1913年，福特汽車公司開發(fā)出了世界上第一條流水線，這一創(chuàng)舉使福特T型車一共生產(chǎn)了1 500萬輛，締造了一個(gè)至今仍未被打破的世界記錄。福特先生為此被尊為“為世界裝上輪子”的人。1999年，《財(cái)富》雜志將老福特評(píng)為“二十世紀(jì)商業(yè)巨人”，以表彰他和福特汽車公司對(duì)人類工業(yè)發(fā)展所作出的杰出貢獻(xiàn)。福特大量生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，使人類經(jīng)濟(jì)步入規(guī)模經(jīng)濟(jì)型的“數(shù)量時(shí)代”，解決了溫飽和短缺問題。其特點(diǎn)是大批量、低成本，后遺癥有三高：高污染、高耗能和高耗材。
1985年，美國麻省理工學(xué)院用了近5年的時(shí)間對(duì)90多家汽車廠進(jìn)行考察，出版了《改變世界的機(jī)器》。概訴了將在世界范圍內(nèi)取代大量生產(chǎn)方式的豐田精益生產(chǎn)方式的由來、具體應(yīng)用及其將對(duì)全世界政治、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。目前，幾乎所有的大型汽車企業(yè)都推行精益生產(chǎn)，許多企業(yè)還設(shè)有IE、SCM部門。豐田精益生產(chǎn)方式使人類經(jīng)濟(jì)進(jìn)入到“質(zhì)量時(shí)代”。精益生產(chǎn)的目標(biāo)是零缺陷、零庫存。
1988年，美國里海大學(xué)與通用汽車公司合作，創(chuàng)造了敏捷制造戰(zhàn)略，成為引導(dǎo)美國制造業(yè)重振雄風(fēng)，經(jīng)濟(jì)擺脫困境的戰(zhàn)略因素。通用汽車敏捷制造的出現(xiàn)，又使人類經(jīng)濟(jì)步入 “多樣化時(shí)代”，為恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。
多樣化時(shí)代汽車零部件的三類制造系統(tǒng)指的是少品種大批量制造系統(tǒng)、多品種單件小批制造系統(tǒng)以及多品種大批量制造系統(tǒng)。
少品種大批量制造系統(tǒng)
少品種大批量制造系統(tǒng)是多數(shù)整車制造工廠采用的基本制造系統(tǒng)。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)少品種大批量制造系統(tǒng)具有代表意義。
1．發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的兩次革命
第一次革命發(fā)生在20世紀(jì)初，美國福特汽車公司創(chuàng)始人福特發(fā)明了大量生產(chǎn)流水線，從此汽車開進(jìn)社會(huì)。特點(diǎn)是由組合/專用機(jī)床（special purpose machine/Transfer machine ）組成的自動(dòng)生產(chǎn)線 TL(Transfer Line)，也稱為傳統(tǒng)自動(dòng)線。其最大優(yōu)點(diǎn)是：①高生產(chǎn)效率，幾十甚至上百把刀同時(shí)加工，其效率是任何其他類型生產(chǎn)線無法比擬的；②低價(jià)格，特別是我國，組合專機(jī)價(jià)格甚至低于批量生產(chǎn)的通用數(shù)控機(jī)床。最大缺點(diǎn)是柔性差，一旦產(chǎn)品變型和更換品種即基本無法使用。
柔性自動(dòng)線是發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的第二次革命。為了解決產(chǎn)品的變型生產(chǎn)和便于更換品種，柔性生產(chǎn)技術(shù)被引進(jìn)了汽車生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心。由其組成的柔性自動(dòng)線FTL（Flexible Transfer Line）是發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的第二次革命。其突出特點(diǎn)是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾。這種生產(chǎn)線不僅可加工同樣產(chǎn)品范圍內(nèi)的零件，而且可加工變型產(chǎn)品，換代產(chǎn)品以及新產(chǎn)品，真正具備了柔性的意義。缺點(diǎn)是投資較大，效率受局限。
