可重构机床及其关键技术

    1概述

    21世纪的制造企业面对的是动态多变的市场环境，用户要求在最短的时间内获得“个性化”的产品。因此，制造企业应该也必须发展多品种、小批量生产技术(或大规模客户化制造)，在“更快、更好、更便宜”的竞争中找到自己的最佳位置。敏捷制造是美国人于上世纪末提出的制造企业发展战略，敏捷制造企业的主要特征之一就是工艺过程和制造系统的可重构性。

    1998年，美国国家研究委员会发表了一份研究报告:2020年制造业面临的挑战。在这个报告中，专家们确定了未来20年制造企业面临的六大挑战和必须优先解决的10项关键技术，可重构企业和可重构制造系统均名列其中，可重构制造系统甚至被列为10大关键技术的第一位。为此，美国国家自然科学基金委员会1996年投资密西根大学成立了可重构制造系统工程研究中心，每年投资300万美元，连续支持11年。美国的30多家知名制造企业也积极参加这一计划，来自这些企业的资金注入每年也达到300万美元以上。2001年5月在密西根大学召开了CIRP第一届柔性、可重构制造国际会议。从论文的来源、研究深度以及参加会议的人员看，可重构制造已经成为国际学术界和企业关注的重点。可重构制造系统涉及的内容很多，其中最重要的一项内容就是可重构机床(ReconfigurableMachineTools，RMT)的研究和开发，它的成功对实现可重构制造系统和敏捷制造具有决定性的意义。到目前，可重构机床的理论研究已取得一定的进展，并且取得一项发明专利，但整个研究工作还没有形成完整的体系，研究的深入程度不够，可重构机床的原型尚未制造出来。本文首先介绍可重构机床的基本概念，然后讨论可重构机床的几项关键技术，最后提出在我国开展可重构机床研究的几点建议。

    2可重构机床的基本概念可重构机床也是一种模块化机床，它集专用机床、组合机床和数控机床的优点于一身，同时避免了它们的不足。它具有以下一些基本特征:机床是由一些基本模块根据功能需求组合而成的：机床结构和布局可以根据产品的变化进行快速重组：机床的模块结构(硬件、软件、控制系统)是标准化的：模块之间具有统一的、标准化的界面：机床的设计是以产品族为基础的：机床的功能可以改变，但基本无功能冗余：机床与制造系统的接口也是标准化的，以便于整个系统的重组。

    可重构机床的主要优点有:高柔性，可以极大地缩短产品的改型换代时间：与数控机床相比，在满足加工需求的条件下可以简化机床的功能和结构：模块化结构便于组织专业化的大规模生产：专业化生产可以提高产品的成熟度和质量，同时可以降低机床产品的成本和价格：机床便于维修，只需更换相应的模块即可：有利于通过计算机网络实现动态联盟：机床的功能零部件可以重复利用，提高了机床的环保性：多刀加工，可以有效提高生产效率。由此可见，可重构机床并不是个新概念，因为模块化设计的概念和组合机床已经存在了很多年。但是，可重构机床与一般的模块化产品和组合机床还是有着本质性的区别，主要体现在以下几个方面:使用中的可重构性一般模块化机械产品的着眼点都是在产品的出厂功能上，模块化的概念及实施只局限在制造企业内部，用户往往意识不到模块化，因为产品在用户手中一般不会改变使用功能，即使组合机床也是如此。但可重构机床的功能在用户手中却是经常变化的，用户要经常对产品的功能、结构和布局进行重组以适应市场需求的变化，这是可重构机床区别于其他模块化产品的主要方面。