柔性制造（flexible manufacturing）是指一種應對大規模定制需求而產生的新型生產模式。強調在生產過程中的適應性和靈活性，其核心優勢包括高度定制化和出色的適應能力，這使得它能夠有效應對大規模定制需求。
柔性制造系統按系統的規模可分為柔性制造單元、柔性制造系統、柔性生產線、柔性制造工廠。該生產模式能夠快速適應市場需求的變化、產品設計的更新以及制造過程中的變動。
1967年，英國莫林斯公司首次根據威康森提出的 FMS 基本概念，研制了“系統 24”，同年，美國的懷特?森斯特蘭公司建成 Omniline I 系統，該柔性自動化系統適于少品種、大批量生產中使用，在形式上與傳統的自動生產線相似，所以也叫柔性自動線。日本、蘇聯、德國等也都先后開展了 FMS 的研制工作。1976 年，發那科展出了由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發展 FMS 提供了重要的設備形式。1982年，日本發那科公司建成自動化電機加工車間，自動化和無人化車間，是向實現計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不是很完善的經濟型FMS，使FMS的設計思想和技術成就得到普及應用。
2023年12月，柔性制造入選“2023年度十大科技名詞”。
歷史沿革
1967年，英國莫林斯公司首次根據威康森提出的 FMS 基本概念，研制了“系統 24”。其主要設備是六臺模塊化結構的多工序數控機床，目標是在無人看管的條件下，實現晝夜24小時的連續加工，但最終由于經濟和技術上的困難而未全部建成。
1967 年，美國的懷特?森斯特蘭公司建成 Omniline I 系統，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設備適于少品種、大批量生產中使用，在形式上與傳統的自動生產線相似，所以也叫柔性自動線。日本、蘇聯、德國等也都先后開展了 FMS 的研制工作。
1976 年，發那科展出了由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發展 FMS 提供了重要的設備形式。FMC一般由1-2臺數控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現有限工序的連續生產，適于多品種小批量生產應用。隨著時間的推移，FMS 在技術上和數量上都有較大發展，實用階段，以由 3-5臺設備組成的 FMS為最多，但也有規模更龐大的系統投入使用。
1982年，發那科建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導平車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續24小時運轉。這種自動化和無人化車間，是向實現計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不是很完善的經濟型FMS，使FMS的設計思想和技術成就得到普及應用。
制造系統
基本概念
定義
根據《中華人民共和國國家軍用標準》的定義，FMS是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統等組成的自動化制造系統，包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量生產。美國制造工程師協會給FMS下的定義為:"使用計算機控制、柔性工作站和集成物料運儲裝置來控制并完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統。"更直觀的定義為:"柔性制造系統是由至少兩臺機床、一套物料運輸系統(從裝載到卸載)組成的制造系統，它采用簡單的改變控制指令的方法便能制造出形狀不同的任何零"。"
組成
FMC
FMC可視為一個規模最小的FMS，是FMS向廉價體比及小型化方向發展的一種產物。FMC是由1~2臺加工中心、工業機器人、數控機床及物料運送存儲設備構成，其特點是可實現單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產品的靈活性，目前已進入普及應用階段Q。
FMS
美國國家標準局把FMS定義為由一個傳輸系統聯系起來的一些設備，傳輸裝置把工件放在其他聯結裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動化。中央計算機控制機床和傳輸系統，FMS有時可同時加工幾種不同的零件。國際生產工程研究協會指出:FMS是一個自動化的生產制造查系統，在最少人的干預下，能夠生產任何范圍的產品族，系統的柔性通常受到系統設計時所考慮的產品族的限制。而中國國家軍用標準則將FMS定義為:FMS是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化制造系統，它包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量生產。簡單地說，FMS是由若干數控設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。
FML
FML是處于單一或少品種大批量非柔性自動生產線與中小批量多品種FMS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心CNC機床，也可采用專用機床或NC專用機床，對物料搬運系統柔性的要求低于FMS，但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制造系統和連續生產過程中的分散型控制系統(DCS)為代表，其特點是實現生產線柔性化及自動化。
FMF(FlexibleManufacturing Factory，柔性制造工廠)
FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統選行聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMIS。