為了進(jìn)一步提高FTL生產(chǎn)效率，更快適應(yīng)市場(chǎng)，發(fā)展了敏捷柔性自動(dòng)線AFTL。目標(biāo)是：對(duì)變化的市場(chǎng)需求快速做出反映；滿足現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)“多品種、大中批量、高效率、低成本”的需要；符合“精益生產(chǎn)”原則，即用最小投資贏得最大經(jīng)濟(jì)效益。
AFTL的主要特點(diǎn)是：
（1）由通用高速加工中心和專用/ 組合機(jī)床（HSMC+SPM/TM）組成的混合（Hybrid）型自動(dòng)線。按照工序流程排列設(shè)備并由自動(dòng)輸送裝置連接。
?。?）采用敏捷夾具（柔性夾具—可控、可調(diào)夾具）。
?。?）采用“智能刀具（Smart Tools）”(專用高效刀具)，具有機(jī)電液一體化特征。
AFTL的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高同時(shí)又具有相當(dāng)?shù)娜嵝?，能夠適合大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，同時(shí)投資較小。缺點(diǎn)是柔性受局限，不能加工不可預(yù)見的任意品種零件。目前，混合型柔性自動(dòng)線在國內(nèi)外汽車行業(yè)應(yīng)用廣泛。特別是組合/專用機(jī)床的設(shè)計(jì)制造，我國具有巨大比較優(yōu)勢(shì),即我國組合/專用機(jī)床價(jià)格低于高速加工中心，而國外恰恰相反。應(yīng)該大力提倡混合型柔性自動(dòng)線。下面列出全柔性（加工中心）、專機(jī)與混合柔性自動(dòng)線費(fèi)用數(shù)據(jù)對(duì)比如表1（大連INGERSOLL公司提供）所示。
2. 醞釀中的發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)第三次革命
發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)第三次革命的背景有兩個(gè)方面。
一方面，隨著技術(shù)進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)速度越來越快，新品開發(fā)周期從30個(gè)月縮短到13個(gè)月；同時(shí)，日益發(fā)展的多樣性需求，使車型數(shù)量急劇增加。如，我國第一汽車集團(tuán)從2000～2004年開發(fā)出920種新車型；日本豐田公司10年中車型數(shù)量增加兩倍。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)批量不確定性增大。目前流行的柔性自動(dòng)線，由于價(jià)格昂貴，投資風(fēng)險(xiǎn)加大。同時(shí)，產(chǎn)能過剩矛盾日益突出。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟(jì)性日益突出的矛盾。滿足變品種、變批量的需要，兼顧高柔性、高效率、低投資的要求，和市場(chǎng)快速反應(yīng)能力；同時(shí)，也在探討以制造系統(tǒng)的革命來解決產(chǎn)能過剩的世紀(jì)矛盾。
美國提出了可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS。美國國家研究委員會(huì)1998年將RMS列為未來20年制造業(yè)必須優(yōu)先解決的10大關(guān)鍵技術(shù)之首。RMS著眼于發(fā)展制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)快速調(diào)整能力，原理是通過對(duì)制造系統(tǒng)中機(jī)床配置的調(diào)整和機(jī)床功能模塊的增減，迅速構(gòu)成適應(yīng)新品生產(chǎn)或生產(chǎn)批量變化的市場(chǎng)環(huán)境。為此研制了可重構(gòu)機(jī)床RMT（Reconfigurable Machine Tools）。RMT由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成。與傳統(tǒng)模塊化機(jī)床（如組合機(jī)床）本質(zhì)性區(qū)別是它的使用中的可重構(gòu)性。RMS的結(jié)構(gòu)和布局可依需要在用戶現(xiàn)場(chǎng)快速重組。
