1概述

    　21世紀(jì)的制造企業(yè)面對的是動態(tài)多變的市場環(huán)境撤忆，用戶要求在最短的時間內(nèi)獲得“個性化”的產(chǎn)品。因此睬毒，制造企業(yè)應(yīng)該也必須發(fā)展多品種矿钩、小批量生產(chǎn)技術(shù)(或大規(guī)慕偕ィ客戶化制造)，在“更快蛀家、更好浊待、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(jì)末提出的制造企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略馅溉，敏捷制造企業(yè)的主要特征之一就是工藝過程和制造系統(tǒng)的可重構(gòu)性缔类。

    　1998年，美國國家研究委員會發(fā)表了一份研究報(bào)告:2020年制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)劲阎。在這個報(bào)告中绘盟，專家們確定了未來20年制造企業(yè)面臨的六大挑戰(zhàn)和必須優(yōu)先解決的10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可重構(gòu)企業(yè)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)均名列其中悯仙，可重構(gòu)制造系統(tǒng)甚至被列為10大關(guān)鍵技術(shù)的第一位龄毡。為此，美國國家自然科學(xué)基金委員會1996年投資密西根大學(xué)成立了可重構(gòu)制造系統(tǒng)工程研究中心锡垄，每年投資300萬美元沦零，連續(xù)支持11年。美國的30多家知名制造企業(yè)也積極參加這一計(jì)劃偎捎，來自這些企業(yè)的資金注入每年也達(dá)到300萬美元以上蠢终。2001年5月在密西根大學(xué)召開了CIRP第一屆柔性、可重構(gòu)制造國際會議茴她。從論文的來源寻拂、研究深度以及參加會議的人員看，可重構(gòu)制造已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)丈牢〖蓝ぃ可重構(gòu)制造系統(tǒng)涉及的內(nèi)容很多，其中最重要的一項(xiàng)內(nèi)容就是可重構(gòu)機(jī)床(ReconfigurableMachineTools已箫，RMT)的研究和開發(fā)危晕，它的成功對實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)制造系統(tǒng)和敏捷制造具有決定性的意義。到目前蕴节，可重構(gòu)機(jī)床的理論研究已取得一定的進(jìn)展饼尾，并且取得一項(xiàng)發(fā)明專利，但整個研究工作還沒有形成完整的體系贷弧，研究的深入程度不夠谐昌，可重構(gòu)機(jī)床的原型尚未制造出來。本文首先介紹可重構(gòu)機(jī)床的基本概念窟潜，然后討論可重構(gòu)機(jī)床的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)筒啄，最后提出在我國開展可重構(gòu)機(jī)床研究的幾點(diǎn)建議。

   　 2可重構(gòu)機(jī)床的基本概念可重構(gòu)機(jī)床也是一種模塊化機(jī)床，它集專用機(jī)床贤方、組合機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)于一身见毒，同時避免了它們的不足。它具有以下一些基本特征:機(jī)床是由一些基本模塊根據(jù)功能需求組合而成的：機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局可以根據(jù)產(chǎn)品的變化進(jìn)行快速重組：機(jī)床的模塊結(jié)構(gòu)(硬件献甘、軟件吴攒、控制系統(tǒng))是標(biāo)準(zhǔn)化的：模塊之間具有統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的界面：機(jī)床的設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品族為基礎(chǔ)的：機(jī)床的功能可以改變男旗，但基本無功能冗余：機(jī)床與制造系統(tǒng)的接口也是標(biāo)準(zhǔn)化的舶斧，以便于整個系統(tǒng)的重組欣鳖。

    　可重構(gòu)機(jī)床的主要優(yōu)點(diǎn)有:高柔性察皇，可以極大地縮短產(chǎn)品的改型換代時間：與數(shù)控機(jī)床相比，在滿足加工需求的條件下可以簡化機(jī)床的功能和結(jié)構(gòu)：模塊化結(jié)構(gòu)便于組織專業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)：專業(yè)化生產(chǎn)可以提高產(chǎn)品的成熟度和質(zhì)量泽台，同時可以降低機(jī)床產(chǎn)品的成本和價格：機(jī)床便于維修什荣，只需更換相應(yīng)的模塊即可：有利于通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟：機(jī)床的功能零部件可以重復(fù)利用，提高了機(jī)床的環(huán)保性：多刀加工怀酷，可以有效提高生產(chǎn)效率稻爬。由此可見，可重構(gòu)機(jī)床并不是個新概念蜕依，因?yàn)槟K化設(shè)計(jì)的概念和組合機(jī)床已經(jīng)存在了很多年桅锄。但是，可重構(gòu)機(jī)床與一般的模塊化產(chǎn)品和組合機(jī)床還是有著本質(zhì)性的區(qū)別样眠，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:使用中的可重構(gòu)性一般模塊化機(jī)械產(chǎn)品的著眼點(diǎn)都是在產(chǎn)品的出廠功能上友瘤，模塊化的概念及實(shí)施只局限在制造企業(yè)內(nèi)部，用戶往往意識不到模塊化肩蹬，因?yàn)楫a(chǎn)品在用戶手中一般不會改變使用功能虏向，即使組合機(jī)床也是如此。但可重構(gòu)機(jī)床的功能在用戶手中卻是經(jīng)常變化的深酗，用戶要經(jīng)常對產(chǎn)品的功能皇腮、結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行重組以適應(yīng)市場需求的變化，這是可重構(gòu)機(jī)床區(qū)別于其他模塊化產(chǎn)品的主要方面汁恍。因此据值，可重構(gòu)機(jī)床的設(shè)計(jì)和研究必須圍繞這一特點(diǎn)來進(jìn)行。

