、機(jī)器重 新配置，而不必重新制造和購(gòu)買(mǎi)機(jī)器。例如，將加工中心設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)模塊 —— 工作臺(tái)、電機(jī)、控制器、換刀裝置等多種模塊化兼容性部件。采用這種設(shè)計(jì)方法的直接結(jié)果是節(jié)約制造資源與生產(chǎn)成本，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)改變時(shí)，首先立足于現(xiàn)有資源，通過(guò)優(yōu)化配置現(xiàn)有的各種資源模塊來(lái)解決不確定性問(wèn)題。當(dāng)現(xiàn)有加工設(shè)備無(wú)法滿足生產(chǎn)需要時(shí)，則采購(gòu)、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(lái)獲取新的生產(chǎn)能力。 （ 3）統(tǒng)一的集成環(huán)境 隨著生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，不同部件間的耦合也越來(lái)越緊密，對(duì)整體管理系統(tǒng)的方法 學(xué)需求也越來(lái)越明顯。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。這樣做的結(jié)果必然是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和集成導(dǎo)致了一個(gè)龐大的軟件控制系統(tǒng)，而且該控制系統(tǒng)在資源消耗和時(shí)間響應(yīng)方面具有很大的不可預(yù)見(jiàn)性。目前的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)集成當(dāng)作一次性的工作，而不是按任務(wù)的變化不斷改變的集成過(guò)程 [22]。因此 ,它一旦建成則很難對(duì)其進(jìn)行必要的修改與擴(kuò)充。為適應(yīng)激烈變化的市場(chǎng)需求有必要建立一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)集成環(huán)境。系統(tǒng)的控制被設(shè)計(jì)成與每個(gè)元素?zé)o關(guān)，每個(gè)模塊都避免受到其它模塊的影 響，而系統(tǒng)的總體則是協(xié)同一致的。 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。特別需要對(duì)一些關(guān)鍵的使能技術(shù)與方法進(jìn)行深入的研究與探討。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。下面，從四個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成 現(xiàn)代制造是一種社會(huì)化的生產(chǎn)與營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)。在這種制造活動(dòng)中 ,不可避免地需要解決系統(tǒng)的集成與分散之間的關(guān)系。所謂集成就是對(duì)制造各種要素進(jìn)行組合或綜合的過(guò)程。利用集成的手段 可以統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)各種制造信息、各種制造資源、各種制造技術(shù)與各種制造功能模塊。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(zhuān)業(yè)化。它包括分布式制造、單元制造、各種軟硬件模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化。顯然，無(wú)論集成與分散都是一種手段而不是目的。正確的做法應(yīng)該是根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，在其經(jīng)濟(jì)可承受性與技術(shù)支撐可能性的約束下，應(yīng)用集成與分散手段，促進(jìn)企業(yè)提高產(chǎn)品與服務(wù)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，增強(qiáng)企業(yè)整體對(duì)市場(chǎng)需求的靈活快速反應(yīng)能力，以良好的競(jìng)爭(zhēng)力奪取市場(chǎng)。 在制造系統(tǒng)中，集成的功能主要通過(guò)系 統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)。制造系統(tǒng)的系統(tǒng)層主要解決如何依據(jù)生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)化配置制造資源，并保證各種制造信息在各子系統(tǒng)之間無(wú)縫流動(dòng)并完成物料流的準(zhǔn)確調(diào)度。它的任務(wù)主要包括：制造資源的布局設(shè)計(jì)并確定運(yùn)輸路徑，依據(jù)加工零件的交貨期制定生產(chǎn)計(jì)劃，依據(jù)加工過(guò)程中 的各種信息進(jìn)行作業(yè)調(diào)度與負(fù)荷平衡等多項(xiàng)內(nèi)容。對(duì)于一個(gè)可重構(gòu)的制造系統(tǒng)而言，更為重要的是系統(tǒng)層能夠依據(jù)不同的任務(wù)需求對(duì)制造系統(tǒng)的各個(gè)可重構(gòu)的模塊進(jìn)行配置并對(duì)配置的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。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。與此問(wèn)題相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)配置的變化對(duì)諸如系統(tǒng)生產(chǎn)率、系統(tǒng)可靠性等制造系統(tǒng)特征的影響，如果這一問(wèn)題得到有效解決必將為模塊化的制造系統(tǒng)綜合問(wèn)題提供理論指導(dǎo)。