科创中国

科学研究和技术服务业

1.课题来源与背景 目前，市场竞争的形态从成本、价格为主的竞争，转向市场适应能力、新产品推进速度、产品个性化等方面的竞争，这在客观上需要柔性生产系统的支撑。柔性生产是满足用户个性化、多样化需求的最坚实的技术支撑，是降低生产成本、提高经济效益的有效手段，也是提升家具制造能力，缩小与国际先进家具制造水平差距的重要途径。 柔性生产这种先进生产方式，家具智能制造设备及其控制标准接口的制定和推广，先进的CAE技术应用，以及柔性生产系统的示范推广应用，将有助于提高我国家具制造业的生产设备技术水平和从业人员的素质，促进已有的家具制造业的产业结构、人才结构和技术结构的优化，全面提升家具制造能力，从而缩小与国际先进家具制造水平的差距。 本项目以家具生产装备为研究对象，引入柔性生产和精益生产等先进生产理念，开展柔性自动化装配生产线关键技术、设备及系统研制，形成现代化柔性板式家具生产线产品并加以实际示范应用，为我国家具生产企业从传统制造方式向信息化多样化生产模式的转化提供生产设备和系统的支持，促进我国家具制造装备的提升。2.技术原理及性能指标 本项目以家具生产装备为研究对象，引入柔性生产和精益生产等先进生产理念，开展柔性自动化装配生产线关键技术、设备及系统研制，形成现代化柔性板式家具生产线产品并加以实际示范应用，为我国家具生产企业从传统制造方式向信息化多样化生产模式的转化提供生产设备和系统的支持，促进我国家具制造装备的提升。 主要研究内容如下：（1）柔性自动化家具生产线集成技术研究 以柔性化制造理论为基础，结合项目针对应用的特点和要求，建立柔性制造数学分析模型，对达到设备使用率、节拍协调、产能平衡提出优化方案。（2）柔性自动化家具生产线控制系统及控制接口规范研究 开展控制系统研发，以及机械接口标准化、电器接口标准化、信息接口标准化研究。（3）家具CNC加工中心工艺数据接口软件研究 实现从板料加工工艺要求到CNC加工指令的自动生成导入。（4）定制机器人控制接口研究 设计衔接中央控制器和定制机器人的接口硬件和软件。（5）高速电子开料锯关键部件静、动态特性预测及结构优化设计研究 采用数值模拟技术、优化设计技术，识别薄弱环节，基于模态分析和振型识别方法，解决电子开料锯高速锯切过程中结构剧烈振动引起的锯机可靠性差，制件质量不稳定， 废品率高等关键问题，提高柔性生产线的效率和稳定性。 主要技术指标： 项目组完成了包括定制的机器人、智能开料锯设备、CNC加工中心设备的示范性家具柔性自动化生产系统的研制，能满足3种以上家具产品的混线生产；柔性生产线具有中心控制系统和不少于8个分布式控制节点；定制的机器人相对定位精度小于2mm；高速电子开料锯锯切速度达到100m/min以上，锯切次数不小于7次/每分钟（锯切长度不小于1m）。3. 技术的创造性与先进性 本项目在准时化生产、柔性生产和精益生产等先进生产理念下，以生产效率最高、制造成本最低、利润最大化为原则，面对实际市场需求，以家具生产装备为研究对象，以信息化技术、机器人技术等应用为核心，开展柔性自动化装配生产线关键技术及系统研制，最终实现柔性自动化装配生产线的高效、低成本，利润最大化运行。 （1）基于子网拆分、子网聚合技术，提出了具有复杂网络结构的混合柔性机器人生产线动态规划布局优化方法； （2）基于全局建模思路，并结合事件调度法，实现了机器人自动化生产线数字仿真系统： （3）基于现场总线技术和OPC技术，研制柔性自动化家具生产线的控制系统，遵守所研制的控制接口标准规范，便于所研发的设备和系统推广应用，打破国外企业的技术和标准垄断； （4）基于有限元、多体动力学仿真、结构优化、轻量化设计等现代工业设计技术确保研制动态性能稳定、可靠性优良，提升电子开料锯效率，解决柔性制造一大瓶颈。 4.技术的成熟程度，适用范围和安全性 项目产品在多家家具企业对生产线产品进行试用，通过在标准系列机型中的应用，系统运行情况良好，满足板式家具样式复杂、多曲线加工而且批量较小的要求，产品反映良好，已顺利步入大规模生试。 项目总体技术水平将达到国内领先，部分技术达到国际先进水平。解决了关键设备可靠性差、制件质量不稳定等问题，提高了柔性生产线的效率和稳定性，实现家具生产的智能化、柔性化，降低了生产成本，提高了经济效益。5.应用情况及存在的问题 项目执行期间，在企业得以成功应用，经苏州威玛盛木业机械有限公司、东莞市华仁机电设备有限公司、四川省林丰园林建设工程有限公司等企业试用，反映良好，具有购买意向，可以预测随着市场的进一步推广，将带来更高的经济效益。