    　冗余問題

   　 用戶在使用一般的模塊化產(chǎn)品時窃征，不需要儲備大量的備用模塊瘾歉。但對于可重構(gòu)機(jī)床，為了滿足重構(gòu)的需求钙阐，各個用戶一般均需要儲備比較多的功能模塊厦鸠，占用大量的資金和場地。這種冗余現(xiàn)象可能是可重構(gòu)機(jī)床所面臨的主要問題之一。事實(shí)上塘坛，這個問題并不難解決苗膝。只要通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在全國建立若干個可重構(gòu)機(jī)床功能模塊倉儲中心，這些倉儲中心負(fù)責(zé)提供和回收(當(dāng)然要收取一定的費(fèi)用)機(jī)床和模塊植旧，以及負(fù)責(zé)本地區(qū)所有可重構(gòu)機(jī)床的信息管理和重構(gòu)工作辱揭，用戶則僅僅是使用設(shè)備。這種方式可以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用病附。

    　模塊的標(biāo)準(zhǔn)化

    　一般的模塊化產(chǎn)品很難實(shí)現(xiàn)國家或行業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)化问窃，因?yàn)楫a(chǎn)品的功能是制造廠家的特色，在使用過程中也不需要重構(gòu)完沪。因此域庇，某一廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品往往會排斥其他廠家的模塊「不可重構(gòu)機(jī)床則正好相反听皿，它的理論基礎(chǔ)就是國家或行業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)化，只有這樣才能方便用戶宽档，用不同廠家的零部件模塊組合成具有不同功能和性能的機(jī)床尉姨，這一點(diǎn)跟組合機(jī)床相似。模塊的專業(yè)化生產(chǎn)一般模塊化產(chǎn)品的概念僅局限在制造企業(yè)內(nèi)部吗冤，不同企業(yè)的產(chǎn)品模塊之間沒有互換性卓召，因此無法組織模塊的專業(yè)化生產(chǎn)。組合機(jī)床的出現(xiàn)使得通用部件的專業(yè)化生產(chǎn)成為可能沐虐。這種專業(yè)化的生產(chǎn)既可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模伶摄，又可提高產(chǎn)品的質(zhì)量∑懒海可重構(gòu)機(jī)床繼承了組合機(jī)床的這一特點(diǎn)粉怯，各種模塊均可由專業(yè)廠組織研制和生產(chǎn)。實(shí)際上责肯，目前的組合機(jī)床通用部件生產(chǎn)廠均可轉(zhuǎn)去生產(chǎn)可重構(gòu)機(jī)床的功能模塊险朴。對我國大多數(shù)中小型機(jī)床制造廠家來說，這是個千載難逢的發(fā)展機(jī)遇诬翩。

    　3可重構(gòu)機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)可重構(gòu)機(jī)床的研究和應(yīng)用與一般金屬切削機(jī)床和模塊化設(shè)計(jì)之間有相同之處使宽，但在研究內(nèi)容和研究方法上也有很多差異∑栋停可重構(gòu)機(jī)床的研究應(yīng)集中在以下幾個方面:機(jī)械界面研究及其標(biāo)準(zhǔn)化

    　模塊化設(shè)計(jì)主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容:模塊的劃分厦嘹、設(shè)計(jì)和綜合：模塊之間機(jī)械界面的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)理論已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年炕婶，但在實(shí)際中一直沒有得到廣泛應(yīng)用姐赡。究其原因莱预，主要是機(jī)械界面部分研究得很不夠，人們往往將注意力集中在模塊的劃分项滑、設(shè)計(jì)和綜合方面依沮。事實(shí)上，模塊化設(shè)計(jì)能否得到廣泛應(yīng)用枪狂，與機(jī)械界面的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系極大危喉。如果不同廠家生產(chǎn)的功能模塊不能快速互換，模塊化設(shè)計(jì)就只能局限在某一特定企業(yè)的產(chǎn)品上州疾。

