1引言
        隨著市場競爭的日趨激烈，各企業(yè)都在想方設(shè)法適應(yīng)瞬息萬變的市場需求，而制造手段的落后往往是阻礙企業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。在改造傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的過程中，人們已經(jīng)認(rèn)識到采用FMS是一種縮短產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品市場競爭力的行之有效的辦法。
        我國從引進(jìn)第一條 FMS生產(chǎn)線到現(xiàn)在已有十多年的歷史，而我國自行研制成功 FMS也有近十年的歷史。但到目前為止，成功應(yīng)用 FMS的企業(yè)卻屈指可數(shù)，之所以造成這種局面，主要是FMS投資大，大多數(shù)企業(yè)難以承受。然而，企業(yè)確實(shí)需要以先進(jìn)制造技術(shù)來改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，于是出現(xiàn)了準(zhǔn)FMS(P—FMS)、經(jīng)濟(jì)型FMS等新的生產(chǎn)模式。但這些新的生產(chǎn)模式往往是以去持 FMS的部分功能為代價(jià)，例如去掉FMS中的刀具流系統(tǒng)，或者儲運(yùn)系統(tǒng)等等，而沒有將人的因素考慮進(jìn)去。
        如何將入團(tuán)環(huán)在 FMS之內(nèi)，充分發(fā)揮人的因素，形成人機(jī)一體化的FMS系統(tǒng)，是一項(xiàng)急待研究的課題。雖然人機(jī)一體化系統(tǒng)在自動化程度上與FMS相比有所差異。但在功能上和信息的集成上應(yīng)該說差別不大，綜合我國的具體國情，人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)在我國改造傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中將有著廣泛的應(yīng)用前景。
        目前，我國學(xué)術(shù)界在對相關(guān)領(lǐng)域的研究中緊跟國際發(fā)展趨勢，這無疑是需要的。但我們更應(yīng)看到我國目前企業(yè)的實(shí)際情況，應(yīng)結(jié)合中國的國情，研究一些低成本、高效率的生產(chǎn)組織模式，為國有大中型企業(yè)盡快走出困境提供相應(yīng)的技術(shù)支持。研究人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)就是為了達(dá)到達(dá)一目的。
       所謂人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)就是將人與系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮人的優(yōu)勢，待條件成熟后再向全自動化的 FMS系統(tǒng)過渡。針對 FMS的特點(diǎn)，人機(jī)一體化FMS系統(tǒng)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。
2人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
         P一FMS和經(jīng)濟(jì)型FMS系統(tǒng)一般沒有將刀具與儲運(yùn)加以考慮，同時(shí)也沒有將人的因素考慮進(jìn)去。其原因是目前還沒有一套完全適用的人機(jī)協(xié)同的FMS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，因而不知如何將人有機(jī)地溶入到系統(tǒng)中。人機(jī)一體化FMS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)就是代表整個(gè)FMS系統(tǒng)各個(gè)方面的多視圖、多層次的模型的集合，將人的作用貫穿到整個(gè)系統(tǒng)，即從“需求定義”一“設(shè)計(jì)說明”一“實(shí)施描述”，每個(gè)階段都有適應(yīng)其需求的模型，而這些模型中均提出了人的作用。
         根據(jù)該體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)，在功能和信息的集成等方面可以說與全自動化的 FMS相差無幾，而僅由于人工的參與，在信息采集速度上會有所降低。
         3人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)單元技術(shù)
         眾所周知，F(xiàn)MS系統(tǒng)一般由運(yùn)行控制系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、刀具流系統(tǒng)、工件運(yùn)輸系統(tǒng)、檢測監(jiān)控系統(tǒng)以及儲運(yùn)系統(tǒng)等組成，在運(yùn)行控制系統(tǒng)的控制下各分系統(tǒng)自動、協(xié)調(diào)地工作。
          這里所講的單元技術(shù)的研究并不是說如何實(shí)現(xiàn)這些分系統(tǒng)，而是如何實(shí)現(xiàn)在人參與的條件下，使這些分系統(tǒng)協(xié)調(diào)地工作，即人機(jī)協(xié)同因素。要確定在系統(tǒng)中哪些是以人為主完成的任務(wù)，哪些是以計(jì)算機(jī)和機(jī)器完成的任務(wù)，哪些是人機(jī)合作完成的任務(wù)，這就是人機(jī)一體化FMS系統(tǒng)單元技術(shù)研究的內(nèi)容。為此，人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)單元技術(shù)應(yīng)解決的問題如下：
3．1刀具流系統(tǒng)人機(jī)協(xié)同
         在刀具流系統(tǒng)中，由于換刀機(jī)器人造價(jià)昂貴，要求定位精度高，所以在實(shí)施FMS時(shí)，很多情況下都去掉了刀具流系統(tǒng)。然而在 FMS中刀具流系統(tǒng)是一個(gè)重要的分系統(tǒng)，刀具信息的不完整性將直接影響運(yùn)行控制系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度。利用人來代替換刀機(jī)器人，不僅能節(jié)約大量投資，而且也能充分發(fā)揮人工換刀定位準(zhǔn)確這一優(yōu)勢，并能確保刀具信息的完整性。
         例如，在一組加工設(shè)備旁建立一個(gè)刀庫，并由一臺微機(jī)作為虛報(bào)換刀機(jī)器人和刀具管理站，通過網(wǎng)絡(luò)與工作站相連接，從而可將刀庫中所有刀具的位置以及刀具參數(shù)錄入到相應(yīng)的刀具信息庫。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，該機(jī)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)換刀請求信息，由人工完成相應(yīng)的換刀動作，換刀之后人工鍵入確認(rèn)信息上報(bào)系統(tǒng)。