日本MAZAK公司開發(fā)出了分型制造系統(tǒng)（FractalManuf. System）。實(shí)質(zhì)是“單臺(tái)套件生產(chǎn)”，可以應(yīng)對(duì)各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案。原理是在復(fù)合車銑中心上采用“DONE IN ONE”技術(shù)，即一次裝夾完成全部加工。用幾臺(tái)INTEGREX復(fù)合車銑中心，分別完成發(fā)動(dòng)機(jī)5大件全部加工，進(jìn)行“套件生產(chǎn)”，并隨即裝配成一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)完成后即可以用最小的投資、最快的速度生產(chǎn)出來，把其復(fù)合性機(jī)床技術(shù)的軟件、硬件發(fā)揮得淋漓盡致。它最適用于新發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)。
流水線（包括TL、FTL和AFTL）工藝特點(diǎn)是工序分散型，每臺(tái)機(jī)床原則上只執(zhí)行一道工序。工件在全線“流完”，才完成全部加工；設(shè)備排列特點(diǎn)是串聯(lián)式，優(yōu)點(diǎn)是效率高，工序分散等價(jià)于單件多工序同時(shí)加工。即每一生產(chǎn)節(jié)拍（以min計(jì)算）都會(huì)生產(chǎn)出來一個(gè)零件，目前是大批量生產(chǎn)的惟一方式。缺點(diǎn)是投資大且全線機(jī)床不能獨(dú)立工作，一臺(tái)機(jī)床故障，生產(chǎn)線全線停產(chǎn)。
分型制造系統(tǒng)工藝特點(diǎn)是工序集中型，一臺(tái)機(jī)床“獨(dú)立”完成全部加工，在生產(chǎn)批量加大時(shí)增加機(jī)床，并配備物料存儲(chǔ)和傳送裝置。設(shè)備排列特點(diǎn)是并聯(lián)式，一臺(tái)機(jī)床故障，生產(chǎn)線照常運(yùn)行。突出特點(diǎn)是雙柔性，即設(shè)備和生產(chǎn)線，但是效率很低。
為提高效率，目前已經(jīng)有發(fā)動(dòng)機(jī)工廠應(yīng)用并－串聯(lián)混合式。這幾種發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的特征如表2所示。
3．發(fā)動(dòng)機(jī)敏捷柔性自動(dòng)線的關(guān)鍵技術(shù)
?。?）生產(chǎn)線數(shù)字化設(shè)計(jì) 新一代柔性自動(dòng)線生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，要求按照精益、敏捷理念，采用協(xié)同仿真技術(shù)，使用戶能夠選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的方案。采用了這種數(shù)字化制造技術(shù)的汽車制造企業(yè)，其產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度增加了30%，重復(fù)設(shè)計(jì)減少了65%，生產(chǎn)規(guī)劃流程精簡(jiǎn)了40%。它在國外的成功應(yīng)用給我們自主創(chuàng)新樹立了很好的榜樣。
（2）具有可重構(gòu)模塊的高速加工中心RMT 作為新一代加工缸體、缸蓋生產(chǎn)線的核心技術(shù)。其特征是模塊化、高速化、干切削。只有模塊化才能實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)，只有模塊化才能大幅度降低制造和使用成本。
?。?）在線檢測(cè) 研制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體/缸蓋結(jié)合面質(zhì)量的在線檢測(cè)設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的大批量高生產(chǎn)率條件下的在線精密檢測(cè)，要求檢測(cè)設(shè)備的分辨率達(dá)1μm，整個(gè)測(cè)量形貌的測(cè)量周期在數(shù)十秒以內(nèi)，測(cè)點(diǎn)達(dá)到幾百萬個(gè)以上。目前完全依賴進(jìn)口，急需通過創(chuàng)新取得突破。
