李孟龍
摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會生活水平的日益提高,大批量單一化的產(chǎn)品再也無法引起人們的關(guān)注,大規(guī)模的生產(chǎn)方式帶來的只能是產(chǎn)能過剩。市場對小批量個性化產(chǎn)品的需求越來越多,迫使企業(yè)不得不轉(zhuǎn)型升級,走向供給側(cè)改革的道路,這使得柔性制造系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)中有了越來越重要的地位。而中等職業(yè)教育面向企業(yè)需求,隨著企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,柔性制造系統(tǒng)的引入必將對中職教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文就柔性制造系統(tǒng)在職業(yè)教育中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。
關(guān)鍵詞:柔性制造系統(tǒng) 校企合作 模塊化 職業(yè)教育
一、柔性制造系統(tǒng)概述
柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System,即FMS)是相對于剛性制造提出的一種適用于當(dāng)代產(chǎn)品多樣化的生產(chǎn)理念。眾所周知,剛性制造產(chǎn)生于20世紀(jì)20年代,其生產(chǎn)過程主要依賴硬件條件,因此只能用于特定產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。隨著第三次工業(yè)革命的到來,機(jī)器不但接管了人類社會的大部分體力勞動,同時也接管了一部分腦力勞動,改善了勞動者的工作條件,確保了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,并顯著提高了勞動生產(chǎn)效率,進(jìn)而使大批量生產(chǎn)的成本大幅降低,工業(yè)生產(chǎn)的能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的消費(fèi)能力,人類社會逐漸步入產(chǎn)能過剩時代。隨著人類對個性化產(chǎn)品的追求與批量化單一產(chǎn)品之間矛盾的不斷增長,迫使人們研制適用于中小批量多品種生產(chǎn)的加工系統(tǒng),即柔性制造系統(tǒng)。
在我國,F(xiàn)MS被定義為CNC機(jī)械加工設(shè)備、原料與產(chǎn)品的存儲運(yùn)輸設(shè)備以及計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell,即FMC),以硬件為基礎(chǔ),在軟件技術(shù)的支持下,一旦制造任務(wù)或生產(chǎn)計劃有所該變,僅僅改變軟件程序就能迅速進(jìn)行調(diào)整,因此FMS適用于多品種中、小批量生產(chǎn)。
柔性制造系統(tǒng)是通過吸取生產(chǎn)線的高效率和任務(wù)車間的柔性來滿足高效率低成本的要求。一個柔性制造系統(tǒng)由一組靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器、一套自動化程度較高的運(yùn)輸體系以及一個復(fù)雜的決策系統(tǒng)(確定在任何時刻各個機(jī)器應(yīng)該完成哪項工作)組成。柔性的機(jī)械設(shè)備可以完成多種操作,它包括兩部分,一是工具的自動存取系統(tǒng),如自動換刀系統(tǒng)和工件夾取設(shè)備;另一部分是加工制造能力,如車、銑、鉆、磨等。自動運(yùn)輸系統(tǒng)要具備將工件傳送到下一個操作執(zhí)行的機(jī)器位置的功能,要求定位準(zhǔn)確。決策系統(tǒng)能夠根據(jù)訂單自動優(yōu)化加工順序,合理安排加工設(shè)備的使用情況,并在設(shè)備發(fā)生故障時能第一時間調(diào)整加工工序,從而提高設(shè)備的利用率。
二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
柔性制造系統(tǒng)是為滿足人類社會對產(chǎn)品的多樣化需求而產(chǎn)生的一種先進(jìn)的生產(chǎn)制造模式,它致力于解決小批量、個性化產(chǎn)品生產(chǎn)存在的生產(chǎn)效率低、制造周期長、加工成本高以及質(zhì)量穩(wěn)定性差等諸多問題。
1967年,由英國莫林斯(Molins)公司首先提出,計劃使用六臺模塊化的數(shù)控機(jī)床,在無人干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)24小時不間斷生產(chǎn),但最終由于資金問題和技術(shù)瓶頸沒有全部建成。