3.2工件流系統(tǒng)人機(jī)協(xié)同
           工件流系統(tǒng)與實(shí)際加工系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。如采用自動小車交換工件，要求加工設(shè)備必須具備雙工作臺。這不僅給加工設(shè)備提出了更高的要求。同時(shí)使用自動牽引小車(AGV)一般還需建立相應(yīng)的托盤緩沖站。由此可見，隨著工件流系統(tǒng)的自動化程度的增強(qiáng)，將大幅度增加資金的投入。根據(jù)FMS的實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，AGV的故障率較高，一旦出現(xiàn)故障就是系統(tǒng)致命故障，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
          例如，在人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)中，工件流系統(tǒng)采用人工控制的以電瓶車為基型的運(yùn)輸小車，完全可達(dá)到所要求的通信能力。小車上可安裝相應(yīng)的顯示裝置，實(shí)時(shí)顯示對送取零件的站點(diǎn)和順序，操作者可根據(jù)這些顯示來完成工件的傳達(dá)。
3．3檢測監(jiān)控的入機(jī)協(xié)同
           在 FMS系統(tǒng)中檢測監(jiān)控是對加工產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵，一般采用的方法是利用傳感器與儀器儀表。但經(jīng)常出現(xiàn)虛報(bào)、漏報(bào)的現(xiàn)象，甚至現(xiàn)在有人提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法也未完全解決這一缺陷，因此也就一直未能進(jìn)入實(shí)用階段。
          人機(jī)一體化FMS系統(tǒng)中的檢測監(jiān)控系統(tǒng)，可充分利用機(jī)器定量感知精確度高和人對復(fù)雜現(xiàn)象定性感知能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以在線和離線兼顧的方法提高系統(tǒng)信息感知的全面性、可靠性、多維性、準(zhǔn)確性，達(dá)到提高整個(gè)檢測檢控系統(tǒng)的可控性和可用性。
          例如，在加工過程中利用人的定性感，對己明顯報(bào)廢的工件可立即停止機(jī)床加工，不需等待該零件加工結(jié)束后通過測量才將信息上報(bào)，再由運(yùn)行控制系統(tǒng)來判斷該零件是否合格這樣一個(gè)漫長的過程，而是采用該機(jī)床所屬的工作站通過人機(jī)界面直接將報(bào)廢信息上報(bào)運(yùn)控系統(tǒng)。
3．4運(yùn)行控制的人機(jī)協(xié)同
            運(yùn)行控制系統(tǒng)是 FMS中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。它完成系統(tǒng)內(nèi)部各分系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與控制等功能。一般情況下，運(yùn)行控制系統(tǒng)在某些參數(shù)設(shè)完后，將在較理想狀態(tài)下運(yùn)行，一旦系統(tǒng)發(fā)生意外，系統(tǒng)將處于“休眠”狀態(tài)，要重新“喚醒”，往往需重新啟動系統(tǒng)，這給實(shí)際應(yīng)用帶來了一定的困難。人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)中的運(yùn)行控制系統(tǒng)可利用人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過對機(jī)器、環(huán)境所感知信息進(jìn)行綜合處理、判斷、決策。向執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)指令或向機(jī)器智能決策系統(tǒng)提供必要信息。機(jī)器智能決策系統(tǒng)可根據(jù)這些綜合信息進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理和嚴(yán)密的邏輯推理，向人提供相應(yīng)的執(zhí)行信息，也可自動作出必要的決策，驅(qū)動控制系統(tǒng)或執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行有關(guān)的任務(wù)操作。同時(shí)也可解決原來對生產(chǎn)計(jì)劃變更、機(jī)床負(fù)載、急件插入以及故障處理等再調(diào)度的諸多難題。
        例如，在加工過程中出現(xiàn)報(bào)廢、機(jī)床出現(xiàn)故障等異常時(shí)，系統(tǒng)將提示是否追加產(chǎn)品、變更生產(chǎn)計(jì)劃、延長交貨期、采用加班等信息。此時(shí)人就可根據(jù)這些提示信息進(jìn)行判斷、決策，系統(tǒng)將根據(jù)人的參與，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯推理，并提供相應(yīng)的執(zhí)行信息。若人提供的信息不完全，系統(tǒng)將再次提示，經(jīng)過如此一個(gè)人機(jī)協(xié)同的過程來確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。
4人機(jī)一體化FMS系統(tǒng)接口技術(shù)
          從上述單元技術(shù)介紹中可以清楚地看到，人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)與全自動化的 FMS相比在接口上有著較大的差異。全自動 FMS系統(tǒng)中各分系統(tǒng)之間的接口，一般都是采用相互約定的協(xié)議來完成，不需人工參與。例如，加工過程中需將中央刀庫的某號刀送到加工中心的某個(gè)刀位上，其完成過程是系統(tǒng)將換刀命令下達(dá)到刀具流分系統(tǒng)，由該分系統(tǒng)的控制軟件命令換刀機(jī)器人完成相應(yīng)的工作。而在人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)中，同樣一個(gè)命令其完成過程就不一樣了。由于沒有換刀機(jī)器人，因此就只能將換刀信息顯示在該分系統(tǒng)的控制終端上，由人替代換刀機(jī)器人完成相應(yīng)的換刀動作。為了能達(dá)到及時(shí)完成換刀過程，避免人忽略終端顯示信息，因此接口界面不僅要求友好，易操作，同時(shí)還需具有聲光提示。接口的設(shè)計(jì)還需考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。
5結(jié)束語
          人機(jī)一體化 FMS系統(tǒng)的研究，充分結(jié)合了我國當(dāng)前的國情，對企業(yè)改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式將起到很大的幫助，同時(shí)對國防系統(tǒng)研制和加速武器裝備更新?lián)Q代具有重要作用。