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。 例如：，美國(guó)的 GM 公司為縮短產(chǎn)品上市時(shí)間縮短了生產(chǎn)線的長(zhǎng)度，有些企業(yè)設(shè)備布置變動(dòng)已經(jīng)成為常事，甚至平均一年變動(dòng)一次。然而，頻繁的設(shè)備布局變化會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。最終的結(jié)果必然是在二者中尋求平衡 ,為此系統(tǒng)層應(yīng)該能夠幫助決策者制定合適的策略。 模塊化的可重構(gòu)軟件 制造系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。由于制造系統(tǒng)中存在大量的制造資源，多種設(shè)備操縱方法，我們需要將這些信息與方法抽象出來(lái)并構(gòu)造在一起使其成為一個(gè)可靠的應(yīng)用程序。面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)是解決這一問(wèn)題的有效手段。遺憾的是，面向?qū)ο蟮?編程技術(shù)并不能解決制造系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的所有問(wèn)題。制造系統(tǒng)中應(yīng)用軟件的修改與升級(jí)就是其中之一。目前，一個(gè)應(yīng)用程序通常由單個(gè)的二進(jìn)制文件組成。當(dāng)編譯器生成此應(yīng)用程序之后，應(yīng)用程序一般不會(huì)發(fā)生變化。這樣，客戶需求的改變必須等到整個(gè)應(yīng)用程序被重新編譯之后才能得到認(rèn)可。顯然，如果現(xiàn)有的這種情況不發(fā)生改變，客戶的需求將難以得到迅速的響應(yīng)，這對(duì)于制造企業(yè)而言是一個(gè)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題?？芍貥?gòu)的制造系統(tǒng)模塊化的特性要求應(yīng)用程序在發(fā)行之后不再保持靜止?fàn)顟B(tài)，它應(yīng)該隨著時(shí)代的發(fā)展與用戶需求的改變不斷地被注入新的活力?？上驳氖牵ㄟ^(guò) 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。 COM 的解決方案是將單個(gè)的應(yīng)用程序分割成多個(gè)獨(dú)立的部分，也就是組件(Component)。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。同時(shí)，組件構(gòu)架最引人注目的優(yōu)點(diǎn)之一是快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。這一優(yōu)點(diǎn)可以使某個(gè)組件庫(kù)中取出所需的組件并將其快速地組裝到一起以構(gòu)造所需的應(yīng)用程序。同時(shí)，由于引入動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù) (DLL)并封裝了組件的內(nèi)部信息，可以動(dòng)態(tài)地將各種組件插入與卸出應(yīng)用程序從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的優(yōu)化與配 置。借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，更可將應(yīng)用程序劃分為位于遠(yuǎn)地的各種功能組件，并相應(yīng)地創(chuàng)建專(zhuān)門(mén)與之通訊的組件實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算。這一點(diǎn)對(duì)于制造系統(tǒng)自動(dòng)化而言有著重要的意義。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(wèn)題制造系統(tǒng)將面臨全面的混亂。因此，有必要對(duì)制造系統(tǒng)中的各種信息進(jìn)行分布式處理，使得計(jì)算量得到相應(yīng)的平衡。 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)。為適應(yīng)這種多樣化、個(gè)性化需求，必然要求制造系統(tǒng)配置一些可完成多種加工任務(wù)的機(jī)床與機(jī)器人。然而遺憾的是目前大多數(shù)工 業(yè)機(jī)器人并不具備這種能力。其中的一個(gè)重要原因在于工業(yè)機(jī)器人的控制器基本上都是開(kāi)發(fā)者基于自己的獨(dú)立結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，專(zhuān)用的機(jī)器人語(yǔ)言與專(zhuān)用的操作系統(tǒng)。這種“封閉”的控制器結(jié)構(gòu)使其僅具有特定的功能、適應(yīng)特定的環(huán)境、不便于進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。針對(duì)這樣的問(wèn)題，日本、歐美等一些國(guó)家近年來(lái)都在開(kāi)發(fā)有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的控制器。具有開(kāi)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(yǔ)言可以改變當(dāng)前各種專(zhuān)用機(jī)器人語(yǔ)言并且互不兼容的局面。利用標(biāo)準(zhǔn)的總線結(jié)構(gòu)使得各種傳感器與硬件控制板的“即插即用”成為可能。 ② 利用網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)資源共享 可重構(gòu)制造系