分類
硬件系統
制造設備:數控加工設備(如加工中心)、測量機和清洗機等。
自動化儲運設備:輸送帶、有軌小車、AGV、搬運機器人、立體庫、中央托盤庫、物料刀具裝卸站和中央刀庫等，計算機控制系統及網絡通信系統。
軟件系統
系統支持軟件：操作系統、網絡操作系統、數據庫管理系統等；FMS運行控制系統：動態調度系統、實時故障診斷系統、生產準備系統，物料（工件和刀具）管理控制系統等。
主要系統分類
柔性制造系統按系統的規模可分為以下幾類：
柔性制造單元
柔性制造單元(flexiblemanufacturing cell，FMC)一般由1臺或2臺數控機床、加工中心、工業機器人及物料運輸存儲設備等組成。數控加工設備之間由小規模的工件自動運輸裝置連接，并由計算機進行生產控制和管理，具有適應加工多品種產品的靈活性，可將其視為一個規模最小的柔性制造系統，系統對外設有接口，可與其他單元組成柔性制造系統。其特點是可實現單機柔性自動化，迄今已進入普及應用程度。
柔性制造系統
柔性制造系統通常由4臺或更多的數控加工設備(或柔性制造單元)有機組合而成，并計算機來控制整個系統的運行。柔性制造系統的控制、管理功能比柔性制造單元強，對數據管理與通信網絡的要求更高。它與集中的控制系統及物料系統連接起來，可在不停機的情況下實現多品種、中小批量的加工管理。柔性制造系統是最具代表性的使用柔性制造技術的制造自動化系統。
柔性制造生產線
柔性生產線(flexiblemanufacturingline，FML)是處于少品種大批量、非柔性的單一自動線與中小批量多品種生產線之間的一種生產線。它以離散型生產中的柔性制造系統和連續性生產過程中的分散型控制系統為代表，其特點是實現生產線柔性化和自動化，但柔性較低，專用性較強，生產效率較高，生產量較大，相當于數控化的自動生產線，一般用于少品種、中批量生產。
柔性制造工廠
柔性制造工廠(flexiblemanufacturing factory，FMF)以柔性制造系統為子系統構成，即柔性制造由柔性制造系統擴大到全廠范圍。它配有自動化倉廠庫，用計算機系統進行有機聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整柔生制造系統，實現全廠范圍內的生產管理過程、設計過程、制造過程和物料運儲過程的全盤自動化，即實現自動化工廠的目標。
加工系統
柔性加工系統采用的設備由待加工工件的類別決定，主要有加工中心、車削中心或計算機數控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機床等，自動地完成多種工序的加工。磨損了的刀具可以逐個從刀庫中取出更換，也可由備用的子刀庫取代裝滿待換刀具的刀庫。車床卡盤的卡爪、特種夾具和專用加工中心的主軸箱可以自動更換。
物料系統物料系統
用以實現工件及工裝夾具的自動供給裝卸，以及完成工序間的自動傳送、調運和存儲工作，包括各種輸送帶、自動導引小車、工業機器人及專用起吊運送機等。儲存和搬運系統搬運的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等;儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的巷道式立體倉庫。毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲存在自動倉庫中的特定區域內，然后由自動搬運系統根據物管理計算機的指令送到指定的工位。固定軌道式平車和傳送滾道適用于按工藝順序排列設備的柔性加工系統，自動導引小車搬送物料的順序與設備排列位置無關，具有較大靈活性。工業機器人可在有限的范圍內為1~4臺機床輸送和裝卸工件，對于較大的工件常利用托盤自動交換裝置(APC)傳送，也可采用在軌道上行走的機器人，同時完成工件的傳送和裝卸。
基本特征
機器柔性：當要求生產一系列不同類型的產品時，機器隨產品變化而加工不同零件的難易程度。
工藝柔性：一是工藝流程不變時自身適應產品或原材料變化的能力；二是制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
產品柔性：一是產品更新或完全轉向后，系統能夠非常經濟和迅速的生產出新產品的能力；二是產品更新后，對老產品有用特性的繼承能力和兼容能力。
維護柔性：采用多種方式查詢、處理故障，保障生產正常進行的能力。
生產能力柔性：當生產量改變時，系統能經濟地運行的能力。對于根據訂貨而組織生產的制造系統來說，這一點尤為重要。
擴展柔性：當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。
運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品換用不同工序加工的能力。
關鍵技術
計算機輔助設計
未來CAD技術發展將會引入專家系統，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成我形技術。該項新技術直接利用CAD數據，通過計算機控制的激光掃描系統，將三維數字模型分成若干層二維片狀圖形，按二維片狀圖形對池內的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面變成固化塑料。如此循環操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各片狀固化塑料黏合在一起。僅需確定數據，數小時內便可制出精確的原型。光敏立體成形技術有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。
模糊控制技術
模糊數學的實際應用是模糊控制器。開發出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量做調整，使系統性能大為改善，其中以基于人工神經網絡的自學方法引起人們最大的關注
人工智能、專家系統及智能傳感器技術
