機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)可行性研究

李偉強(qiáng) 冀強(qiáng)

摘 要：隨著制造技術(shù)和高精尖制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械加工領(lǐng)域中對(duì)機(jī)器的加工性能要求愈來愈高，即要求能實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性、易操作和全天候智能自動(dòng)化加工。機(jī)加工領(lǐng)域中的智能制造技術(shù)與系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和控制管理技術(shù)將具體零部件的加工工藝順序和智能制造加工成型設(shè)備有機(jī)銜接和資源共享，達(dá)到零部件加工制造過程的智能化、自動(dòng)化和高效高質(zhì)化。筆者根據(jù)自身實(shí)際經(jīng)驗(yàn)主要分析智能制造系統(tǒng)在現(xiàn)代制造加工背景下的發(fā)展應(yīng)運(yùn)及面臨挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：制造技術(shù);機(jī)械加工;智能制造

一、我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造化產(chǎn)生的背景

先進(jìn)的機(jī)加工制造設(shè)備如果離開了數(shù)據(jù)信息的輸入的支持就無法實(shí)現(xiàn)爭(zhēng)產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)加工行業(yè)面臨的是一個(gè)市場(chǎng)訂單需求個(gè)性化和日新月異化的國(guó)內(nèi)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，欲在這樣的市場(chǎng)環(huán)境中立謀求發(fā)展，必須從產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、時(shí)間、等方面提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，以快速響應(yīng)市場(chǎng)激烈的變化。這就要求機(jī)加工領(lǐng)域制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要具有智能。智能制造正是適應(yīng)這種情況而得以發(fā)展的。機(jī)械加工行業(yè)作為我國(guó)的傳統(tǒng)制造加工行業(yè)必然在在智能制造的大趨勢(shì)中被淹沒。如何將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)于該行業(yè)，傳統(tǒng)的方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題，這就促使我們要把傳統(tǒng)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能等技術(shù)集成起來，發(fā)展一種新型的機(jī)械加工制造模式———智能制造。

二、我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

（一）我國(guó)機(jī)加工行業(yè)智能制造的研究起步較晚。

進(jìn)入21 世紀(jì)以來的智能制造系統(tǒng)的應(yīng)運(yùn)在我國(guó)迅速發(fā)展，尤其在機(jī)械加工行業(yè)中智能制造技術(shù)的發(fā)展也初具規(guī)模。

（二）機(jī)加工行業(yè)中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化體系初步形成。

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與先進(jìn)機(jī)械加工制造技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的機(jī)加工智能制造設(shè)備的發(fā)展深度和廣度日益提升，一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)加工智能制造裝備實(shí)現(xiàn)突破。

（三）國(guó)家對(duì)機(jī)械加工智能制造行業(yè)的扶持力度不斷加深。

近幾年，國(guó)家戰(zhàn)略部署中對(duì)機(jī)加工智能制造的發(fā)展也越來越重視，越來越多的研究項(xiàng)目成立，研究資金也大幅增長(zhǎng)。

三、機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的構(gòu)成

機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造系統(tǒng)是依托智能化設(shè)備和技術(shù)工人相互融合，有效利用一切知識(shí)性活動(dòng)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過比對(duì)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)，柔性地把設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的全部活動(dòng)集成起來，力求整體效率提高的生產(chǎn)系統(tǒng)。

隨著制造技術(shù)和高精尖制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械加工領(lǐng)域中對(duì)機(jī)器的加工性能要求愈來愈高，即要求能實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性、易操作和全天候智能自動(dòng)化加工。機(jī)加工領(lǐng)域中的智能制造技術(shù)與系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和控制管理技術(shù)將具體零部件的加工工藝順序和智能制造加工成型設(shè)備有機(jī)銜接和資源共享，達(dá)到零部件加工制造過程的智能化、自動(dòng)化和高效高質(zhì)化。筆者根據(jù)自身實(shí)際經(jīng)驗(yàn)主要分析智能制造系統(tǒng)在現(xiàn)代制造加工背景下的發(fā)展應(yīng)運(yùn)及面臨挑戰(zhàn)。

四、機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）人機(jī)一體化：基于人工智能的智能制造具有高效高質(zhì)化、自動(dòng)化、智能化等優(yōu)勢(shì)，而智能化制造設(shè)備的也只能根據(jù)具體加工進(jìn)行推理、判斷、預(yù)測(cè)，僅僅具有數(shù)據(jù)邏輯思維能力，做不到靈感思維。而人機(jī)一體化，是一種多形態(tài)混和型智能系統(tǒng)，一方面突出人在加工制造過程中的主體地位，同時(shí)也可以使智能制造設(shè)備的在人的配合下更好地發(fā)揮出更多潛能，使二者在不同的層次上各顯其能，互相配合，相得益彰。