同一年,美國懷特森斯蘭特公司建成一條形式與傳統(tǒng)的剛性制造相似的生產(chǎn)線,可以用于少品種、大批量生產(chǎn)使用。這條生產(chǎn)線由加工中心和鉆床組成,工件固定在特殊的裝夾工具上,以某一順序在各個機(jī)床間輪流加工,這套柔性化設(shè)備又被稱作柔性自動線。自此,日本、前蘇聯(lián)和歐洲一些國家也都先后展開柔性制造系統(tǒng)的研制工作。
20世紀(jì)70年代末,柔性制造系統(tǒng)在技術(shù)和規(guī)模上都有了很大的突破,到80年代初期,F(xiàn)MS已經(jīng)步入了生產(chǎn)實(shí)踐階段,但都是以少數(shù)幾臺設(shè)備組成的FMS居多,較大規(guī)模的系統(tǒng)進(jìn)入試用階段。90年代初期,全世界對FMS的投資有了巨大的飛躍,已經(jīng)投入生產(chǎn)的主要分布在日本、美國、德國、俄羅斯、英國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家。日本是擁有FMS數(shù)量最多的國家,但主要集中在小型化的FMS上;美國不僅是最早將其應(yīng)用于生產(chǎn)的國家,而且在FMS軟、硬件方面代表著世界最高水平;德國在柔性方面做得最好,系統(tǒng)可加工的零件種類也最多。
在我國,柔性制造系統(tǒng)的起步比國外晚了將近20年。20世紀(jì)80年代,由北京機(jī)床研究所研制成我國第一套FMS,生產(chǎn)能力可達(dá)每年2萬件,這套系統(tǒng)除五臺加工中心為國產(chǎn)外,其余大部分由日本進(jìn)口,如:自動引導(dǎo)運(yùn)輸車(AutomatedGuidedVehicle,簡稱AGV)、工業(yè)機(jī)器人以及FANUC數(shù)控系統(tǒng)。直到90年代中期,我國才有了自主開發(fā)FMS成套系統(tǒng)的實(shí)力。近幾年,我國一些有實(shí)力的企業(yè)正在向著計算機(jī)、現(xiàn)代集成制造技術(shù)發(fā)展,不斷引進(jìn)一些國外的柔性制造系統(tǒng),因此FMS目前在我國逐漸進(jìn)入規(guī)?;瘧?yīng)用階段。
三、柔性制造系統(tǒng)在中等職業(yè)教育中的應(yīng)用
現(xiàn)如今我國在多個重要會議中均提出要加快職業(yè)教育體系的建設(shè),鼓勵學(xué)校和各大企業(yè)合作,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)。培養(yǎng)職業(yè)人才也要考慮供給側(cè)改革,根據(jù)企業(yè)需求,輸送相應(yīng)的技術(shù)人才。所以,中等職業(yè)院校也要隨著市場需求的變化,及時調(diào)整人才的培養(yǎng)模式。為更好地提高技工院校學(xué)生的就業(yè)競爭力,各個院校也在加大實(shí)訓(xùn)教室的建設(shè),不斷引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備,提升學(xué)生的技能水平。
在大多數(shù)職業(yè)院校中,實(shí)訓(xùn)課程仍然采用較為傳統(tǒng)的教學(xué)模式,各個學(xué)科的相關(guān)課程由不同的老師在不同實(shí)訓(xùn)教室進(jìn)行單獨(dú)授課,學(xué)生幾乎沒有機(jī)會學(xué)習(xí)到不同技術(shù)在企業(yè)中怎樣相互融合進(jìn)行生產(chǎn)。雖然這種模式在不同學(xué)科的教學(xué)中比較直觀,但也存在一定局限性。一方面,在教師演示過程中,由于場地和設(shè)備構(gòu)造的原因,不能使每一名學(xué)生都清晰地看到機(jī)器的工作原理和操作方法,如若教師重復(fù)講解又會降低課堂效率,減少了學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)的時間;另一方面,各個學(xué)科雖有相應(yīng)的實(shí)驗設(shè)備,但這些實(shí)驗室或?qū)嵱?xùn)場都是各自分開的,教學(xué)比較分散。
