什么是柔性制造：优势、类型和实施
如今，制造商面临着客户偏好的不断变化。因此，快速响应比以往任何时候都更加重要。传统工厂难以跟上客户需求的变化。这正是柔性制造的用武之地。通过这种方式，机器、系统以及工人可以轻松切换到新产品或适应不断变化的需求。
在这篇博文中，我们将探讨柔性制造的含义、主要类型、核心要素以及它在现代制造业中至关重要的原因。
“柔性制造”是什么意思？
柔性制造系统 (FMS) 使用自动化来处理产品类型和数量的变化。这一理念可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时发明家杰罗姆·H·莱梅尔森 (Jerome H. Lemelson) 为焊接、移动和检测产品的机器人系统申请了专利。
两个关键的灵活性维度
制造的灵活性主要有两个方面。
机器灵活性
一台机器可以执行不同的操作并处理各种零件设计。
路由（或路径）灵活性
零件可以在系统中沿着不同的路线移动。这有助于它们避开繁忙或不工作的站点。
额外的灵活性类型
其他不同的灵活性类型使系统更加适应性强。
产品灵活性
制造商可以快速推出新的产品版本。
容量灵活性
公司可以改变生产水平以满足市场需求。
扩展灵活性
系统可以在需要时通过添加更多机器或增加容量来扩展。
项目/运营灵活性
工作顺序和控制程序可以快速更改。这有助于优化生产运行方式。
柔性制造系统剖析
三个主要要素共同作用，形成柔性制造系统。
1. 物理组件和自动化
物理硬件构成了系统的基础。
CNC 机器和其他工作站执行精确的任务。
机械臂负责组装和装载。
自动导引车 (AGV) 传送带在各个工位之间移动物料。
自动存储和检索系统（AS/RS） 有效地组织库存。
这些自动化工具减少了对手动工作的需要并提高了一致性。
At Richconn，我们使用先进的数控机器和自动化设备来加工精密塑料和复杂金属。
2. 控制和软件层
智能软件和控制系统控制硬件。中央计算机管理所有操作，并充当系统的控制中心。软件处理详细的生产计划并实时更新。它还能与 ERP 等更大型的业务系统连接。 MES系统 使制造与公司计划保持同步。
3. 通信与集成基础设施
可靠的通信网络连接着硬件和软件。该基础设施连接着系统的各个部分。执行器和传感器收集数据，并创建稳定的反馈回路，以实现实时控制。通过这种设置，所有机器保持同步，系统可以即时调整，从而保持高效运行。
柔性制造系统的类型
柔性制造系统有多种形式。其配置取决于规模和复杂性。
单机单元
单机单元代表了最简单的柔性制造系统 (FMS)。它使用一台独立运行的自动化机器。通常还包含一个零件存储系统。
这种安排适合小规模生产或具有中等变化的单个零件系列的制造。
柔性制造单元（FMC）
柔性制造单元 (FMC) 使用两到三台机器，例如数控中心，并通过物料搬运系统连接。与单机单元相比，这种配置可以提高加工能力并优化工作流程。中型企业通常受益于这种配置。
柔性制造集团（FMG）
柔性制造集团 (FMG) 通过将多个柔性制造中心 (FMC) 连接在一起，增加了复杂性。最终形成一个规模更大、协调一致的系统。它可以同时管理不同单元的各种生产任务。
柔性生产线（FML）
柔性生产线 (FML) 将工作站按直线排列，类似于传统的装配线。尽管如此，系统仍保持了布线灵活性，以便零件可以遵循不同的路径。这种设计也适用于生产具有多种变体的大批量产品。
柔性传输线（FTL）
柔性传输线 (FTL) 不仅能提供高生产率，还能提供一定的灵活性。它将柔性数控机床与标准高速传输线相结合。汽车行业经常使用这种系统。它适用于有限零件种类的中高产量生产。
柔性制造系统的优势
1. 提高对需求变化的响应能力
