柔性制造系统在中国
现今，工业4.0和智能制造已经是泛滥于学术界和媒体圈的前沿概念。可是，大多数人仍然将那些看得见的高度自动化的工业流水线误认为是工业4.0，以为智能制造就是大规模应用工业机器人、数控机床、智能传感器等先进设备而已。
多年以来，中国制造业持续推进产业升级以寻求竞争力提升，而具体做法就是不断进行生产线的自动化升级改造。但这也使中国制造商逐渐面临“刚性自动化的窘境”，即生产线缺乏柔性、调整力不足，以致影响到市场适应性。目前，“刚性自动化的窘境”主要体现在技术、管理和供应链三个层面：
技术刚性
大规模的流水线生产方式实际上是工业2.0的概念，始于20世纪70年代的工业3.0时代，持续对工厂流水线进行自动化改造。1969年开始在汽车生产线中使用莫迪康（Modicon）可编程逻辑控制器，开启了自动化和信息化的产业升级。工业3.0解决的问题，是把自动化和信息化技术融入大规模工业生产中，将原来大规模工业生产中可能产生的质量问题极大地减少了。同时，因为把信息化技术融入规模化工业生产中，实现了成本的精准可控。
工业3.0时代解决了质量和成本两大难题之后，产生了一个新问题——生产的柔性不足。机器生产的只是标准产品，当一条生产线实现全自动化以后，柔性也随之丧失，因为要依靠大量机器设备来完成生产（即硬件投资加大）。一旦市场需求、产品种类发生变化，硬件的更换成本非常高。一条生产线一个月可以生产1万辆汽车或者100万部手机，但是严重缺乏灵活性，就像一个人很健壮，但是胳膊腿不灵活。在当今这个创新加速的时代，这种“刚性自动化”越来越难以适应不断缩短的产品生命周期。
管理刚性
高度自动化的生产线都需要很先进的电脑设备用于控制与管理。相比欧美工业强国，中国工业企业的生产线管理明显是偏刚性的。从技术设备的先进程度看来，很多中国工业企业已不输欧美同类工厂。为什么一些中国工厂在自动化程度不输欧美同行的情况下，生产效率和市场适应性仍然落于下风？这更多是管理问题。中国工厂的专业分工非常细，甚至细化到工序，决定因素变成了熟练程度，而非专业水平。美国工厂的分工是流程分工，一个流程必须全部熟悉。
中国大量工业企业在自动化水平不断提升的情况下，人员组织却精简有限。很多中国工厂的管理层次太多，管理层次是由人数决定的。中国工厂人员庞杂，职能部门分工细致，每个部门都有管理者。分工越细，就越需要管理人员来协调。而欧美工厂基本上都是一层管理，或者管理者就是一个人，在欧美国家，几个人的工厂很常见。欧美工厂讲究“流程管理”，流程稳定的好处就是高效有序；而中国工厂大多是“工序管理”，很多人在乱忙。
供应链刚性
哪怕是最没有技术含量的产品组装，也会涉及非常复杂的供应链管理。要知道一部手机的零配件大概在100个左右，而一辆汽车的零配件不包括螺丝螺帽都有7000个以上，这个供应链管理的难度，对制造商形成非常大的考验。而更大考验是，如何让供应链的运转速度不跑输市场形势的变化。供应链管理中有一个著名的“啤酒游戏”，说的是市场终端需求的微小变化会被连锁放大，像多米诺骨牌一样最终反映到供应链上和制造厂家的库存中。零售商、批发商和制造商，任何一方的意图都是好的，都想好好满足市场需求，保持产品顺利地在系统中流通并避免损失。但因为制造商与消费者之间的层层阻隔，市场信息传递到生产环节，缓慢而零散，制造商往往数月后才能从订单中看到消费者需求的变迁。
在此之前，制造商为了不失去销售产品的机会，不得不囤积主要原料和零部件，产品成本快速增加必然导致产品价格大幅提升，结果是销量陡减，产品价格开始像过山车一样快速下跌，而生产周期往往不可能在一夜之间调整过来，这就必然导致成品和原料零部件的库存积压，而这些库存都是高成本的。市场价格大跌的结果，使利润骤然下降。雪上加霜的是，库存占用了现金，周转变慢，企业的流动性危机接踵而至。
供应链刚性在工业2.0时代就很严重了，大批量、规模化、流程固定的流水线生产方式始终面临一大风险——市场需求沿供应链出现越来越大的波动，销售速度和生产速度严重脱节，库存积压和流动性枯竭成为制造商挥之不去的噩梦。所以，工业企业家们无不竭力追求柔性制造（或者敏捷制造），实现生产速度和销售速度保持同步。
突破工厂“黑箱”
突破工厂“黑箱”，并不是要将工厂车间的每个制造细节、所有流程工序透明化地呈现给用户看，而是要使工厂不再封闭和孤立——从上游原料零部件到终端产品，制造业的长期价值在于帮助下游客户赚钱。从终端到上游，要将用户需求的变化高效传达给产业链上的每个环节。在“互联网+制造业”的转型过程中，C2M（Customer-to-Manufactory，顾客直连工厂）模式非常热门。可是，并不是每个制造商都具备很强的“零售”能力，况且品牌塑造也需要持续努力并承受长期成本。实现C2M模式的最大考验，是能否做到“产业链协同”，这也是突破工厂“黑箱”的最大瓶颈。