（4）柔性夾具 柔性夾具是我國制造企業(yè)的軟肋，需要精通發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝。外國發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線供應(yīng)商正是掌握了發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝，他們的柔性夾具價(jià)格已經(jīng)逼近機(jī)床價(jià)格。如我國某發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)在進(jìn)口德國發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線時(shí)，對(duì)方提出每工位柔性夾具5萬歐元，而國產(chǎn)的價(jià)格是每工位6000元。
（5）物流系統(tǒng) 被視為“第二類生產(chǎn)”，包括自動(dòng)上下料、工件傳輸儲(chǔ)運(yùn)、實(shí)時(shí)工廠物流系統(tǒng)。將極大提高現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的效率和可靠性。為零庫存提供可能。先進(jìn)的工廠物流系統(tǒng)是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)精益和敏捷的關(guān)鍵。自動(dòng)上下料最新發(fā)展是采用機(jī)器人（機(jī)械手）自動(dòng)上下料，以便增加通用性和柔性。
（6）信息系統(tǒng) 自動(dòng)線CNC控制系統(tǒng)既要控制工藝裝備系統(tǒng)（包括機(jī)床、柔性夾具、智能刀具、在線檢測(cè)系統(tǒng)等），又要控制物流系統(tǒng)。實(shí)質(zhì)屬于工廠自動(dòng)化范疇。其復(fù)雜程度不是只控制單個(gè)機(jī)床可比擬的。世界上只有少數(shù)幾家頂級(jí)公司有此能力，我國目前空白。
?。?）自動(dòng)線可靠性技術(shù) 需要滿足整條自動(dòng)線工序能力指數(shù)Cpk值≥1.67，平均無故障工作時(shí)間MTBF≥3000h的要求。因而，要求工藝裝備系統(tǒng)（機(jī)床、柔性夾具、智能刀具、在線檢測(cè)系統(tǒng)等），物流系統(tǒng)（自動(dòng)上下料、工件傳輸儲(chǔ)運(yùn)、實(shí)時(shí)工廠物流系統(tǒng)等），自動(dòng)線CNC控制系統(tǒng)的工程能力指數(shù)都要滿足Cmk，MTBF值。
4.典型的具有可重構(gòu)模塊的高速加工中心
日本多家公司推出用于解決汽車大批量生加工小型復(fù)雜件的新解決方案是用多臺(tái)三種模塊來組成生產(chǎn)線。這三種模塊實(shí)質(zhì)是緊湊型立式加工中心，臥式加工中心和立式車削中心，如圖1所示。以森精機(jī)的產(chǎn)品為例（下同），機(jī)床寬度只有680mm，所以說它是“緊湊型”，目的是為了節(jié)省生產(chǎn)線的面積。而且這三種模塊的寬度是嚴(yán)格一致的，長(zhǎng)度一致為2130mm左右，即所需占地面積是一樣的，也即位置上可以互換，置換時(shí)不會(huì)改變生產(chǎn)線的長(zhǎng)度。這樣，生產(chǎn)線易于重構(gòu)，故稱為“可重構(gòu)”。三種模塊工作臺(tái)（車削中心為卡盤主軸中心線）均是固定的（即三軸運(yùn)動(dòng)均在主軸，如同在這以前出現(xiàn)的三軸單元），且離地面的高度嚴(yán)格一致，頂面、前面、側(cè)面的空間開放，這些都是為了便于安排工件的自動(dòng)傳送。
當(dāng)前這些零件一般是用專用機(jī)床加工，創(chuàng)新這種生產(chǎn)線的目的是用工序分散的生產(chǎn)線替代那些工序高度集中的專用機(jī)床。新的理念是：在生產(chǎn)率和占地面積上，這種生產(chǎn)線很有可能不及專用機(jī)床。但在多樣化的時(shí)代，零件的設(shè)計(jì)更改頻繁。一旦設(shè)計(jì)更改，專用機(jī)床需停產(chǎn)調(diào)整，甚至需要推倒重來。而這種生產(chǎn)線柔性很大且可重構(gòu)，可以快速適應(yīng)工件設(shè)計(jì)的頻繁更改。
專用機(jī)床設(shè)計(jì)制造難度大，周期長(zhǎng)，因而造價(jià)高，價(jià)格昂貴。而這種生產(chǎn)線三種模塊間通用化程度大，設(shè)計(jì)制造難度小，周期短，價(jià)格低廉。
多品種單件小批制造系統(tǒng)
