柔性制造范文1
关键词：科技革命 制造业 柔性制造
科技的迅猛发展不但改变了物理世界，而且改变了人们的思想观念，并从根本上改变了人们的生活方式，从而给制造业实体和理念上双重性的深远影响。科技革命带了变革的速度持续加快，从根本上加强了世界的互联性，增加了多样性，使得多元化成为常态，并加剧了不稳定性，从而使商业环境更加呈现出动态性的特点。由此，产品的革新速度和多样性空前加快，特别是全球竞争与国际贸易深入发展，企业想在全球供应链和国际竞争中占据有利位置而不被淘汰，就必须适应由科技突变而带来的环境快速变化的趋势。柔性制造策略是制造业面临信息时代挑战的重要策略，也是适应外部商业环境快速变化和客户需要动态要求的重要策略。因此，建立柔性制造系统对于我国制造业的生存和发展具有重要现实意义。
一、柔性制造概述
1、柔性制造的内涵。柔性制造技术是1967年英国莫林斯（MOLINS）提出来的用于机械制造行业的一种先进制造技术，此后这一理念在各行各业得到了广泛应用，并已成为现代制造的一种科学“哲理”，倍受推崇。柔性制造技术的范围是十分广泛的，是对不同品种实现柔性制造的各种技术的总和。凡是侧重于快速转换的柔性要求、适合多品种、小批量生产的加工技术都属于柔性制造技术的范畴，如柔性制造系统、柔性制造单元、柔性制造线、柔性制造工厂等。
2、柔性制造的影响因素。企业柔性制造的能力受到许多因素的影响，是企业综合灵活适应能力的体现。但具体而言，影响柔性制造技术水平的因素主要包括以下方面：（1）设备柔性：即设备满足工艺变化的程度，这一点主要体现在市场需求变化时，设备转换生产一系列不同品种产品的能力。（2）工艺柔性：工艺柔性包含两个方面：一是工艺流程不变化时，其自身适应产品和原材料变化的能力；二是为适应产品和原材料变化而改变原有工艺的难易程度。（3）产品柔性：一是产品更新或完全转型后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用的特性的继承能力和兼容能力。（4）生产能力柔性：当生产量、品种变化时，系统也能经济地运行的能力。（5）维护柔性：持续高效地查询、处理故障以保证生产正常进行的能力。（6）扩展柔性：当生产需要时，扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。（7）服务柔性：一是在顾客产品使用寿命周期内，用新部件维修旧产品的能力；二是一些产品还需要可升级的能力。
3、柔性制造的指标体系。整体而言，柔性制造中“柔性”表现为两个方面：第一方面是系统适应外部变化的能力，第二方面是系统适应内部变化的能力。具体而言，衡量一个制造系统柔性高低程度主要有三个衡量指标：数量的柔性，允许各种因素（如产量）自由变化的幅度；时间的柔性，能够实现变量（如销售量）自由变化的幅度所需对应的时间；成本的柔性，在订单波动、产量波动的情况下，各项费用尤其是人工变动费用如何随之变化，其费用的变动，尤其是人工成本随产量波动而相应变动的逼近程度反映了柔性管理的水平高低。如图1所示。
二、柔性制造系统的优势
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按规模大小FMS可分为如下4类：
1.柔性制造单元(FMC)
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年，它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。
2.柔性制造系统(FMS)
通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
3.柔性制造线(FML)
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。
4.柔性制造工厂(FMF)
FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。
二、关键技术
1.计算机辅助设计
未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.模糊控制技术
模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。
3.人工智能、专家系统及智能传感器技术
迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在FMS(尤其智能型)中起着关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。目前用于FMS中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化FMS具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它使传感器具有内在的“决策”功能。
4.人工神经网络技术
人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自支化系统中的一个组成部分。
三、发展趋势
1.FMC将成为发展和应用的热门技术
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
2.发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。
3.朝多功能方向发展
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[关键词]汽车总装生产线 柔性化 总装工艺流程 意义
中图分类号：U468.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0378-01
1、柔性生产制造的特点
根据机械制造科学的标准分类，按照生产系统内自动化水平的高低，制造可以分为柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造线（FML）和柔性制造工厂（FMF）。柔性制造最大的特点在于制造上的柔性，在汽车生产中其表现如下：（1）设备运用柔性化：设备能完成多种加工，利于实现批量生产、降低库存费用、提高设备利用率和缩短加工周期。
（2）物料运送柔性化：物料运送设备能运送多种物料，具有较高的可获得性和利用率。
（3）操作柔性化：具有相同加工工艺的工件能以多种方式进行加工，在机器出现故障时易于实现动态调度。
（4）人力资源配饭柔性化：操作人员掌握多种技能，能在不同岗位上工作。
（5）加工路径柔性化：工件加工能通过制造系统的多种路径完成，便于平衡机床负荷，增强系统在机床故障、刀具磨损等情况下运行的稳定性和可靠性。
（6）加工过程柔性化：加工过程能同时生产多种产品，具有混合比柔性，通过提供多样化的产品来提高客户满意水平。
（7）产品类型柔性化：在产品中能随时增加、去除或更换某些零部件，以提高对市场产品需求的响应能力。
（8）生产批量柔性化：在多种生产批量下，制造系统能获得相应利润，保持其在各种需求水平下的获利性。
（9）系统扩展柔性化：制造系统具有开放性，能扩展其生产能力，以适应企业拓展新市场的要求。
（10）生产种类柔性化：无需增加重要制造设施，制造系统能制造多种产品，完成多样化的生产任务。
（11）市场需求柔性化：制造系统能在多变的市场环境下求得生存与发展，具有较强的适应动态变化的市场需求的综合能力。
2、汽车业柔性制造的发展及其作用
2.1汽车业柔性制造的发展
美国、日本、前苏联、德国等发达国家在20世纪60年代末至70年代初，先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。1976年，日本法纳科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元，为发展柔性制造提供了设备基础。20世纪80年代，随着柔性制造技术的成熟，柔性制造得到了迅速发展，并主要应用机、汽车制造业等。依靠计算机、加工中心和数控机床组成的柔性自动加工系统，使汽车业由单一品种、大批量的生产方式，转向多品种、中小批量、适应市场需求的精益生产方式，也使汽车生产企业的经济效益和管理水平大大提高。
2.2汽车业柔性制造的作用
在国外汽车工业中，主要汽车生产厂商如通用、福特、宝马、奔驰、丰田、大众、雷诺、沃尔沃等公司都采用了柔性制造系统。随着各类先进加工技术的相继问世，柔性制造技术本身也在不断完善和提高。如瑞士的一家工业公司采用了由激光加工中心及CNC自动车床和自动磨床组成的柔性制造单元，该单元由于改用激光加工中心来代替原来的铣床，生产率提高了很多倍，而且产品精度高、质量好。以数控加工为例，为向柔性制造提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还应具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，特别是依据用户的不同要求，方便灵活地配置和集成。各种相关技术的不断进步，促使柔性制造规模不断扩大，将对汽车生产产生深刻影响。