什么是“产业链协同”？比如，一个食品工厂接到零售商的一个订单，生产100箱面条、200箱饼干和300箱速冻水饺，月底交货。这个工厂埋头苦干，保质保量按期交货，这叫“单纯制造”。而“供应链协同”是工厂在生产过程中就向零售商了解，哪里面条畅销，在本月中旬已经低于最低安全库存了，马上就要断货；而饼干滞销，尚有大量库存；速冻水饺则是猪肉馅的好卖，韭菜馅的不好卖。于是，工厂加速面条的生产和交期，而延缓饼干的生产甚至减少产量，速冻水饺则是多配猪肉馅少配韭菜馅。这就是“供应链协同”的做法。
任何一家工业企业，都是生存在一个稳定的产业链协作系统中的，它的约束条件从来就不是单一要素。产业链上的任何一个环节要想做到柔性产出，都需要上下游协同踏准节奏。“供应链协同”除了要求工业企业的产能产量根据市场的实际需求变化弹性释放，更需要研发设计、跟踪服务等不同环节加强整合，形成基于供应链流程的整合创新。过去，一个好的供应商标准就是精益制造、质量可靠、交货及时，现在更多要考量其主导研发、设计的能力能不能跟上。
物联网、传感器、云计算等前沿技术的最大价值，不是让工业企业在更短时间做到更大产量，而是要使工业企业与上游供应商、下游销售端之间实现高度数据共享，增加生产柔性化程度，将一切环节直通用户实际需求。现在的市场竞争是产业链竞争，而非企业之间的单打独斗，能否胜出取决于各方共同的能力和效率，你跟供应商分享的越多，供应商响应你的节奏，整条产业链的效率就会更高。
最大突破口：产品端创新
工业4.0或者智能制造最终都是要实现高度自动化条件下的柔性生产，柔性自动化可以说是工业企业赢得智能竞争力的决胜点。实现柔性化生产，克服管理刚性和技术刚性并不是最具挑战性的部分，在互联网诞生之前，已经形成两个方向的重大创新：
制造端创新：60年前就已实用化的“丰田生产方式”（即精益生产）已经极大突破了柔性制造问题。生产市场不需要的产品、过多生产是最大浪费，精益生产正是通过消除浪费来提高效率，这在本质上已经包含了产销和谐、产销匹配的深意。20年前，佳能的“细胞式生产方式”又将柔性化生产推进了一大步，不仅实现了多品种生产组装的快速切换，而且激发了工人的创新能力。
产品端创新：20世纪90年代，戴尔电脑已经开始“大规模定制”和“线上直销”PC硬件产品，即对产品按功能进行划分而进行模块化设计，建立产品族和零部件族，内部实现零部件的标准化、通用化。这一模式成就了戴尔的辉煌，并作为一种商业思想广泛传播。
制造业创新的世界格局至今没有发生根本改变，美国依然强于产品端创新，日本、欧洲延续了制造端创新的优势，中国、韩国则是在供应链协同、产业整合上有所突破。可是，产品端的任何重大创新都会导致产业链重构，接下来制造端、供应链都要随之发生大的调整，而供应链刚性是最难调整的。
以高度依赖供应链的中国台湾制造商为例，他们擅长做代工，却并不知道自己的下一个关键产品是什么。即使是广达、和硕等大厂，都接触不到前端的渠道，也不是产业链的龙头，所以只能按客户规定的规格制造产品。产品设计一旦发生大的变动，产业链就被迫重塑、更换硬件（机器设备），这相当被动。台湾科技企业因为不掌控终端产品的创新与变迁，这种后知后觉的态度让其只能依靠供应链协同、代工生产，辛苦一生。更糟糕的是每次重大技术变革，台湾企业都要重新协同供应链，好像死过一回。
柔性制造系统教学设备推荐：
(一)上料检测单元
1、主要组成与功能
由料斗、回转台、导料机构、平面推力轴承、工件滑道、提升装置、检测工件和颜色识别光电开关、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、直流减速电机、电磁阀及气缸组成，主要完成将工件从回传上料台依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色。
（1）料斗：用于存放物料。
（2）回转台：带动物料转动
（3）导料机构：使物料在回转台上能按照设定好的方向旋转，输送工件。
（4）工件滑道：使物料下滑到物料台上。
（5）直流减速电机：用于驱动回转台转动，通过导料机构输送工件。
（6）光电传感器1：输送台上工件的颜色检测、物料检测为光电漫反射型传感器，工件库中有物料时为PLC提供一个输入信号。
（7）光电传感器2：检测物料到达等待抓取位。
（8）磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（9）单杆气缸：由单向气动电控阀控制。当气动电磁阀得电，气缸伸出，同时将物料送至直线移动装置上。