多品種單件小批制造系統(tǒng)是機(jī)械制造業(yè)最古老的制造系統(tǒng)。直至今天，多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)試制車間仍然使用通用型加工中心試制復(fù)雜殼體，效率非常低。而又是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新品開發(fā)發(fā)展到“精益研發(fā)”的今天，對(duì)多品種單件小批制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、柔性化、高效率要求越來越高。近年，國際頂級(jí)機(jī)床制造商已經(jīng)開發(fā)出新型“智能、高效多品種單件小批制造系統(tǒng)”，即現(xiàn)代汽車精密、復(fù)雜關(guān)鍵零部件研發(fā)需要的多品種單件小批制造系統(tǒng)的基本特征是智能、高效。
前述分型制造系統(tǒng)（Fractal Manuf. System）是自動(dòng)、柔性、高效多品種單件小批制造系統(tǒng)發(fā)展的杰出代表。其實(shí)質(zhì)是“單臺(tái)套件生產(chǎn)”，可以應(yīng)對(duì)各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案。分型制造系統(tǒng)是我們目前發(fā)現(xiàn)的，適宜發(fā)動(dòng)機(jī)精益研發(fā)需求的智能、高效制造系統(tǒng)?！熬嫜邪l(fā)”要求在“研發(fā)”的樣機(jī)試制階段完成后，延伸至小批量生產(chǎn)階段。因而要求兩個(gè)階段的裝備能夠“平穩(wěn)過渡”或“無縫連接”。分型制造系統(tǒng)可以用并聯(lián)幾臺(tái)復(fù)合車銑中心完成中小批量生產(chǎn)。
此外，Mazak公司新開發(fā)的多托盤制造單元（Palletech Manufacturing Cell）由多達(dá)幾十個(gè)托盤組成的制造單元，自動(dòng)加工出十幾種幾何形狀各異的零件，是智能、高效多品種單件小批制造系統(tǒng)發(fā)展的又一杰出代表?？蓪?duì)由多達(dá)十幾種零件組成的汽車復(fù)雜部件實(shí)施“單臺(tái)套件生產(chǎn)”，成為汽車復(fù)雜部件快速研發(fā)的有力裝備。他們用多托盤制造單元完成了F1賽車的多種復(fù)雜精密零件的單件小批制造。
多托盤制造單元的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾項(xiàng)：
1．智能化技術(shù)
內(nèi)置智能化生產(chǎn)中心CPC（CYBER PRODUCTIONCENTER）：在工廠內(nèi)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化，通過將機(jī)器、加工程序、夾具以及生產(chǎn)日程安排等所有的數(shù)據(jù)都進(jìn)行共享，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠的實(shí)時(shí)管理，幫助用戶工廠實(shí)現(xiàn)智能化。主要有四個(gè)模塊：
?。?）編程軟件（CAMWARE） 從各種工件的CAD數(shù)據(jù)輸入，到他們的加工程序編制，都可迅速進(jìn)行。
（2）智能化調(diào)度（CYBER SCHEDULER） 根據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀況，可以容易地對(duì)加工日程進(jìn)行追加和變更，使每一臺(tái)機(jī)器工作量的平均化，從而提高機(jī)器的運(yùn)作效率。
?。?）智能化刀具管理（CYBER TOOL MANAGEMENT） 對(duì)刀具數(shù)據(jù)實(shí)行全面的智能化管理，從而大幅度提高刀具準(zhǔn)備的作業(yè)效率。
?。?）智能化監(jiān)控（CYBER MONITOR） 不僅可以檢查機(jī)器的運(yùn)行狀況和工作進(jìn)展情況，還可以通過網(wǎng)絡(luò)或者電話連線從辦公室或外地掌握工廠每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀況。
2．機(jī)器視覺（MACHINE VISION）技術(shù)
用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。通過圖像攝取裝置將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。