柔性加工技術中所采用的人工智能大多指基于規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理，求解各類問題(如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監視、修復、命令及控制等)。由于專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論與通過經驗獲得的知識相結合，因而專家系統為柔性加工的諸方面工作增強了柔性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統)技術必將在柔性加工業(尤其智能型)中起著關鍵性的作用。目前用于柔性加工中的各種技術，預計最有發展前途的仍是人工智能。
智能制造技術(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環節，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動。在制造過程系統能自動監測其運行狀態，在受到外界或內部激勵時能自動調節其參數，達到最佳工作狀態，具備自組織能力。故IMT被稱為21世紀的制造技術。對未來智能化柔性加工技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能而產生的，使傳感器具有內在的"決策"功能。
人工神經網絡技術人工神經網絡(ANN)
是模擬智能生物的神經網絡對信息進行處理的一種方法。人工神經網絡是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經網絡將并列于專家系統和模糊控制系統，成為現代自動化系統中的一個組成部分。
綜合控制系統MES精益制造管理系統
是集合軟件和人機界面設備(PLC觸摸屏)、PDA手機、條碼采集器、傳感器、I/O、DCS、RFID和LED生產看板等多類硬件的綜合智能化系統，由一組共享數據的程序所組成的，通過布置在生產現場的專用設備(PDA智能手機、LED生產看板、條碼采集器、PLC、傳感器、I/0、DCS、RFID和PC等硬件)對從原材料上線到成品入庫的生產過程進行實時數據采集、控制和監控的系統。它也是通過控制物料、倉庫、設備、人員、品質、工藝、流程指令和設施等所有工廠資源來提高制造競爭力，系統地在統一平臺上集成工藝排單、質量控制、文檔管理里、圖樣下發、生產調度、設備管理和制造物流等功能的方式，實現企業實時化的信息系統。精益制造系統實時接收來自ERP系統的工單、BOM、制程、供貨方、庫存和制造指令等信息，把生產方法、人員指令和制造指令等下達給人員、設備等控制層，實時把生產結果、人員反饋、設備操作狀態與結果、庫存狀況和質量狀況等動態地反饋給決策層。
研究方向
生產調度理論與算法的研究
主要涉及數學規劃、圖論、對策論、排隊論、人工神經網絡方法、Petri網理論等應用數學理論及方法。
計算機通信及數據技術的研究
主要涉及數據通信規范與標準、工程數據庫管理技術。
計算機仿真技術研究
主要涉及系統建模理論、數理統計分析技術、計算機仿真管理技術。
生產組織及控制模式理論和技術的研究
主要涉及動態邏輯單元重構理論、多黑板結構模型的智能單元控制理論、系統擾動及再調度理論和技術、JIT技術、開放式體系結構等。
制造資源控制管理理論和技術的研究
主要涉及刀具管理理論及技術、加工設備的實時調度技術物料儲運系統。
系統運行性能評價的理論研究。
主要涉及系統投資評估理論、調度算法評價指標體系等。FMS的一個重要發展方向是采用更簡單的準柔性系統P-FMS，也有人提出多采用柔性制造單元FMC，減少使用FMS。
主要特點
采用柔性制造系統有許多優點，主要有以下幾個方面：
設備利用率高
一組機床編入柔性制造系統后的產量，一般可達這組機床在單機作業時的三倍。柔性制造系統能獲得高效率的原因，一是計算機把每個零件都安排了加工機床，一是機床空閑，即刻將零件送上加工，同時將相應的 數控加工程序輸入這臺機床。二是由于送上 機床的零件早已裝卡在托盤上（裝卡工作是在單獨的裝卸站進行），因而機床不用等待零件的裝卡。
減少設備投資
由于設備的利用率高，柔性制造系統能以較少的設備來完成同樣的工作量。把車間采用的多臺 加工中心換成 柔性制造系統，其投資一般可減少三分之二。
減少直接工時費用
由于機床是在計算機控制下進行工作，不需工人去操縱。唯一 用人的工位是裝卸站。這就減少了工時費用。
減少了工序中在制品量
和一般加工相比，柔性制造系統在減少工序間零件庫存數量上有良好效果。有的減少了80%。這是因為縮短了等待加工時間。
改進生產要求有快速應變能力
柔性制造系統有其內在的靈活性，能適應由于市場需求變化和工程設計變更所出現的變動，進行多品種生產。而且還能在不明顯打亂正常生產計劃的情況下，插入備件和急件制造任務。
維持生產的能力
許多柔性制造系統設計成具有當一臺或幾臺 機床發生故障時仍能降級運轉的能力。即采用了加工能力有沉 余度的設計，并使物料傳送系統有自行繞過故障 機床的能力，系統仍能維持生產。
產品質量高
減少零件裝卡次數，一個零件可以少上幾種機床加工，設計更好的專用夾具，更加注意機床和零件的定位都有利于提高零件的質量。
運行的靈活性
運行的靈活性是提高生產率的另一個因素。有些 柔性制造系統能夠在無人照看的情況下進行第二和第三班的生產。
產量的靈活性
車間平面布局規劃得合理，需要增加產量時，增加機床，以滿足擴大生產能力的需要。
意義與影響
柔性制造強調在生產過程中的適應性和靈活性，其核心優勢包括高度定制化和出色的適應能力，這使得它能夠有效應對大規模定制需求。隨著工業4.0的興起，柔性制造正成為制造業發展的一個重要趨勢。工業互聯網、機器人技術、人工智能改變了傳統工業的生產與管理方式，讓“個性定制”“一件起訂”的柔性化生產模式變為現實。在面臨消費者不斷變化的需求和全球競爭環境的背景下，柔性制造將在定制化、響應速度和資源效率方面發揮重要作用。
相關事件
2023年12月，柔性制造入選“2023年度十大科技名詞”。
參考資料 >
2023年度十大科技名詞揭曉！ .百家號.2023-12-27
大語言模型、量子計算、再生稻等入選2023年度十大科技名詞 .百家號.2023-12-27