智能制造與先進(jìn)技術(shù)的融合發(fā)展探究

郭凌岑

（南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 南充637131）

現(xiàn)階段，我國(guó)科技力量的不斷增強(qiáng)，使我國(guó)工業(yè)水平有了顯著提高，這也使傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)，從而極大推動(dòng)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，先進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)之間的融合趨勢(shì)也大幅加快，我國(guó)工業(yè)制造的智能化發(fā)展特點(diǎn)變得越來(lái)越明顯。在智能化制造下，傳統(tǒng)生產(chǎn)效率得以大幅加快，這也使其在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮出了更大的推動(dòng)作用。機(jī)電一體化技術(shù)是由許多學(xué)科相互交叉后所衍生出的一種新技術(shù)，將其應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，可極大推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展速度，使工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及質(zhì)量得到有效保障。因此，在制造業(yè)中加快機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能制造與先進(jìn)數(shù)控技術(shù)

在現(xiàn)有的制造行業(yè)中結(jié)合先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，能夠使產(chǎn)品的生產(chǎn)方式變得更加合理，進(jìn)而使制造技術(shù)變得更加高效，利用智能制造技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息內(nèi)容的儲(chǔ)存與分類(lèi)，并通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行分析，以此衍生出新的信息，從而使工業(yè)制造流程得以實(shí)現(xiàn)智能化控制。智能化制造可代替人來(lái)完成許多復(fù)雜且危險(xiǎn)性較高的任務(wù)，此外其還能像人腦一樣利用數(shù)字化程序來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與研究，可以說(shuō)，在智能化技術(shù)的推動(dòng)下，傳統(tǒng)制造行業(yè)的智能化水平正不斷提高，而智能化技術(shù)的發(fā)展則是以人類(lèi)智慧為源泉。在機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控技術(shù)在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其作為一種加工技術(shù)，能夠高效率地完成生產(chǎn)任務(wù)，并可保證生產(chǎn)精度，其主要以數(shù)控機(jī)床為應(yīng)用對(duì)象，通過(guò)數(shù)控技術(shù)來(lái)對(duì)以往的機(jī)械加工方式進(jìn)行革新。對(duì)于智能化的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，只需對(duì)相應(yīng)的代碼進(jìn)行編寫(xiě)并輸入，即可使復(fù)雜的生產(chǎn)工作得到高效率完成，而且無(wú)論是在生產(chǎn)效率，還是在生產(chǎn)精度上，都是以往的機(jī)械加工技術(shù)所無(wú)法比擬的。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)能夠完成越來(lái)越多復(fù)雜且多樣的加工任務(wù)，這不僅使生產(chǎn)效率得到了大幅提高，工作流程也得到了有效規(guī)范，并且還減少了人力與時(shí)間的投入。

2 智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的融合途徑

2.1 機(jī)電方面的融合

智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的融合在機(jī)電方面有著重要體現(xiàn)，通過(guò)將微處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，并應(yīng)用于制造設(shè)備中，能夠使其高效率的完成工作電壓轉(zhuǎn)換，進(jìn)而使工作電壓能夠達(dá)到容柵傳感器的工作要求，通過(guò)對(duì)位移信號(hào)進(jìn)行采集，然后利用LM393來(lái)轉(zhuǎn)換位移信號(hào)，這樣電平轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)行整形后，即可發(fā)送至芯片寄存器中，從而使系統(tǒng)能夠獲得所需測(cè)量值。先進(jìn)數(shù)控技術(shù)與智能制造之間的融合，推動(dòng)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，而機(jī)電一體化技術(shù)也將促使智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步融合，從而使工業(yè)生產(chǎn)變得更加穩(wěn)定、制造設(shè)備變得更加可靠。

2.2 聯(lián)動(dòng)控制方面的融合

在聯(lián)動(dòng)控制方面，利用數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，而多軸聯(lián)動(dòng)則可對(duì)材料加工進(jìn)行有效控制。對(duì)于各類(lèi)加工機(jī)床來(lái)說(shuō)，其在運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備性能方面有很大差異，當(dāng)采用聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品加工時(shí)難以對(duì)其加工精度進(jìn)行有效控制，而這也會(huì)使成品的質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期的要求，這不僅會(huì)使材料出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)，而且也消耗了大量的時(shí)間。通過(guò)先進(jìn)數(shù)控技術(shù)與智能制造技術(shù)的融合，則可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制的高速、高精度，進(jìn)而使上述問(wèn)題得到有效解決。例如，多工位多工具聯(lián)動(dòng)控制能夠在不同工位上應(yīng)用多個(gè)刀具來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行同步加工，各個(gè)工位和對(duì)應(yīng)拋光輪呈現(xiàn)出圓周鏡像對(duì)稱分布，從而使實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同工件姿態(tài)的同步調(diào)整，使工件能夠在三個(gè)工位的支持下利用拋光輪進(jìn)行同步拋光。如圖1所示為多工具多工位聯(lián)動(dòng)控制拋光。

圖1多工具多工位聯(lián)動(dòng)控制拋光

高速、高精度的聯(lián)動(dòng)控制可實(shí)時(shí)傳輸信息，并通過(guò)多軸補(bǔ)償技術(shù)來(lái)合理控制與補(bǔ)償加工流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，使各個(gè)加工環(huán)節(jié)能夠嚴(yán)格按照控制程序來(lái)進(jìn)行。并且，考慮到產(chǎn)品加工過(guò)程中存在的干擾，其還會(huì)依據(jù)PID反饋原理來(lái)提高制造加工設(shè)備的抗干擾能力，從而使產(chǎn)品加工過(guò)程中出現(xiàn)偏差與錯(cuò)誤的概率得以大幅降低。