日本Mazak公司機(jī)器視覺技術(shù)主要應(yīng)用如下：
?。?）工件的識(shí)別 識(shí)別托盤輸送過來的工件，然后調(diào)出相應(yīng)的編程軟件進(jìn)行加工。
?。?）工件的自動(dòng)測(cè)量 將加工好的零件的各個(gè)尺寸進(jìn)行紅外線測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的結(jié)果判斷零件是否合格，并對(duì)機(jī)床的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行必要的補(bǔ)償，保證批量零件的合格率。
?。?）刀具檢測(cè) 當(dāng)?shù)毒邚牡稁熳詣?dòng)換到主軸上時(shí)，通過紅外掃描可以對(duì)刀具的破損進(jìn)行檢測(cè)，如刀具破損則自動(dòng)調(diào)用備用刀具，保證加工產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
（4）熱位移補(bǔ)償 通過安裝在機(jī)床上的熱敏元件對(duì)機(jī)床各個(gè)部分的溫度進(jìn)行檢測(cè)并根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，不論外界環(huán)境溫度與機(jī)床本身溫度的變化，都能使機(jī)床保持良好的精度。
3．柔性夾具（flexible fixture）技術(shù)
柔性夾具是指工件的形狀和尺寸有一定變化后，夾具的應(yīng)變能力。隨著制造業(yè)的發(fā)展，多品種生產(chǎn)越來越多，使得制造系統(tǒng)必須能夠快速響應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，為了縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期，增加制造系統(tǒng)的柔性，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，不僅僅是機(jī)床具有柔性功能，還需要所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品夾具也要有此功能。
Mazak的柔性夾具目的在于能夠適應(yīng)多品種無人化生產(chǎn)。如果加工的產(chǎn)品變換，可以通過機(jī)械手到軟爪庫找取對(duì)應(yīng)的軟爪（SOFT－JAW），并進(jìn)行快速更換，從而提高加工效率，實(shí)現(xiàn)無人化操作。
柔性夾具的最新發(fā)展是應(yīng)對(duì)“尋位－加工”的挑戰(zhàn)。從概念上說，“尋位－加工”是利用圖像和傳感技術(shù)、人工智能的大范圍工件尋位算法以及計(jì)算機(jī)手段，求解出工件的實(shí)際姿態(tài)和位置，再用無須預(yù)設(shè)嚴(yán)格程序的以工件尋位后反饋信息作為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)生成刀具運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡實(shí)現(xiàn)工件的加工?！皩の唬庸ぁ敝皇遣恍瓒ㄎ?，而夾緊仍是必須的，無法將其省略。
多品種大批量制造系統(tǒng)
多品種大批量制造系統(tǒng)是多樣化時(shí)代新生的汽車零部件制造系統(tǒng)，是制造技術(shù)應(yīng)對(duì)兼顧多樣性和經(jīng)濟(jì)性要求的最新技術(shù)創(chuàng)新。如，對(duì)于專業(yè)變速器廠和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋廠，由于面對(duì)不同用戶的要求，必須提供中等尺寸和重量的變速器殼體和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的多品種變批量制造系統(tǒng)。
目前，許多企業(yè)仍然采用大量的通用型加工中心、數(shù)控機(jī)床完成多品種大批量制造任務(wù)，這是最落后的制造系統(tǒng)。比較先進(jìn)的是使用復(fù)合機(jī)床。筆者2009年考察德國時(shí)，DMG公司演示了用復(fù)合車銑中心加工一個(gè)大排量鋁合金變速器殼體，全部加工工時(shí)不到10min。這可能是迄今最高的效率。但是仍然滿足不了多品種大批制造要求。