3 汽车总装生产线柔性化需注意的几点问题
3.1 生产线的柔性化要求生产过程更为人性化
如果说10年生产一个产品的车，那么它是简单的机械重复。但对于柔性化生产线来说，无论是物料管理还是员工管理都要复杂许多。在柔性总装线上，这需要由同一个工位的工人来完成。按常理，来什么车型的车，工人就从线旁的料架上取不同的部件，这就需要安放三个不同的料架，但是由于是大宗零件，在物流配送中即可根据不同车型过来的顺序，对部件的配送进行排序，在适当的时间送来适当的部件，这不仅节省了线旁存料的空间，而且也能够使工人不需要花时间进行辨别，明显可以提高工作效率。
3.2生产线的柔性化要培养柔性的人
在生产线柔性化的过程中，管理人员应有在不同岗位工作的经历，这种轮岗形式可称之为角色换位，这是提供给管理人员成为一个全才的机会。如果一个管理人员只是一个部门很出色，但并不知道别的部门怎么运作的，能过轮岗，就会使其知道上游和下游在怎么做，眼界就会更为开阔，考虑问题的出发点就会是全局化的，不会有扯皮现象的产生。这可概括为：柔性化生产线要求人也要有柔性，以适应这种生产布局，适应它的节奏，驾御它，同时要改进它，不能线很柔，人却很刚。至于产品质量的直接缔造者――工人，他们要达到汽车总装生产线生产标准必须经过严格的培训。为适应柔性化生产，制造部门的工人应至少必须掌握三个以上工位的工作内容，并加大培训力度，培训员工的各种能力。
4 结语
柔性化生产是近些年来大多数产品密集型制造企业所极力推行的一种生产形态。其在大多数制造性行业都有不同程度的体现，其中汽车行业尤为突出。汽车行业是柔性化生产概念体现得最为彻底的一个行业。尽管目前国内大多数主流汽车厂家都宣称自己所拥有的生产线是如何先进，在同一个生产平台可以同时生产多少种不同类型的车型，生产线上可同时组装不同颜色不同款式的车辆，这些无不都是在宣称企业生产线的柔性化程度之高，在一定程度上向消费者传达了一个积极的信息，并从制造和管理水平方面推广自己企业。
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【关键词】 柔性制造技术，FMS，计算机辅助技术
随着社会的进步和生活水平的提高，社会对产品多样化，低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量，更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。90年代后，由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。
1、基本概念
1.1、柔性柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件，难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。
柔性主要包括：
1）机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
2）工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
3）产品柔性 一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
4）维护柔性 采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。
5）生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。
1.2、柔性制造的分类
柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。柔性制造技术是技术密集型的技术群，我们认为凡是侧重于柔性，适应于多品种、中小批量（包括单件产品）的加工技术都属于柔性制造技术。目前按规模大小划分为：
1）柔性制造系统（FMS）
关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义有：美国国家标准局把FMS定义为：“由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。国际生产工程研究协会指出”柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。“而我国国家军用标准则定义为”柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。“简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床（加工中心与车削中心等），由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，日本从1991年开始实施的”智能制造系统“（IMS）国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。