（10）警示灯：系统上电、运行、停止信号指示。
（11）安装支架：用于安装提升气缸及各个检测传感器。
（12）控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。
（13）电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器：西门子
（3）永磁直流减速电机：ZGB60R-45SRZ/458i/8W/24V
（4）电磁阀：4V110-06
（5）调速阀：出气节流式
（6）磁性传感器：D-C73L
（7）单杆气缸：CDJ2B16-75
（8）光电传感器：SB03-1K
（二）搬运单元
1、主要组成与功能
由气动机械手、气动手指、双导杆气缸、回转台、单杆气缸、旋转气缸、磁性传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀组成。主要完成将工件从上料单元搬运到加工单元待料区工位。
（1）气动机械手：完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，手爪放松时磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。
（2）双导杆气缸（双联气缸）：控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。
（3）回转台：采用旋转气缸设计，由双向电控气阀控制机械的左、右摆动。
（4）单杆气缸：由单向气动电控阀控制。当气动电磁阀得电，气缸伸出，同时将物料送至等待位。
（5）磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（6）开关电源：完成整个系统的供电任务。
（7）I/O接口板：完成PLC信号与传感器、电磁信号、按钮之间的转接。
（8）控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。
（9）安装支架：用于安装提升气缸及各个检测传感器。
（10）电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器（西门子）
（3）电磁阀：4V110-06-DC4V120-06-DC4V130-06-DC
（4）调速阀：出气节流式
（5）磁性传感器：D-C73LD-A73D-Z93
（6）气动机械手：MHZ2-16D
（7）旋转气缸：MSQB20R
（8）双联气缸：CXSM15-100
（9）单杆气缸：CDJ2KB16-45
（三）加工与检测单元
1、主要组成与功能
由6工位回转工作台、刀具库（3种刀具）、升降式加工系统、加工组件、检测组件、步进驱动器、三相步进电机、光电传感器、接近开关、开关电源、平面推力轴承、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、电气网孔板、通讯接口板、直流减速电机、多种类型电磁阀及气缸组成，回转工作台有六个旋转工位，加工站主要完成工件的加工（钻孔、铣孔），并进行工件检测。
（1）单杆气缸：检测单杆气缸进行深度测量，单向电控气阀控制。当电控气阀得电，气缸升出，检测打孔深度。
（2）薄型双导杆气缸：刀具主轴电机的上升与下降由薄型双导杆气缸控制，气缸动作由单向电控气阀控制。
（3）辅助加工装置：由单杆气缸推动顶杆机构，实现对工件的夹紧。
（4）电感传感器：转盘旋转到位检测，在工位到位后传感器信号输出。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）
（5）光电传感器：用于检测工件的正常与否，当工件为正常时，传感器有信号输出；反之，无输出。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）
（6）步进电机：采用步进电机旋转，进行刀具库的选择。
（7）加工电机：采用直流电机旋转，模拟钻头轴转动，模拟绞刀扩孔等完成工件的三刀具加工。
（8）搬运装置：装置上设有六个工位，分别为：待料工位、加工工位、检测工位、中转工位，工件的工位转换，由电感传感器定位，直流减速电机控制。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器：西门子
（3）步进电机驱动器：三相驱动输出，电流≥5A,细分≥10000步/圈
（4）步进电机：573J09轴长：30mm6A