制造商可以利用这些系统快速应对突发的市场变化。他们可以根据需要调整产量，确保产量与当前需求保持一致，避免重大生产中断。
2. 更短的设置/转换时间
自动化使产品之间的切换变得快速而简单。这减少了昂贵的停机时间。因此，生产线保持高效和高产。
3. 更好地利用设备
设备闲置时间减少，利用率提升。机器运转更频繁，从而提高生产效率并改善投资回报率。
4. 降低库存和浪费
灵活的制造用途 准时制（JIT） 降低在制品库存的方法。物料处理高效，操作精准。废品和浪费减少。
5. 质量一致性和减少缺陷
自动化消除了重复性工作中的人为错误。每件产品都达到相同的高标准。这不仅确保了稳定的质量，也减少了缺陷。
6. 节省劳动力和运营成本
FMS 减少了人工操作，从而降低了劳动力成本。更高的效率还能减少能源和材料方面的支出。
对于许多企业来说，将 CNC 工作外包给专业供应商，例如 RICHCONN 无需投资完整的柔性制造系统即可提供可扩展的效率。
另见: 什么是精密数控加工
7. 支持定制/按订单生产策略
这些系统可以轻松处理产品变更和定制请求。制造商可以采用按订单生产的策略，而无需支付昂贵的设备改造费用。
8. 在动荡的市场中提高竞争力
FMS 为企业带来显著优势。企业能够更快地适应变化，提供更优质的产品，并更高效地运营。
柔性制造的挑战、风险和局限性
柔性制造带来诸多好处，但也带来不同的挑战和风险。因此，需要周密的规划来应对这些问题。
主要障碍
高初始投资： 建立柔性制造系统 (FMS) 需要大量的资金投入。基础系统的成本约为 2 万美元，而大型系统的成本则可能超过 15 万美元。高昂的前期成本往往会阻碍许多公司采用 FMS。
实施复杂性： 设计和集成这些系统是一项复杂的任务。设置过程需要大量的规划和时间。初始生产在此阶段可能会出现中断。
需要熟练的劳动力： 运营柔性制造系统 (FMS) 需要训练有素的工程师和技术人员。他们必须掌握自动化技术，解决问题并改进生产。这种需求可能会增加人工成本。
维护和可靠性风险： FMS 将许多部件紧密连接。如果一个部件发生故障，整条生产线都可能停止运行。因此，确保系统可靠性至关重要。
灵活性的限制： FMS 无法适应所有情况。这是因为机器能力和工具设定了界限。此外，产品之间的切换仍然需要规划。
缓解/风险管理
公司可以采用多种策略来管理这些风险
试点项目： 从小型模块化实现开始。这种方法更容易处理复杂性，并降低初始投资。
强大的培训计划： 为员工提供全面的培训。训练有素的员工能够更有效地操作和维护新系统。
冗余和后备路径： 在系统中构建备份选项。即使某个部件发生故障，备用机器路线也能帮助保持生产正常运转。
预测性维护： 使用状态监测功能，及早发现并预防机器故障。这可以减少意外且昂贵的停机时间。
持续改进： 定期审查性能数据，寻找改进方法。持续的调整有助于系统保持高效和最新状态。
实施和采用策略
清晰、循序渐进的策略对于实施柔性制造系统至关重要。这种方法有助于管理复杂性，并提高获得丰厚回报的可能性。
可行性研究和商业案例
首先进行全面的可行性研究。审查当前的生产方法，确定具体目标，并创建一份详细说明潜在投资回报率的商业案例。此过程将重点突出主要挑战，并检查项目是否支持整体战略目标。
At Richconn我们为客户提供深入的面向制造设计 (DFM) 评审和样品制造计划。这些服务可帮助客户准确估算投资回报率 (ROI)，并就柔性制造投资做出明智的决策。
系统设计与架构
方案获批后，进入系统设计阶段。选择合适的硬件、软件以及自动化解决方案。制定详细的架构，确保所有技术能够与现有平台（例如 ERP 和 MES）良好兼容。
试点/概念验证部署
在进一步扩展之前，先从试点项目开始。在受控环境中测试柔性制造系统。此步骤有助于及早发现并解决问题，确认设计，并在进行大规模投资之前降低风险。