2）柔性制造单元（FMC）
FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6～8年，FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，它是由1～2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，其特点是实现单机柔性化及自动化，具有适应加工多品种产品的灵活性。迄今已进入普及应用阶段。
3）柔性制造线（FML）
它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统（DCS）为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。
2、柔性制造所采用的关键技术
2.1、计算机辅助设计
CAD技术引入专家系统，使之具有智能化。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。
2.2、模糊控制技术
模糊数学的实际是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自动功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经的自学引起人们极大的关注。
2.3、人工智能技术及专家系统
迄今，柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统。专家系统利用专业知识和推理规则进行推理，求解各类问题（如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等）。由于专家系统能简便地将各种事实及与通过经验获得的知识相结合，因此为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能（包括专家系统）技术必将在柔性制造业（尤其智能型）中起着日趋重要的关键性的作用。智能制造技术（IMT）旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态。在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。
2.4、人工神经网络技术
人工神经网络（ANN）是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法，故也是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络将并列于专家系统和模糊控制系统，成为自动化系统中的一个组成部分。
3、FMT的发展趋势
3.1、发展FMT的支撑条件
1）技术培训。应用FMT的用户需要建立一支自己的自动化领域专家和专业技术人员队伍，因而，对有关人员进行技术培训极为重要。
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关键词：柔性制造系统 产品质量 自动化
自1967年英国研制出世界第一条FMS以后，其优越性为世界所瞩目，进入21世纪以后，随着工业技术领域技术的快速发展，现代的机械制造装备也发生了巨大的变化，对生产周期短、品种多、批量小的产品的加工需求越来越多。
模具工业是工业生产领域的基础装备。然而模具加工工艺复杂，并且使用的设备也非常多，产品品种繁多，交货期短，属于小批量加工生产，并且过度依赖熟练模具工，对经验要求较高。模具企业要想改革，就必须改变原有的、固定的制造模式，寻求新的制造技术来满足市场需求。
以机器人制造单元为代表的柔性制造技术，在模具企业中进行推广和应用，可以大大提高模具的生产效率，满足市场对产品多样化、模具小批量的生产需求，对提高模具企业的市场竞争力具有重要意义。
一、柔性制造系统的分类
1.柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell）