柔性制造技術(shù)是融機(jī)械數(shù)控加工、工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用與維護(hù)、機(jī)電一體化、電氣運(yùn)行與控制以及計算機(jī)等于一體的交叉技術(shù)。該技術(shù)能完成剛性自動化技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的多品種、流水化作業(yè),若引入中職院校的實(shí)訓(xùn)課堂,并將“培養(yǎng)職業(yè)能力為核心,以工作實(shí)踐為主線,以工作過程為導(dǎo)向,用任務(wù)進(jìn)行驅(qū)動,以行動體系為框架的現(xiàn)代課程結(jié)構(gòu)”的教學(xué)方式應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,可使學(xué)生將所學(xué)知識綜合運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
柔性制造系統(tǒng)在技工院校教學(xué)中應(yīng)用的最大作用,就是可以將工廠中實(shí)際生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)引入學(xué)校,適用于多個專業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué),開闊中職生的視野,使學(xué)生對FMS系統(tǒng)組成產(chǎn)生初步認(rèn)識,同時為學(xué)生提供了一個具有發(fā)散性、創(chuàng)新性的實(shí)訓(xùn)課堂。學(xué)校的柔性制造系統(tǒng)涵蓋了絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù),如數(shù)控加工技術(shù)、機(jī)械傳動技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用與維護(hù)技術(shù)、PLC控制技術(shù)、計算機(jī)輔助設(shè)計與加工技術(shù)、電氣運(yùn)用與維修技術(shù)、設(shè)備故障檢測與排除技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等,學(xué)生可以得到多方面的綜合訓(xùn)練,有助于增強(qiáng)學(xué)生動手操作、信息收集和團(tuán)隊合作的能力。
四、柔性制造系統(tǒng)在職業(yè)教育中的建立模式
1.校企合作模式
開展校企全程深度合作,在人才培養(yǎng)方面,雙方形成互相依賴的關(guān)系,共同定制人才培養(yǎng)模式。學(xué)校方面要緊隨企業(yè)人才需求,使學(xué)生提前適應(yīng)崗位。在學(xué)校培養(yǎng)后期,由企業(yè)和學(xué)校共同考核畢業(yè)生質(zhì)量,達(dá)到雙方考核標(biāo)準(zhǔn)后,方可進(jìn)入企業(yè)工作;企業(yè)方面要開放自身的技術(shù)資源,共享共建實(shí)訓(xùn)場地,充分利用企業(yè)先進(jìn)的FMS系統(tǒng)進(jìn)行參觀或者實(shí)踐教學(xué),采用多元化培養(yǎng)模式,為提升員工技能水平打下基礎(chǔ)。
校企深度合作,可以充分利用企業(yè)資源,即使學(xué)校節(jié)約建立柔性制造實(shí)訓(xùn)場地的成本,又提高了學(xué)生的社會競爭力,部分學(xué)生還實(shí)現(xiàn)了預(yù)就業(yè)。對企業(yè)來說,得到了“量身定制”的員工,使準(zhǔn)員工與工作崗位實(shí)現(xiàn)“零距離”對接,為企業(yè)節(jié)省了新員工入職的培訓(xùn)成本。
因此,在校企合作框架下構(gòu)筑柔性制造系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)理念是學(xué)生、企業(yè)和學(xué)校多方共贏的職業(yè)教育模式。
2.模塊化柔性制造系統(tǒng)
FMS是一個集物料供給與分揀、機(jī)械加工與檢測、無線通信、圖像信息處理、生產(chǎn)監(jiān)控及管理、立體倉庫等多模塊于一體的復(fù)雜的生產(chǎn)制造系統(tǒng),建造成本較高。
由于整個柔性制造系統(tǒng)是模塊化的,從經(jīng)濟(jì)性方面考慮,學(xué)校大可不必一次性投建整套系統(tǒng),可以根據(jù)各個專業(yè)的需要,分階段逐步添加各個模塊。如數(shù)控專業(yè)可以引進(jìn)較為先進(jìn)的微小型機(jī)床(可作為FMS系統(tǒng)的加工工作站),工業(yè)機(jī)器人專業(yè)可以引進(jìn)直角坐標(biāo)機(jī)器人(可以作為FMS系統(tǒng)的物料分揀單元)等,因為每個模塊可以獨(dú)立運(yùn)行,所以各模塊的引進(jìn)均可用于平時的生產(chǎn)或?qū)嵱?xùn)教學(xué),后期再將所有模塊組成一套完整的柔性制造體系。
模塊化有利于縮短系統(tǒng)的設(shè)計時間,降低系統(tǒng)的成本,在性價比方面最大限度地得到了優(yōu)化,便于在校園中推廣。