可重構機床及其關鍵技術

    1概述

    21世紀的制造企業面對的是動態多變的市場環境，用戶要求在最短的時間內獲得“個性化”的產品。因此，制造企業應該也必須發展多品種、小批量生產技術(或大規模客戶化制造)，在“更快、更好、更便宜”的競爭中找到自己的最佳位置。敏捷制造是美國人于上世紀末提出的制造企業發展戰略，敏捷制造企業的主要特征之一就是工藝過程和制造系統的可重構性。

    1998年，美國國家研究委員會發表了一份研究報告:2020年制造業面臨的挑戰。在這個報告中，專家們確定了未來20年制造企業面臨的六大挑戰和必須優先解決的10項關鍵技術，可重構企業和可重構制造系統均名列其中，可重構制造系統甚至被列為10大關鍵技術的第一位。為此，美國國家自然科學基金委員會1996年投資密西根大學成立了可重構制造系統工程研究中心，每年投資300萬美元，連續支持11年。美國的30多家知名制造企業也積極參加這一計劃，來自這些企業的資金注入每年也達到300萬美元以上。2001年5月在密西根大學召開了CIRP第一屆柔性、可重構制造國際會議。從論文的來源、研究深度以及參加會議的人員看，可重構制造已經成為國際學術界和企業關注的重點。可重構制造系統涉及的內容很多，其中最重要的一項內容就是可重構機床(ReconfigurableMachineTools，RMT)的研究和開發，它的成功對實現可重構制造系統和敏捷制造具有決定性的意義。到目前，可重構機床的理論研究已取得一定的進展，并且取得一項發明專利，但整個研究工作還沒有形成完整的體系，研究的深入程度不夠，可重構機床的原型尚未制造出來。本文首先介紹可重構機床的基本概念，然后討論可重構機床的幾項關鍵技術，最后提出在我國開展可重構機床研究的幾點建議。

    2可重構機床的基本概念可重構機床也是一種模塊化機床，它集專用機床、組合機床和數控機床的優點于一身，同時避免了它們的不足。它具有以下一些基本特征:機床是由一些基本模塊根據功能需求組合而成的：機床結構和布局可以根據產品的變化進行快速重組：機床的模塊結構(硬件、軟件、控制系統)是標準化的：模塊之間具有統一的、標準化的界面：機床的設計是以產品族為基礎的：機床的功能可以改變，但基本無功能冗余：機床與制造系統的接口也是標準化的，以便于整個系統的重組。

    可重構機床的主要優點有:高柔性，可以極大地縮短產品的改型換代時間：與數控機床相比，在滿足加工需求的條件下可以簡化機床的功能和結構：模塊化結構便于組織專業化的大規模生產：專業化生產可以提高產品的成熟度和質量，同時可以降低機床產品的成本和價格：機床便于維修，只需更換相應的模塊即可：有利于通過計算機網絡實現動態聯盟：機床的功能零部件可以重復利用，提高了機床的環保性：多刀加工，可以有效提高生產效率。由此可見，可重構機床并不是個新概念，因為模塊化設計的概念和組合機床已經存在了很多年。但是，可重構機床與一般的模塊化產品和組合機床還是有著本質性的區別，主要體現在以下幾個方面:使用中的可重構性一般模塊化機械產品的著眼點都是在產品的出廠功能上，模塊化的概念及實施只局限在制造企業內部，用戶往往意識不到模塊化，因為產品在用戶手中一般不會改變使用功能，即使組合機床也是如此。但可重構機床的功能在用戶手中卻是經常變化的，用戶要經常對產品的功能、結構和布局進行重組以適應市場需求的變化，這是可重構機床區別于其他模塊化產品的主要方面。