全面部署、扩大规模、整合
试点成功后，即可在整个工厂推广该系统。安装新设备、连接软件并扩展运营。为了顺利过渡，细致的项目管理和全面的团队培训至关重要。
持续优化与发展
部署后，实施并非就此结束。持续监控关键绩效指标 (KPI)，收集反馈并改进流程。持续的努力使系统能够适应新的市场需求和技术变革，从而确保持久的效益。
柔性制造的行业应用
柔性制造不仅仅是一个概念。如今，许多行业都在使用它来快速适应并提供定制服务。
汽车
汽车制造商使用柔性制造系统 (FMS) 在一条装配线上生产各种车型和零部件。借助该系统，他们可以打造搭载不同发动机或媒体系统的汽车。车型变更更省时，定制也更加便捷。
电子与半导体
电子公司依靠柔性制造系统 (FMS) 来跟上快速变化的产品周期，例如智能手机的周期。该系统使他们能够快速切换产品型号。因此，库存水平下降，产品更快地进入市场。
航空航天
航空航天公司使用FMS制造复杂精密的部件，例如喷气发动机和起落架。该系统帮助他们满足严格的安全要求。同时，它赋予他们修改设计的灵活性。
医疗器械
医疗器械行业使用柔性制造系统 (FMS) 来制造满足特定患者需求的设备，例如定制植入物。柔性制造系统对于包括连续血糖监测仪在内的小型可穿戴设备的生产也至关重要。
消费品
FMS 帮助企业满足日益增长的个性化产品需求。耐克等品牌利用 FMS 高效地生产小批量定制服装。
小批量/定制生产
FMS 非常适合小批量和按订单生产。企业可以以较低的成本生产个性化产品，同时保持高效。
柔性制造与传统及其他模式
专栏柔性制造（FMS）传统方法刚性自动化精益/JIT什么时候 FMS 才有意义？产品种类和转换种类繁多，变化相对较快种类繁多，但手动设置时间较长品种极少；基本上没有转换家庭内部的适度多样性当产品组合频繁变化但仍需要相当大的吞吐量时吞吐量/效率效率+灵活性的良好平衡效率低，单位成本高固定产品的吞吐量非常高稳定生产线，效率高当音量适中且存在变化时很有用投资与复杂性前期成本高，集成复杂投资少，系统更简单工具和固定装置成本较高，但一旦设置就更简单中等复杂度；注重减少浪费如果您可以支持维护和系统复杂性，则可以接受灵活性和响应能力强大的路由、容量、产品灵活性产品选择灵活但反应迟缓非常僵化——改变成本高昂或不可能在稳定的流程边界内做出响应当市场需要敏捷性、定制化和不可预测性时，这是最好的选择库存和在制品中等至低（由于适应性）由于批量运行，通常较高适度缓冲，确保流量稳定拉动系统下的库存非常低当减少库存很重要但仍需要一些缓冲时，支持 FMS
总结一下
柔性制造在快速变化的市场中发挥着关键作用，帮助企业保持竞争力。这种方法使制造商能够响应不断变化的客户需求，减少浪费，并提高效率。前期成本较高，但长期效益显著。
Richconn 提供敏捷的数控加工和快速成型服务。您可以 联系我们 无论何时您需要支持。
相关问题
柔性制造系统与完全可重构制造系统 (RMS) 有何区别？ 柔性制造系统 (FMS) 可以应对产品类型和产量的变化，但其适应性取决于初始设置。而可重构制造系统 (RMS) 则旨在轻松更改结构、硬件和软件。FMS 适用于广泛的零件，而 RMS 则专注于特定的一组零件，并允许进行定制的、可扩展的调整。
预测性维护在柔性制造系统中如何发挥作用？ 在柔性制造系统中，预测性维护会收集并分析机器数据，以预测可能发生的故障。这使得制造商能够在故障发生之前安排维护，从而降低成本并减少计划外停机时间。
柔性制造系统的实施成本高吗？ 是的。建立柔性制造系统需要在自动化、机器人和计算机控制方面进行大量的初始投资。虽然这些系统从长远来看可以节省成本，但高昂的前期成本对一些公司来说可能是一个障碍。