FMC主要是NC机床（一般为加工中心），可以运行数小时无人看管，它是柔性制造的基本单元，多个FMC可以组成FMS。由于FMC规模小，建造成本低，建造周期短，见效快，适用于广大的小企业，通过更换不同的夹具与刀具，以适应不同形状产品的加工。
2.柔性制造系统FMS（Flexible Manufacuring System）
多个柔性制造单元就可以构建一个柔性制造系统，同时再配套相应的工业机器人、输送链进行物料的运输，在计算机信息系统的控制下就可以进行多样化的产品加工。
3.柔性制造工厂FMF（Flexible Manufacuring Factory）
柔性制造工厂主要利用计算机集成制造系统，将生产过程从经营决策、产品开发、设计、制造、管理、仓库保管等有机地组合成一个整体。该工厂可以实现无纸化和高度的无人化，全部由机器人来完成，可以大大提高生产效率。
通过可以加工的产品品种和产品批量，对以上三种柔性制造系统进行对比，如图1所示。
图1 柔性制造系统分类及对比
二、模具行业柔性制造系统及其组成
目前通用的模具零件的数控加工主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床、工具铣床等机床来完成，在使用的过程中存在的主要问题有以下几点。
1.人工装夹问题
目前的主要装夹方式有平口钳、专用夹具、三爪卡盘、通用组合夹具等，效率低，装夹的过程中设备是空闲的，并且人工装夹稳定性差。
2.人工对刀问题
目前的主要对刀方式有光电寻边器对刀、铣刀试切削对刀、光学对刀仪等，需要有经验的操作人员才能精确对刀，浪费时间。
3.人工检测问题
目前的主要检测方式有游标卡尺、千分尺、三坐标测量仪，耗费时间、易出现误差、工件合格率不高、浪费材料。
可以通过对现有的设备进行升级改造，加装具有统一接口的模块化夹具，完成相应模块的柔性加工，工件安装在专用的虎钳上，定位靠其背部的定位槽完成，夹紧由拉钉和钢球实现，整个加工过程只需一次装夹即可，减少了重复装夹带来的误差，并且可以在加工过程中，连同夹具到三坐标测量机上在线测量，实时的调整加工的吃刀量，保证工件一次加工到位，如图2所示。
图2 柔性制造系统的系统构成
通过对现有数控机床的各部分功能分析并进行改造，经过设计整合后重新布局的车间规划图如图3所示。
图3 柔性制造系统的设计布局
该柔性制造系统在原有设备的基础上，增加了工业机器人、物料输送链、清洗站等，主要由以下几部分组成。
（1）加工系统。主要由加工中心、模具精雕机、线切割机床、电火花成型机、车铣复合中心、磨床等组成。加工中心设置有接触传感器功能，它可改善整个加工中心功能，如自动定心、孔径自动测量、刀具磨损自动检测，自动消除间隙、X、Y、Z基准面位置自动补偿，刀具寿命监视、自动更换设备用刀具、故障监视与诊断、自适应控制。
（2）物料运输系统。该系统主要用于实现物料以及加工刀具的存储和搬运，包括工业机器人、横走式转运机械手、轨道等构成。机器人工件运输小车与机器刀具运输小车，具有相同结构，都有电磁导向装置，具有高柔性，能满足物流变化。机器人工件运输小车担任机床与装卸站之间的托扳交换，以适应不同加工的需要。刀具损坏时，按照紧急刀具更换命令，及时从刀具室领取新刀具更换。
（3）CAD/CAM系统。其总的功能是实现产品设计与生产控制集成化，自动处理加工与生产技术信息，提高生产准备效率，帮助生产部门有效地选择NC机床、设计夹具与刀具，制定加工周期，确定加工程序，准备NC数据等。
（4）信息控制系统。该系统主要负责对生产过程中各种信息进行合理的调度、规划、分析和管理，并通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。
（5）产品质量检验系统。该系统主要由三坐标测量机，再配合条码扫描器和工件自动识别系统等来完成在线的自动检测。
（6）外部设备。包括自动化立体仓库、装卸站、清洗站、刀具室与自动排屑系统等。
三、柔性制造系统的优点及发展前景
柔性制造系统改变了原有的、固定的、制造模式，基本实现全自动化地完成工件的加工，并且能够保证零件的加工精度，并且可以随时改变加工工艺，完成不同产品的模具。
（1）提高模具加工的生产效率和模具产品的整体加工质量，缩短了产品的生产周期，及时保证交货期，降低了企业生产成本。
（2）通过改变工装夹具，走形制造系统可以根据产品的不同对工艺路线进行调整，来完成不同的模具，提高了模具企业的市场响应力。
（3）大大提高了模具企业的自动化程度和信息化程度，通过计算机系统进行处理和反馈，从而对系统进行有效管理，保证系统正常运行并适应不同批量加工任务的调度及优化。