   　 對于可重構(gòu)機(jī)床辜限，由于重構(gòu)的頻率極高，如果不能實(shí)現(xiàn)模塊之間的快速高精度互換严蓖，可重構(gòu)機(jī)床就沒有任何實(shí)際意義薄嫡。可重構(gòu)機(jī)床的機(jī)械界面主要分為兩大類:界面之間沒有相對運(yùn)動谈飒，界面之間存在相對運(yùn)動岂座。界面的研究主要包括以下內(nèi)容:界面結(jié)合的精度态蒂、穩(wěn)定性和可靠性：界面的標(biāo)準(zhǔn)化隅昌、模塊更換的快速性和方便性。此外赤蚜，作為可重構(gòu)制造系統(tǒng)的一個功能單元琼护，還應(yīng)研究可重構(gòu)機(jī)床與可重構(gòu)制造系統(tǒng)其他部分的界面及其快速互換性。重構(gòu)策略研究雖然可重構(gòu)機(jī)床的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足頻繁重構(gòu)的需求屁爵，但重構(gòu)畢竟是個相當(dāng)費(fèi)時費(fèi)力的過程菌熬，重構(gòu)的精度和可靠性也或多或少會受到一些影響。因此晚神，應(yīng)采取一定的策略盡量減少重構(gòu)次數(shù)炊撕，同時還應(yīng)盡量避免對主要結(jié)構(gòu)的重構(gòu)∫可重構(gòu)策略的研究可以從以下幾個方面去著手:從可重構(gòu)機(jī)床加工對象的設(shè)計(jì)和成族方面(基于可重構(gòu)機(jī)床的產(chǎn)品設(shè)計(jì))秦物、從功能模塊的劃分和綜合方面、從功能模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面啰价、從可重構(gòu)制造系統(tǒng)的調(diào)度方面猿文。模塊的劃分、綜合及標(biāo)準(zhǔn)化如何正確劃分功能模塊是可重構(gòu)機(jī)床的主要研究內(nèi)容之一起便。

    　正確合理的模塊劃分可以簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)棚贾，降低機(jī)床的重構(gòu)頻率，提高模塊之間的精度匹配榆综，減少重構(gòu)操作的工作量妙痹，美化機(jī)床的外觀。另外，可重構(gòu)機(jī)床功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)化也極其重要怯伊，只有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化沛贪，才便于組織專業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)不同廠家模塊的互換震贵±常可重構(gòu)機(jī)床的功能研究可重構(gòu)機(jī)床的主要特征之一是結(jié)構(gòu)簡化并無冗余功能。因此應(yīng)對其功能展開研究猩系。目前的數(shù)控機(jī)床被設(shè)計(jì)成“萬能型”媚送，它的硬件和控制軟件功能非常齊全，造成大量的功能冗余寇甸，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性塘偎。對功能開展研究的目的就是通過模塊的合理劃分，使得機(jī)床只擁有必需的功能稀渊，這樣可以大大簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)战凿，提高系統(tǒng)的精度、可靠性和工作效率铐跷。在控制系統(tǒng)和軟件方面媒龟，需要突破目前數(shù)控系統(tǒng)大而全的概念，采用模塊化的結(jié)構(gòu)涧兜，在重構(gòu)時只配置必要的控制模塊病囱。可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)研究與組合機(jī)床不同筹飒，可重構(gòu)機(jī)床必須能夠適應(yīng)不同的加工對象继蚪。為了提高機(jī)床的自動調(diào)整水平，可重構(gòu)機(jī)床必須應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)葡债。在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中杨朴，為了廣泛適應(yīng)不同的加工對象，它必須提供所有的功能蓝垢，盡管有些功能可能從來沒有被使用過挑乓。相反，可重構(gòu)機(jī)床在其工作狀態(tài)下不允許出現(xiàn)冗余功能卵渴。因此慧域，必須對可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，當(dāng)機(jī)床被重組時浪读，僅僅選擇必需的控制模塊即可昔榴。