（5）直流减速电机（加工电机）：ZGB60R-45SRZ/458i/8W/DC24V
（6）直流减速电机（搬运装置）：ZGA25RP37.9i/DC24V/rpm:120
（7）电磁阀：4V110-06
（8）透明继电器：ARM2F-L/DC24V带灯
（9）调速阀：出气节流式
（10）磁性开关：D-C73L、D-A73L
（11）气缸：CDJ2B16-45MGPM16-75CDJ2KB16-45
（12）光电开关：E3Z-LS61
（13）电感传感器（搬运装置）：LG8-1K
（14）电感传感器（刀具）：LE4-1K
（四）搬运分拣单元
1、主要组成与功能
由摆台、无杆气缸、薄型气缸、气动手指、推料气缸、磁性传感器、废料存储器、工业导轨、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀组成，主要完成根据上一站的加工完成信号和废料信号，完成废料分拣、搬运任务。工件搬运到成品输送线上或搬运到废料盒处，摆台返回原位等待下一个工件。
（1）摆台：由薄型气缸控制，实现三个位置向左、中间、向右的摆动。
（2）前臂单杆气缸：控制摆台前臂上下动作，由单向电控阀控制，电磁阀得电，前臂底下。
（3）电磁阀：用于控制各个气缸的升出、缩回动作。
（4）推料气缸：完成废料的分拣任务。
（5）废料存储器：系统检测为废料的工件，分拣出来，由推料气缸将工件推入废料存储器内。
（6）气动手指：完成工件的夹取任务。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器:西门子
（3）电磁阀：4V110-064V120-064V130C-06
（4）调速阀：出气节流式
（5）磁性开关：D-C73LD-A73LZ73L
（6）气缸：CDJ2B16-30CY3RG20-600MDU25-50DM
（7）气动手指：MHZ2-16D
（8）浮动接头：SC-20-F/M6*1
（五）传送分拣单元
1、主要组成与功能
由直线皮带输送线、分拣料槽、旋转气缸、变频器、三相交流减速电机、光电传感器、光纤传感器、颜色传感器、电磁阀、开关电源、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板等组成，主要完成将材料颜色不合格的工件分拣出来，同时将合格产品传送至下一站。
（1）直线皮带输送线：主要完成将物料输送到相应的位置
（2）分拣料槽：完成将材料颜色不合格的工件分拣出来
（3）旋转气缸：将物料导入料槽，由单向电控气阀控制。
（4）变频器：控制交流电机，实现变频调速。
（5）三相交流减速电机：驱动传送带转动，由变频器控制。
（6）光电传感器：当有物料到放入时，给PLC一个输入信号。（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。
（7）光电传感器：检测上一单元的物料。
（8）光纤传感器：物料经过时检测物料的颜色。
（9）颜色传感器：物料经过时检测物料的颜色。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器:西门子
（3）变频器：MM420功率：0.37KW
（4）三相交流减速电机：41K25GN-S3/4GN10K
（5）电磁阀：4V110-06
（6）调速阀：出气节流式
（7）磁性开关：D-A93L
（8）气缸：MSQB10R
（9）光电传感器：SB03-1K
（10）光纤传感器：E3X-NA11E32-DC200
（11）色标传感器：KT3W-N1116
（六）搬运安装单元
1、主要组成与功能
由平移工作台、塔吊臂、机械手、齿轮齿条传动、工业导轨、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成将上站工件拿起放入安装平台，等待安装站将小工件安装到位后，将装好工件拿起放下站。
（1）机械手：与塔吊臂结合一起，用于夹取工件。
（2）齿轮齿条传动：完成平移工作台左右移动
（3）工业导轨：辅助平移工作台左右移动
（4）电磁阀组：用于控制各个气缸的升出、缩回动作。
（5）磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（6）单杆气缸：由单向气动电控阀控制。当气动电控阀得电，气缸缩回，同时塔吊臂下降与机械手爪组合完成工件的夹取。
（7）警示灯：系统上电、运行、停止信号指示。
（8）安装支架：用于安装提升气缸及各个检测传感器。
