模块化制造的研究和发展状况

模块化的概念由来己久。模块化制造的思想也来源于人们长期的生产实践。在机床制造业，德国于1930年首先提出了“模块化构造”(MOdularConstruction)的设计方法。由于用这种方法设计制造的机床具有很好的经济效益，因而采用模块化构造在世界得到迅速发展。日本通产省在1977年开始研制柔性加工单元(FMC)，明确地引进了模块化构造的概念：按不同功能制造模块，其独立性很强，模块化的功能单元可独立运转，整个控制系统是有上述模块组成的多级系统^[5]。随着先进制造技术的发展和计算机技术的广泛应用，使传统的模块化设计技术发生了深刻的变化。模块化是现代制造业发展的要求，是对传统标准化形式的发展。模块化与成组技术、柔性生产技术、计算机辅助技术等现代制造技术之间的关系是相辅相成、互相支持，只有在生产中密切配合才能发挥最大效益^[5]。

    施进发等^[8]给出了机械的最新定义、阐述了模块化机械产品的现状及其实际意义，建立了机械模块学理论体系，并分析了机械模块学的研究对象。模块化是企业和产品重组的基础，是产品及其制造系统持续更新和并行开发的最佳基础^[9]。

    模块化制造作为一种现代制造环境下的制造哲理和方法论也早就引起了人们的注意。Rogers等^[1]就实现模块化生产系统(MPS)的有关问题进行了深入的研究。通过建立模块标准，建立有限的部件级的基本生产加工单元(标准模块)，而不是通常的整机设备。把基本模块分为四类：加上单元、运动单元、模块化刀具装卡单元以及可配置的控制系统。通过从模块目录中选取适当的模块就能建立适应范围宽的自动化、集成化的生产系统。以生产实例说明：在设计工具的支持下根据特定产品的制造需求对模块化制造系统进行再设计是可行的。

    Tsukune等^[3]研究了IMS(智能制造系统)中的模块化制造，提出了一种基于模块化理论的制造系统模型一一模块化制造模型(MOdularManufacturingModel)，即基于模块化理论的制造系统模型。利用从这种模型派生的设计、建造、操作和控制技术而建立的制造系统就是模块化制造系统。利用该模型，模块化制造系统与虚拟制造联系起来，可以在虚拟环境下构造制造系统，产品设计、制造装备设计和制造系统设计均采用模块化设计方法，把产品和制造系统设计有机地统一起来。通过制造特定的产品完成对制造系统的再设计，使部件、产品、制造设备，连同设计、操作活动都以模块为单位进行描述，以模块的组合来构造和运行制造系统。提出了模块化制造系统的基本构造方法，以基于机器人的模块化制造系统为例，分析了模块化制造系统研究中存在的主要问题及需要解决的关键技术。

    Rogers等^[1]针对中、低档消费品的生产，如儿童玩具、厨房用具等，研究了实现模块化化生产系统(MPS)的合理性。把MPS作为产品和生产系统并行设计的一种使能技术，在产品设计和制造系统设计之间建立了系统的联系，通过为制造特定的产品对制造系统进行再设计。提出了模块化生产系统的两个基本工作原理，分析了建立设备模块标准和面向并行工程的MPS设计支持工具的重要性。把MPS总体设计过程分为三个阶段：产品分析、面向MPS的产品建模和MPS综合。Xiu—TianYan^[2]讨论了模块化制造系统的连接和分布式配置，并描述了它们在混合应用中的仿真环境，以说明该环境的能力，最后给出了某些系统使用的实例，说明系统可在实时生产中应用。从模块化制造概念的形成可以看出，模块化制造是符合当今制造业发展潮流、具有广泛实践基础、可具体执行和操作的一种实用型先进制造模式和技术体系。模块化制造系统是根据特定模块化产品的制造要求设计而成的：产品性能和质量提高的周期缩短，频率提高，快速响应市场需求；与其相适应的生产系统易于重组，以适应产品的快速变换。满足这两个基本要求的实现条件就是产品结构的模块化和制造系统装备的模块化。而后者又包括制造装备(含软硬件)和管理体系模块化^[6]。