    　這樣的數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高碘橘、使用方便等特點(diǎn)互订。需要說明的是吱肌，可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模塊化數(shù)控系統(tǒng)并不是相同的概念，盡管可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上也是模塊化的仰禽。新技術(shù)在可重構(gòu)機(jī)床中的應(yīng)用在可重構(gòu)機(jī)床中氮墨，必須引進(jìn)各種新技術(shù)，例如直線電動機(jī)技術(shù)吐葵、滾動導(dǎo)軌技術(shù)等规揪。這里需要特別強(qiáng)調(diào)直線電動機(jī)技術(shù)在可重構(gòu)機(jī)床中的應(yīng)用。利用直線電動機(jī)技術(shù)温峭，取消了一切傳遞環(huán)節(jié)(即所謂的零傳動)妥抬，可以極大地簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)，便于模塊的重新組合和調(diào)整芍惦，非常適合于可重構(gòu)的特點(diǎn)蔓摇。可重構(gòu)機(jī)床的計(jì)算機(jī)信息管理與一般的模塊化機(jī)床不同固鹏，可重構(gòu)機(jī)床在出廠時必須伴隨重構(gòu)技術(shù)說明和一定數(shù)量的備用功能模塊崩绑，這些信息應(yīng)該由計(jì)算機(jī)管理起來。另外鹰个，為了減少用戶的技術(shù)投入和資金占用寂疏，應(yīng)該成立地區(qū)性的可重構(gòu)機(jī)床功能模塊存儲中心，具體負(fù)責(zé)本地區(qū)所有可重構(gòu)機(jī)床的管理工作惜选，并協(xié)助企業(yè)完成機(jī)床的重構(gòu)夫泛。因此，必須開發(fā)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)(包括模塊的倉儲管理且仔、重構(gòu)信息管理、用戶管理隔屠、重構(gòu)過程中的仿真凹蜂、可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的管理等)，為制造企業(yè)提供周到的服務(wù)阁危。

    　4建議可重構(gòu)機(jī)床的出現(xiàn)為我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展帶來一個大好機(jī)遇玛痊，希望我國從事機(jī)床教學(xué)和研究的人員以及機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)能夠抓住這一機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)機(jī)床行業(yè)的跨越式發(fā)展狂打。為此擂煞，特提出以下建議:國家組織有關(guān)高等院校、研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開展可重構(gòu)機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究趴乡，密切注視國際研究動向对省，力爭盡快趕超國際先進(jìn)水平。

    　中小型機(jī)床廠應(yīng)由整機(jī)生產(chǎn)轉(zhuǎn)去生產(chǎn)功能模塊晾捏。專業(yè)化生產(chǎn)在技術(shù)先進(jìn)性蒿涎、交貨期和質(zhì)量保證諸方面都具有獨(dú)到優(yōu)勢哀托，才能在激烈的市場競爭中取勝。實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)機(jī)床的核心是標(biāo)準(zhǔn)化劳秋，否則模塊化只能局限在某一特定企業(yè)的產(chǎn)品上仓手，根本無法組織專業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。為此玻淑，建議國家成立可重構(gòu)機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)董纺，負(fù)責(zé)研究制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為功能模塊的專業(yè)化生產(chǎn)打好基礎(chǔ)宫氛。

   　 在全國建立若干個可重構(gòu)機(jī)床功能模塊倉儲中心枷此，由這些倉儲中心負(fù)責(zé)根據(jù)用戶提出的需求進(jìn)行機(jī)床的組裝和重構(gòu)，用戶則付費(fèi)租用組裝或重構(gòu)的機(jī)床而無需購買這些機(jī)床和功能模塊纸藕，這樣既減輕了用戶的負(fù)擔(dān)臣锣，又可以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。此外冗炊，倉儲中心還應(yīng)負(fù)責(zé)本地區(qū)所有可重構(gòu)機(jī)床的信息管理蔬设。5結(jié)束語可重構(gòu)機(jī)床作為實(shí)現(xiàn)敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù)之一已受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度重視，我國有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床制造企業(yè)應(yīng)立即開展可重構(gòu)機(jī)床的研究知援〈伟辏可重構(gòu)機(jī)床不同于一般的模塊化設(shè)計(jì)，其主要特征除模塊化外星自，主要體現(xiàn)在可重構(gòu)性和標(biāo)準(zhǔn)化上憾擒。可重構(gòu)性意味著機(jī)床的功能模塊可以被方便地重組以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能塑崖。標(biāo)準(zhǔn)化則有助于實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)機(jī)床功能模塊的專業(yè)化大規(guī)模制造七冲。為此，提出了5大關(guān)鍵技術(shù):機(jī)械界面研究规婆、重構(gòu)策略研究澜躺、模塊的規(guī)劃、機(jī)床及其功能模塊的功能研究抒蚜、信息管理系統(tǒng)研究：并對在我國開展可重構(gòu)制造機(jī)床的研究提出了幾點(diǎn)建議掘鄙。

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