（4）随着企业的自动化程度和信息化程度的提高，机床的空闲时间基本消除，根据调度，提高了企业各种机床资源的使用率。
参考文献：
[1]张欣，郑永康.一种柔性数控加工系统的概念设计[J].机床与液压，2013（8）.
柔性制造范文6
关键词： 塑料电子技术；柔性显示器；有机半导体
中图分类号：TN949.199文献标识码：B
Flexible Displays Made with Plastic Electronics
Seamus Burns
（Display Engineering, Plastic Logic, Ltd., Cambridge, UK）
Abstract: Plastic Logic has designed and constructed a full-scale manufacturing facility for flexible display modules fabricated using organic semiconductors ("plastic electronics"). These display modules are lightweight, flexible, and robust and are used in the QUEproReader, an e-reader device for mobile business professionals that was introduced in January 2010.
Keywords:plastic electronics; flexible display; organic semiconductors
引 言
许多年来，因为柔性显示器轻薄、坚固，使可折叠弯曲的显示器成为现实，所以具有良好的市场前景。这些产品和相关技术经历了长时期发展后终于开始进入主流，有些显示器技术，如电子墨水（E-ink）公司的那些技术以及SiPix成像技术，是在前6年成熟的，现已成为柔性显示的关键技术。通常提到的如电子纸（e-paper），这些技术的确包含了许多纸的属性，其反光、可弯曲，在图像更新期间不消耗能源（所谓图像稳定性）。由于其稳定的电、光特性，以及易于将此箔状的显示媒介（media）直接层压到显示器底板上实现集成，而大批量商业化。虽然这些显示技术主要用于硬质玻璃显示器，但是它们也打开了高分辨率柔性显示器应用之门。
除电子纸显示媒介之外，另一类复杂的部件，就是为制造高分辨率柔性显示器所必须的柔性有源矩阵。对于大多数快速刷新的高分辨率显示器，有源矩阵是不可或缺的：它是一种由电极和微电子开关构成的阵列，通常由一系列真空沉积和图形加工工艺制备而成。这些沉积薄膜、形成图形的工艺在玻璃上都能良好完成――的确，几乎所有手机、掌上电脑、液晶电视以及许多其它电子产品的显示器，采用的都是在玻璃基板上制备有源矩阵的工艺。然而，这些沉积工艺难以转移到柔性的塑料衬底上，这就成为实现柔性显示的一个障碍。
1柔性原型
自从1999年斯图加特大学的Ernst Lueder教授和他的团队在聚苯醚砜衬底上制造了柔性有源矩阵液晶显示器（AMLCD）以来，一些大学实验室和公司研发部相继推出柔性有源矩阵显示器的概念型产品。尽管对柔性有源矩阵产品已进行了大量研发，也存在着强烈的市场需求，然而该技术的产业化并非易事。柔性显示商用产品的个案非常少，不过，近几年一些技术正趋于成熟，因而有可能在不久的将来实现柔性显示的商品化。
近来，荷兰Polymer Vision公司出品了一种称之为“Readius”的产品，这是一款包含可卷曲的柔性电子纸显示器的美观新颖的电子阅读器。这个独特的产品当它的5英寸显示器卷起时只有口袋大小，这也是首台使用了有机物薄膜晶体管（TFT）的电子商品。然而，遗憾的是Readius尚未能与消费者见面。
另一种典型的接近商品化的方法是在硅基显示制造中所采用的工艺的再版。电子纸显示组件的先驱制造商――Prime View International，发明了一种被称之为EPLaR（Electronics on Plastic by Laser Release）的、基于激光照射的柔性显示工艺技术。一层十分薄的聚合物膜沉积在硬质衬底上，之后使用传统硅基工艺制造有源矩阵显示器，然后采用激光工艺将那层聚合物薄膜从硬质衬底上剥离下来。另一个正在开发柔性显示技术的公司是LG显示（LG Display），他们的柔性显示制造工艺采用了薄而柔性的不锈钢金属箔，这种材料能经受住硅沉积所需的温度，且掩模对准十分稳定。几年来，LG Display已经出品了外形尺寸不同的柔性电子显示组件，包括1,600×1,200分辨率、174ppi（pixel per inch）的12in显示器。此外值得一提的是AUO（友达光电）于2009年10月出品的使用SiPix电泳显示媒介的6in柔性显示组件，从而例证了柔性电子纸显示器，然而该公司对所用底层技术避而不谈。