（9）控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。
（10）电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器:西门子
（3）电磁阀：4V110-06、4V120-06、4V130C-06
（4）调速阀：出气节流式
（5）磁性传感器：D-C73L
（6）单杆气缸：CDJ2B16-75
（7）气缸：CDM2B20-30CDU20-50DCDU20-90D
（8）气动手指：MHZ2-16D
（七）安装单元
1、主要组成与功能
由吸盘机械手、摇臂部件、旋转气缸、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。
（1）吸盘机械手：用于真空原理吸取物料。
（2）摇臂部件：带动吸盘机械手前后摆动。
（3）旋转气缸：摇臂部件的执行机构。
（4）料仓换位部件：用于黑白工件的选择。
（5）工件推出部件：将黑白工件推出。
（6）磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（7）单杆气缸1：由单向气动电控阀控制。当气动电控阀得电，气缸伸出，进行料仓换位。
（8）单杆气缸2：由单向气动电控阀控制。当气动电控阀得电，气缸伸出，将黑白小工件推出。
（9）安装支架：用于安装提升气缸及各个检测传感器。
（10）控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。
（11）电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器:西门子
（3）电磁阀：4V110-064V120-064V130C-06
（4）调速阀：出气节流式
（5）磁性传感器：D-C73L
（6）单杆气缸：CDJ2B16-60CDRQ2BS20-180C
（八）分类单元
1、主要组成与功能
由滚珠丝杠、滑杆推出部件、分类料仓、步进电机、步进驱动器、电感传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成按工件类型分类，将工件推入料仓。
（1）滑杆推出部件：用于将上站搬运过的物料推入相应的仓位里。
（2）分类料仓：存储机构。
（3）步进电机：分别控制X、Y两轴滚珠丝杆完成仓储位置选择。
（4）步进驱动器：步进电机的执行机构。
（5）电感传感器：用于X轴左限位。
（6）磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（7）单杆气缸：由单向气动电控阀控制。当气动电控阀得电，气缸伸出，同时将物料推出送至相应的仓储位。
（8）安装支架：用于安装拖链及各个限位开关。
（9）控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。
（10）电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
2、主要技术指标
（1）控制电源：直流24V/4.5A
（2）PLC控制器:西门子
（3）步进电机：42J1834-810
（4）步进电机驱动器：二相驱动输出，电流≥1A,细分≥12800步/圈
（5）电磁阀：4V110-06
（6）调速阀：出气节流式
（7）磁性传感器：D-C73L
（8）单杆气缸：CDJ2B16-45
（9）限位开关：V-155-1C25
（10）电感传感器：GKB-M0524NA
（九）主控单元
1、主要组成与功能
采用了先进的总线控制方式，增配有主控PLC、工业触摸屏、MCGS工业组态监控软件、MES生产制造管理软件等，系统更加完整性，更能展现工业现场的工作状态及现代制造工业的发展方向。
MCGS工业组态监控软件：当八个站全部进入联网状态时，管理员能够通过组态监控机中各种组态按钮方便的控制整个系统的运行、暂停、继续、停止等等；另外也可以控制单个站的运行、暂停、继续、停止等等。每个站的工作状态以及工件的材质、颜色等在监控画面上也能够清楚的看到。
MES生产制造管理软件：在整个系统的生产过程中，由MES生产管理系统制定下达各项生产计划任务，并实时地反映在MES上位机的监控画面上。下层制造系统将整个系统的工作状态及当前工件加工状态作自动统计，并实时传输到生产管理系统MES。具有计划、调度和实时监控等功能。能够实现和系统组态监控软件的集成，实时监视生产线的生产情况。
工业4.0或者智能制造最终都是要实现高度自动化条件下的柔性生产，柔性自动化可以说是工业企业赢得智能竞争力的决胜点。