滿足多品種大批量制造系統(tǒng)要求的機(jī)床還剛剛開始研發(fā)，還沒有多少成功案例。近年，國際上出現(xiàn)了幾個(gè)顛覆式創(chuàng)新案例，他們帶來了機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的新革命。至今只有兩家德國公司提供了成熟的技術(shù)，但只適用于小型復(fù)雜零件的多品種大批量制造。一是德國Ex－Cell－O公司開發(fā)的兼有組合機(jī)床和加工中心特性的XG系列加工中心，二是德國Witzig & Frank公司的緊湊型柔性自動(dòng)流水線（見后）。
1. XG系列加工中心
德國Ex-Cell-O公司開發(fā)出兼有組合機(jī)床和加工中心特性的XG系列加工中心屬于工件送進(jìn)式機(jī)床也稱為工作臺(tái)倒置式機(jī)床。其原理是主軸裝于機(jī)床上部并攜帶工件倒置，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸（3～5軸）全部大部集中于主軸。刀具裝于機(jī)床下部。
這類機(jī)床最早出現(xiàn)于十幾年前的“倒立車”，這里介紹的工件送進(jìn)式機(jī)床又有了革命性新發(fā)展：從立車式發(fā)展到加工中心式，具有一組排列式刀具或動(dòng)力刀具軸（見圖2）。這些刀具皆為模塊化的，根據(jù)加工要求設(shè)置，加工對(duì)象變更時(shí)更換刀具很方便。如放置臥式數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架（轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位就實(shí)現(xiàn)了換刀，轉(zhuǎn)塔刀架中還可以包含動(dòng)力刀架，如銑刀軸、鉆頭軸和絲椎軸等），還可放置獨(dú)立的大功率銑刀軸、外圓磨頭、內(nèi)圓磨頭、珩磨頭、激光頭，直到齒輪、蝸論滾刀軸等。這樣，就成為一臺(tái)多功能或復(fù)合加工機(jī)床（制造單元），可實(shí)現(xiàn)除裝夾基面以外的全部加工（Done in One）。不再只限于加工回轉(zhuǎn)體類零件，還可加工非回轉(zhuǎn)體類零件即菱柱體類零件，如板、殼、箱體、缸蓋等及其他異形零件。
XG系列加工中心創(chuàng)新特點(diǎn)為：一是主軸帶有Z軸、C軸，并由滑臺(tái)做X軸移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊的三軸模塊。二是主軸攜帶工件倒置，動(dòng)力虎鉗抓取及夾緊工件。刀具軸采用排列式布局，帶有Y軸、B軸。工件主軸的X、Z、C軸，配合刀具軸的Y、B軸，按照數(shù)控編程指令，將工件送至置于機(jī)床下部的各個(gè)刀具軸，進(jìn)行不同工序的3～5軸加工。刀具軸包括銑軸、多主軸頭、車刀等。三是比組合機(jī)床軸少，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；比加工中心效率高，因?yàn)槭∪チ藫Q刀時(shí)間。四是該機(jī)床特別適合復(fù)雜汽車零件的一次裝夾全部加工。據(jù)稱浙江萬向集團(tuán)已經(jīng)購買十幾臺(tái)用于加工汽車萬向節(jié)。
2.緊湊型柔性自動(dòng)流水線
德國Witzig&Frank公司的TRIFLEX是一條占地面積很小的緊湊型柔性自動(dòng)流水線，由圍繞在中央集中式物流裝置四周的四臺(tái)模塊化加工中心組成，適合小型精密汽車零部件多品種大批量流水線生產(chǎn)。上料機(jī)器人將毛坯送到中央集中式物流裝置，然后至第一臺(tái)加工中心。在完成這道工序后，中央集中式物流裝置只需旋轉(zhuǎn)90°（如配置6臺(tái)加工中心則旋轉(zhuǎn)60度），即可將置于其上的工作臺(tái)（托盤）送到第二臺(tái)加工中心，依此類推，完成全部加工。每臺(tái)加工中心都按節(jié)拍流水加工，即每一生產(chǎn)節(jié)拍（以分秒計(jì)算）都會(huì)生產(chǎn)出來一個(gè)零件。圖3中的兩種汽車零件生產(chǎn)節(jié)拍各為30s和55s。
TRIFLEX是對(duì)傳統(tǒng)柔性自動(dòng)流水線的一個(gè)奇妙而簡(jiǎn)約的創(chuàng)新。與傳統(tǒng)的柔性自動(dòng)流水線相比，其物流系統(tǒng)（原材料處理、存儲(chǔ)、上下料裝置、機(jī)床間工件傳輸裝置）十分簡(jiǎn)約，工作臺(tái)（托盤）、八角頭回轉(zhuǎn)刀庫也十分簡(jiǎn)約。它占地面積小，很受市場(chǎng)歡迎，近年我國已經(jīng)進(jìn)口了十多套。
（轉(zhuǎn)載）