2有机半导体
2000年从剑桥大学剥离出来而创立的Plastic Logic公司，一直致力于有机半导体技术的商业化，力图使TFT能印刷到柔性塑料上，以开创柔性电子学的新径。有机半导体实现柔性电子学依靠两点：第一，与硅不同，有机半导体能通过溶液法在室温下沉积，因而可使用柔性塑料作衬底材料，而相对于硅沉积，所需温度则会使塑料衬底熔化或变形；第二，有机半导体器件无需掩模对准亦能形成。传统的硅电子学要求一系列掩模板的序列对版工艺，这对于塑料衬底不是一个能简易实现的方法，温度偏移和溶剂吸收会造成不同掩模步骤之间衬底的变形。对于有机材料，采用印刷工艺则能克服塑料衬底的形变，从而能避免上述模板对准的问题。这是通过在每执行一步印刷，印刷头都在进行局部对准，因而能不断补偿失真。有机材料用于柔性电子学，更明显的优势则在于其内在的柔韧性。
Plastic Logic公司的工艺特色是有能力在柔性衬底上沉积高分辨率的电子元器件。其工艺温度等于或接近室温，所以所用工艺与廉价的塑料衬底材料是完全兼容的。其采用的典型的衬底材料是聚对苯二甲酸乙二酯，或称PET，PET是一种非常普通的塑料，可用于食物饮料容器的制造以及合成光纤。其沉积工艺的最小尺寸达到2μm，层对层对准精确度典型值为±5 μm，如图1所示。
超高分辨率的有源矩阵显示器，通常具有相当少量的连线。有源矩阵是由一些行电极和列电极围成的交叉格子，在每个交叉点上设置一个电子开关，通常为TFT（薄膜晶体管）。该晶体管用来给由显示媒介构成的电容器进行充、放电，以改变跨接在显示媒介两端的电压，继而改变该显示器件的光学状态。有源矩阵显示器具有理想的对各个显示媒介直接选址的能力，因而它能够达到最适宜的对比度和刷新率（仿佛显示媒介被立即驱动似的）。
对电子纸器件，为了达到这些要求，需要满足若干电学标准。TFT的“开态”电流要求足够高，以使在线选址期间内该像素都保持在开状态，即使关断该像素。此开态能力由晶体管的迁移率决定。TFT的“关态”电流要求尽可能的低，以便一旦栅极被关闭时仍能保持像素电压不变。达到低的关态电流要求稳定的TFT阈值，这由有机半导体和绝缘材料的纯度决定。所以工艺条件的控制是至关重要的。栅极泄漏，连同所有其它寄生的极间泄漏路径（例如源极到栅极的泄漏，源极到公共极的泄漏）都必须降至极小。具有高电绝缘击穿电压的无针孔的绝缘层是绝对必要的，它可以避免这些漏电路径。需要再次重申的是，严格控制工艺条件以及使用洁净的工艺环境是先决条件。栅线和源线需要充分“快”地传输电压的变化，这就要求栅线和源线具有高电导和低电容。正如前面讨论过的，为使电容最小化，这就要求尺寸精细、图形边缘清晰。另一个期望的特性是所有像素上具有低的、而且一致的跳变电压，这个跳变电压是当栅线关闭时引入的像素电极电压与数据线电压之差，它来源于栅电极和漏电极之间面积交叠而引起的寄生电容，为减小该参量再次要求精细的图形加工工艺。
上述工艺有能力制造面积足够大、分辨率足够高的用于电子纸显示的柔性有源显示器，其使用的有机半导体是一种聚芴基材料，可由溶液法生成，典型迁移率为 0.03cm2/Vs，它可使开态电流接近1μA。用此工艺制备的器件开关比达105～106，栅极漏电流小于10-11A。Plastic Logic制造厂生产的首台商用显示器，分辨率为1,280×960，尺寸为10.7in，像素密度为150ppi，足以满足具有灰度级的单色电子阅读器的应用要求。使用的显示媒质是电子墨水公司的Vizplex电泳箔，这种显示器被设计用来开发全对比度、快速响应的媒介，以适用于单色和具有灰度级的组件。图2所示为此种工艺制造的显示器的照片。
3一座新建的柔性显示器工厂
Plastic Logic公司在德国的德累斯顿建立了拥有全套制造设施的工厂，以便大批量生产高性价比的显示组件。德累斯顿是德国的高科技中心之一，坐落有大量的电子公司，其中许多为硅晶圆公司。这些公司的存在确保了对制造电子器件（如显示组件）必需的基础支持，同时提供了教育良好、经验丰富的劳动力。全自动化生产线的设备主要来自远东，通常但不完全来自平板显示产业。在许多情况下，公司有现货供应或仅少量需要定制。生产线设置在百级无尘操作间内，柔性PET衬底先绑定在硬质的玻璃载体上，通过批处理（batch process）方式完成产品所需的图形制作。衬底尺寸相当于3.5代线的母版尺寸，受一系列图形加工步骤的限制，每块母版上仅生产9枚有源矩阵显示器。在将显示面板分割之前，对这些有源矩阵的像素和连线进行测试，之后对这些显示器产品进行封装，使其在产品寿命期间，一直维持在恒定的湿度水平，并且确保其工作的一致性。柔性封装是可行的，因为有机TFT不像OLED或PLED器件那样，对氧和湿气不是非常敏感。接下来将高压显示驱动芯片与外部引线连结起来，这里的连接由各向异性导电膜（ACF）完成。最后再将触摸传感器压制于已含有光学涂层和紫外阻挡层的显示组件之上。