（二）自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力：智能制造加工設(shè)備能以原有的知識(shí)存儲(chǔ)為基礎(chǔ)，在實(shí)際加工中不斷進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，完善系統(tǒng)知識(shí)庫，并分析過濾知識(shí)庫中的錯(cuò)誤信息知識(shí)進(jìn)行刪減，使知識(shí)庫不斷完善優(yōu)化。同時(shí)，還具備對(duì)智能設(shè)備的系統(tǒng)故障進(jìn)行自診斷、自修復(fù)和排除故障等功能。

（三）自組織：智能制造系統(tǒng)在運(yùn)行方式上和結(jié)構(gòu)形式上能夠跟據(jù)工作任務(wù)的要求，通過各組成單元的控制系統(tǒng)自行組織成一種最佳結(jié)構(gòu)，并按照最優(yōu)的方式運(yùn)行。自組織是智能制造系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。

（四）自律能力：智能制造系統(tǒng)根據(jù)自身作業(yè)狀況信息及時(shí)的進(jìn)行反饋、分析、判斷、監(jiān)測(cè)和處理，并分析結(jié)果自行調(diào)整控制，以達(dá)到最佳最高校的加工實(shí)施方案。自律能力使整個(gè)智能制造系統(tǒng)更具擬人性化功能。

（五）模擬加工技術(shù)：模擬加工技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，通過專業(yè)的圖形處理軟件來模擬產(chǎn)品及其制造的實(shí)際加工過程，使操作技工直接從視覺上獲得真實(shí)的加工過程，從而減少次品率。這種人機(jī)結(jié)合的智能界面，是智能制造的一個(gè)顯著特征。

五、機(jī)械加工中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)

（一）機(jī)械加工中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容

智能設(shè)計(jì);智能工藝過程編制;智能監(jiān)測(cè)、診斷及補(bǔ)償;加工過程

中的智能控制;智能加工質(zhì)量的控制。

（二）機(jī)械加工中智能制造技術(shù)與系統(tǒng)主要研究目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)加工過程的智能化，在實(shí)際的制造系統(tǒng)中，以機(jī)器智能取代人的部分腦力勞動(dòng)作為主要目標(biāo)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)人機(jī)一體的集成功能。信息和制造智能強(qiáng)調(diào)智能型的集成自動(dòng)化。同時(shí)實(shí)現(xiàn)將市場(chǎng)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、人的重要性、智能制造的開放性和兼容能力等融合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng)。

六、機(jī)械加工領(lǐng)域中智能制造面臨的問題

從市場(chǎng)應(yīng)用看，由于智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的前期投入大，對(duì)技工技術(shù)人員專業(yè)技能要求高，在很長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)難于在市場(chǎng)份額中占有一席之地，而傳統(tǒng)的機(jī)加工行業(yè)又相對(duì)成熟和穩(wěn)定，投入產(chǎn)出比很高，投資者的實(shí)力和興趣還是一邊倒的態(tài)勢(shì)。智能系統(tǒng)在這樣一種氛圍中有待進(jìn)一步的發(fā)展和優(yōu)化，相信智能制造在未來的機(jī)加工行業(yè)中會(huì)越來越受到青睞。

從技術(shù)角度看，機(jī)械加工的零部件從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料訂購與處理、制造加工、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)彼此相互影響，而各環(huán)節(jié)的集成自動(dòng)化水平?jīng)Q定著該過程的自動(dòng)化程度，同時(shí)也影響著該系統(tǒng)的自組織能力的相對(duì)實(shí)現(xiàn)，這是對(duì)機(jī)加工行業(yè)制造智能的最大挑戰(zhàn)。智能加工制造技術(shù)主要研究制造過程中的智能決策、智能加工系統(tǒng);智能加工制造的發(fā)展核心是智能化和集成化，集成是智能的基礎(chǔ)，智能促使進(jìn)一步集成。二者相輔相成，互為整體，從市場(chǎng)反饋和技術(shù)層面來講，智能制造有著高效化、高質(zhì)化、和智能管控能力，然其最大特點(diǎn)仍是高投入，從更深層的意義上講，智能制造是從現(xiàn)今信息化時(shí)代走向未來智能化時(shí)代面臨的第一個(gè)亟待解決的課題。

總之，智能制造是21 世紀(jì)的制造模式，機(jī)械加工行業(yè)作為傳統(tǒng)的加工巨頭行業(yè)更是智能制造的未來的發(fā)展方向。作為智能制造特征的I2（IntegrationandIntelligence），將是21 世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)賴以行進(jìn)的基本軌道。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、制造加工技術(shù)快速發(fā)展的大環(huán)境之中，如何有機(jī)的進(jìn)行各方面的相互銜接和配合是未來一段時(shí)間亟待解決的問題。伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新的改革，也會(huì)有越來越多的資金投入到智能制造的研究中來。制造智能必定會(huì)是機(jī)械加工行業(yè)未來的發(fā)展必然目標(biāo)。

（作者單位：河北省保定市長(zhǎng)城汽車徐水蜂巢傳動(dòng)分公司）