2.3 誤差補(bǔ)償方面的融合

智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的融合在誤差補(bǔ)償方面也頗具優(yōu)勢(shì)，在數(shù)控機(jī)床中，其聯(lián)動(dòng)控制過(guò)程中會(huì)受到許多因素的影響，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的加工精度降低，究其原因在于零部件會(huì)因制作和使用而發(fā)生不同程度的磨損。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，為了降低誤差，可采用多源誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)多源誤差補(bǔ)償技術(shù)可使產(chǎn)品加工精度得到顯著提高。多源誤差補(bǔ)償技術(shù)能夠根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用統(tǒng)計(jì)與測(cè)量等方法來(lái)構(gòu)建誤差模型，以此分析材料加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差量，這樣通過(guò)在加工時(shí)設(shè)置對(duì)應(yīng)的反誤差量，即可使產(chǎn)品加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差被抵消。例如在對(duì)復(fù)雜曲面零件進(jìn)行多源誤差補(bǔ)償時(shí)，數(shù)控機(jī)床原位檢測(cè)系統(tǒng)便能夠?qū)C(jī)床的幾何誤差、測(cè)頭預(yù)行程誤差、測(cè)球半徑誤差、測(cè)頭安裝誤差等進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。如圖2所示為數(shù)控機(jī)床的原位檢測(cè)示意圖。

圖2數(shù)控機(jī)床的原位檢測(cè)示意圖

對(duì)于多源誤差補(bǔ)償技術(shù)來(lái)說(shuō)，其分為幾何誤差補(bǔ)償、力誤差補(bǔ)償、熱誤差補(bǔ)償與振動(dòng)主動(dòng)抑制四種技術(shù)，其中幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)會(huì)通過(guò)解耦分離來(lái)對(duì)加工時(shí)的補(bǔ)償值進(jìn)行計(jì)算，然后在實(shí)際加工時(shí)利用疊加補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)彌補(bǔ)加工誤差。力誤差補(bǔ)償則可使加工機(jī)器具備更強(qiáng)大的切削能力，從而使產(chǎn)品在加工時(shí)產(chǎn)生的變形誤差得到有效控制。熱誤差補(bǔ)償則能夠利用加工信息來(lái)對(duì)立體加工模型進(jìn)行構(gòu)建，從而使誤差測(cè)定時(shí)間減少，使加工誤差預(yù)測(cè)精度得到有效提高。振動(dòng)主動(dòng)抑制則可使加工材料產(chǎn)生的內(nèi)部振動(dòng)得到有效抑制，進(jìn)而使加工控制性能得到有效提高。

2.4 智能控制方面的融合

目前，在加工機(jī)床發(fā)展中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用智能化技術(shù)，這也使人們能夠收集到更多的信息來(lái)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行構(gòu)建，并依據(jù)算法規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)控與處理，從而使設(shè)備的診斷、統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化等具備智能化特征。利用智能化控制技術(shù)，可使機(jī)床對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行全方位分析，并對(duì)產(chǎn)品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也能使設(shè)備具備自我控制與維護(hù)功能?？梢哉f(shuō)，在智能化發(fā)展中，利用智能化控制技術(shù)來(lái)采集與分析大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為其核心所在，大數(shù)據(jù)的挖掘與計(jì)算更使得加工參數(shù)得到了有效優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際檢測(cè)。

3 智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)的融合發(fā)展趨勢(shì)

就目前來(lái)看，我國(guó)相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，在智能化技術(shù)研究上的起步相對(duì)較晚，這也使我國(guó)尚未形成全面而完善的智能化技術(shù)研究體系，從而使智能化技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中遭遇了許多困難，而這些困難往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行逐一解決。智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)在融合發(fā)展過(guò)程中，需要加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，使產(chǎn)品加工效率及精度得到進(jìn)一步提升，同時(shí)確保設(shè)備的使用安全，為此，國(guó)內(nèi)外許多生產(chǎn)商都致力于研究和應(yīng)用開(kāi)放性更高的數(shù)控系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的穩(wěn)定安全生產(chǎn)。隨著智能制造和先進(jìn)數(shù)控技術(shù)之間融合的不斷深入，我國(guó)制造業(yè)在未來(lái)發(fā)展中必將以多任務(wù)聯(lián)合處理、有效檢測(cè)以及精準(zhǔn)識(shí)別作為全新的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)發(fā)展上還有較長(zhǎng)的路要走，只有對(duì)國(guó)外國(guó)家在智能制造和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行全面了解和掌握，才能為我國(guó)智能制造和數(shù)控技術(shù)的融合發(fā)展提供指導(dǎo)，而這對(duì)于我國(guó)推動(dòng)高新技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新具有重要意義。通過(guò)對(duì)我國(guó)智能制造和數(shù)控技術(shù)在融合過(guò)程中所遭遇的困難進(jìn)行研究，能夠幫助相關(guān)企業(yè)更好地將先進(jìn)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到智能化數(shù)控設(shè)備中。在工業(yè)4.0時(shí)代下，我國(guó)工業(yè)企業(yè)需要不斷進(jìn)行技術(shù)改良與創(chuàng)新，以此加快智能制造和數(shù)控技術(shù)之間的融合，提高自身在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，并在工業(yè)革命中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以此全面推動(dòng)智能制造數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。