4QUEproReader阅读器
电子阅读器的出现能追溯到SonyLIBRIé，其于2004年，这是第一台带有电泳显示屏的电子阅读器，它被认为是奠基者而赢得了2005年SID显示器产品的年度奖项。自此以后，很多种不同尺寸、重量、用户界面和专用型电子阅读器陆续推出，其中多数主要用于图书阅读，通常附加有诸如存储、购买、下载等功能，用以辅助阅读。
图3所示为由Plastic Logic公司生产的QUEproReader的照片。QUE是专门为商务人士设计的阅读器，支持PDF、GIF、JPEG、PNG、BMP、ePub、txt文件格式和可打印格式，如Microsoft Office（2003/2007）、E-mail、日历、HTML（如地图）和RTF，进而具有能够使客户生成文件的文件柜的价值。它还配备有功能强大的工具，这些工具能够对内容实施交互与管理。此外，QUE店铺允许用户购买和下载商业的、专业的报纸、杂志和电子书，有权使用Barnes & Noble上超过100万本电子书，书和报纸内容能通过无线或蜂窝网络（3G版本）下载。
QUE被设计成区别于其它阅读器而瞄准商务市场，由于它不易打碎而成为独一无二的，超薄且质轻的塑料显示器。它的尺寸为8.5×11in，厚约1/3in，质量约为1磅。对于摔落或将物体坠落到显示器上的可靠性测试已经验证，它比玻璃基板产品具有更好的弹性。QUE也具有业界最大的电容式触摸屏。
5技术前景
未来的产品将要求更加尖端的显示器，这些尖端显示器充分发挥电子纸快速进化的特性，而这些未来产品正在由Plastic Logic和其它公司进行着研发。大多数公司都在攻克扩展该产品的彩色化性能，2011年全彩色电子阅读器将有望出台。目前Plastic Logic公司正致力于全彩色电子阅读器的柔性显示平台的建设工作。
彩色显示器比单色显示器有更高的ppi，这就要求其具有更优良的性能和更高的分辨率。反过来对有源选址器件就要求其具有更高导电率的栅线，更高性能的TFT，以及更精细的图形加工水平。Plastic Logic公司正在英国剑桥的研发线上进行着针对下一代显示器的工艺开发，主要研究工作在于改善背板性能和满足这些更高性能的要求。下一代TFT器件正采用一种新型有机半导体材料，其迁移率可达到接近非晶硅的水平。采用改进的工艺，可在每英寸上制造出更多像素，同时满足彩色化和TFT性能要求的显示屏。一旦在研发线上得到充分验证，这些材料和工艺将被转移到制造厂，在那里它们将通过扩产、检验，最终纳入显示器制造过程。
柔性显示当前还是处于一种相对初期阶段的技术，从开发有机TFT的可能性到运用于更常规电子产品的制造，尚存在着巨大的潜在发展空间。塑料衬底能用于制作日益增多的系统级电子元件，无论是通过直接连接分立元件，还是通过印刷电子电路去替代硅基高压显示驱动芯片。后者已于2004年被Polymer Vision（之后的荷兰飞利浦研究所）从概念上予以证实，他们把栅驱动显示电路部分集成到柔性显示器的周边。这预示着，有机TFT最终将有望具有足够的能力去稳定地驱动电流驱动型的显示器件，例如商品中的OLED和PLED，不久，采用全印刷工艺制造出带有周边集成高压驱动器的柔性发光型显示器将成为可能。为了实现这种可能性，需要克服巨大的挑战。然而，由该领域已留下的发展印记来看，不难设想在近十年内即可实现。
这就更不用说在非显示应用领域也可能使用的印刷电子技术。RFID是期望应用的方向之一，此处仅需少量的驱动栅线，使用硅电路就显得很不经济。柔性塑料传感器是另一个可能的应用方向，其结构类似于有源矩阵显示器。其它更多的应用可能是一些“一次性”用完即可丢弃的电子产品或可动态配置的电子元件。
6结论
十年前塑料电子技术还是一块初开垦的处女地，只集中在一批大学和公司研究所里进行着材料研究。而今，这种技术已呈现出有可能制备出尖端显示产品的趋势。要不了几年，我们能切实期望在该领域的商品化方面，会有进一步的重大进展。
作者简介：Seamus Burns，Plastic Logic公司显示工程部主任，E-mail：。
（南开大学光电子所杨明
