淺談機械制造的智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢

程玉林　孫允月

【摘要】機械制造業(yè)國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它在國民經(jīng)濟GDP所占的比例以及對其他產(chǎn)業(yè)的感應(yīng)系數(shù)都很重。機械制造業(yè)的發(fā)展直接影響到我國國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展，影響到我國國計民生和國防力量的強大。放眼全球，制造業(yè)，特別是機械制造業(yè)和高技術(shù)的關(guān)系中，有兩種發(fā)展趨勢，一是智能化科技極大地改變著制造業(yè)，二是制造業(yè)正在全方位地走向智能化技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】機械制造；智能化技術(shù)

一、機械制造智能化技術(shù)的發(fā)展

機械智能化技術(shù)就是指將傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)與現(xiàn)代科學技術(shù)相結(jié)合，通過信息技術(shù)滲透、新產(chǎn)品的研制與開發(fā)，設(shè)計與制造、管理與銷售等各個領(lǐng)域，形成以精密成型與加工技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)等為豐要范疇的先進制造技術(shù)，在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，智能化技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，智能化技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技術(shù)發(fā)展趨勢

1、性能發(fā)展方向

（1）高速高精度高效化。現(xiàn)代化機械制造技術(shù)發(fā)展的方向之一是精密加工，超精密加工技術(shù)，微型機械。精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復(fù)合加上（如機械化學研磨，超聲磨削和電解拋光等）三大范疇。目前，納米技術(shù)己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術(shù)得到了應(yīng)用，納米技術(shù)大大促進了機械科學、光學科學、測最科學和電子科學的發(fā)展。而超精密加工技術(shù)正朝著納米技術(shù)發(fā)展。譬如美國1997年首次制造出直徑僅為60μm的靜電微型電機，以及幾十微米的微型齒輪、彈簧及微型機構(gòu)。

（2）柔性化。包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大?？刹眉粜詮?，便于滿足不同用戶的需求；群拉系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

（3）工藝復(fù)合性和多軸化。機械制造業(yè)智能化正在向工藝復(fù)合性多軸化發(fā)展，主要目是增強復(fù)合加工，即減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)輔助時間的。正朝著多軸，多系列控制功能方向發(fā)展。譬如某一臺數(shù)控機床的智能化加工，把工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀，旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。

2、功能發(fā)展方向

（1）向用戶界面圖形化發(fā)展。用戶界面的概念是通過數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)與使用者之間的對話接口。圖形化用戶界面比較直觀，操作也更簡單。大多情況下，用戶只需要通過鼠標的單擊就能完成任務(wù)，計算機系統(tǒng)會以窗口或者對話框的形式顯示相應(yīng)信息。圖形化用戶界面是個統(tǒng)稱，包括許多元素，如圖標，窗口，菜單，對話框等。圖形用戶界面大大地方便了非專業(yè)人士的使用。操作工可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程，三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。

（2）向科學計算可視化發(fā)展?？茖W計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

（3）向插補和補償方式多樣化發(fā)展。多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補（非均勻有理B樣條插補）、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>

（4）向集成化發(fā)展。高度集成化CPU，RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片等控制系統(tǒng)，大大提高了機械制造業(yè)智能化的性能，同時LED平板顯示技術(shù)，具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點。機械制造業(yè)智能化控制系統(tǒng)向集成化發(fā)展是將半導體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度，減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

3、體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

（1）集成化。高度集成化CPU，RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片等控制系統(tǒng)，大大提高了機械制造業(yè)智能化的性能，同時LED平板顯示技術(shù)，具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點。機械制造業(yè)智能化控制系統(tǒng)向集成化發(fā)展是將半導體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度，減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

（2）模塊化。硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，做成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作，通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設(shè)定、操作、運行。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。此外，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，加速技術(shù)信息的交流、加強產(chǎn)品開發(fā)的合作和經(jīng)營管理的學習，近幾年計算機聯(lián)網(wǎng)形成了巨大的浪潮，它使計算機的實際效用得到大大的提高。機械制造業(yè)智能化采用網(wǎng)絡(luò)化機可進行遠程控制和無人化操作，通過聯(lián)網(wǎng)，對加工產(chǎn)品進行編程，設(shè)定、操作、運行，推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。

三、結(jié)論

機械制造的智能化技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)和工業(yè)創(chuàng)新的集成，是國家機械制造業(yè)的水平的重要標志，更是國家工業(yè)的基礎(chǔ)和支柱。因此，我們應(yīng)在了解機械制造的智能化技術(shù)發(fā)展趨勢，讓我國現(xiàn)代機械制造業(yè)與世界發(fā)達國家站在同一起跑線上。

【參考文獻】

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