機(jī)械制造智能化的發(fā)展趨勢(shì)探析

鄒 芳

（臺(tái)州方林汽車(chē)檢測(cè)有限公司，浙江 臺(tái)州 318000）

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)機(jī)械制造、產(chǎn)品提出了越來(lái)越高的要求，如性能高、操作簡(jiǎn)單、節(jié)能耐用等，而人們對(duì)其中機(jī)械制造智能化的需求非常高，尤其是在以往勞動(dòng)力密集型的產(chǎn)業(yè)中，這種需求尤為強(qiáng)烈。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在制造業(yè)領(lǐng)域，勞動(dòng)力成本不斷上升，已經(jīng)成為企業(yè)的很大的負(fù)擔(dān)，而且也不利于我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。得益于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造的智能化發(fā)展已經(jīng)成為機(jī)械制造設(shè)計(jì)制造的主要趨勢(shì)，尤其是電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展更是為機(jī)械制造智能化發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［1］。而機(jī)械制造的智能化水平不僅能夠極大地提高生產(chǎn)效率，還能大大提高企業(yè)的品牌形象，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

1 智能化對(duì)于機(jī)械制造的意義

1）推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高制造業(yè)水平。機(jī)械制造的智能化是從20世紀(jì)30年代的歐美開(kāi)始發(fā)展的，我國(guó)的智能化發(fā)展較晚，在一些地方甚至還大量存在著傳統(tǒng)的機(jī)械制造方式，尤其是一些中小企業(yè)，還是以勞動(dòng)力密集型的生產(chǎn)方式為主，這無(wú)疑會(huì)影響企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，尤其是在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，單純依靠傳統(tǒng)制造方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的全球競(jìng)爭(zhēng)，也勢(shì)必會(huì)遭到淘汰。因此，我們要加大推動(dòng)機(jī)械制造的智能化發(fā)展，不斷創(chuàng)新，才能為我國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供強(qiáng)勁的推動(dòng)力，從整體上提高我國(guó)的制造業(yè)水平，提高我國(guó)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

2）提高生產(chǎn)效率，減少人力成本。這也是機(jī)械制造智能化發(fā)展最直接的意義，因?yàn)閷?duì)于機(jī)械制造業(yè)來(lái)說(shuō)，人力資本正在超越原材料成本，甚至在一些行業(yè)，人力資本已經(jīng)成為最大的成本支出，如果再不通過(guò)智能化發(fā)展道路，加快裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，那機(jī)械制造業(yè)的利潤(rùn)空間將會(huì)進(jìn)一步縮水。而現(xiàn)代制造業(yè)中，通過(guò)發(fā)展數(shù)控設(shè)備和數(shù)控技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一系列相應(yīng)的設(shè)備和系統(tǒng)，操作人員只需要將已經(jīng)編寫(xiě)好的程序輸入設(shè)備中，添加制造所需要的材料和零件，這臺(tái)機(jī)器就開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行，這樣就不會(huì)再出現(xiàn)工廠里面長(zhǎng)長(zhǎng)的流水線上滿是工人的場(chǎng)景，而是一個(gè)人可以操控多臺(tái)設(shè)備，這樣既提高了生產(chǎn)效率，也大大減少了人力成本［2］。

3）改造生產(chǎn)流程，提高制造精度。在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，僅靠人力操作很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，即便操作工人技術(shù)再高，也無(wú)法加工出非常高精度的近乎完美的產(chǎn)品。機(jī)械行業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能化，最直接的動(dòng)作就是引入機(jī)器人，通過(guò)引入智能化的設(shè)備和智能化的軟件，讓機(jī)械代替人力來(lái)控制產(chǎn)品的制造和加工，只有這樣才能達(dá)到人力所無(wú)法達(dá)到的制造精讀，同時(shí)也能夠讓整個(gè)生產(chǎn)流程更加簡(jiǎn)潔、科學(xué)、合理。目前已經(jīng)有很多企業(yè)大規(guī)模使用機(jī)器人來(lái)代替人工，尤其是一些高精尖的行業(yè)中，智能機(jī)器人的使用更為廣泛。

4）實(shí)現(xiàn)多功能化，滿足不同需求。智能化的機(jī)械制造可以借助計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)出多樣化的功能，通過(guò)智能化理念的融入，使得機(jī)械制造的不同組件之間的構(gòu)造關(guān)聯(lián)形成統(tǒng)一的控制機(jī)制，從而既能擺脫人力操作的弊端，也能夠使機(jī)械制造滿足不同工序、不同產(chǎn)品的生產(chǎn)制造的要求，從而充分發(fā)揮機(jī)械制造的作用，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。

2 機(jī)械制造智能化的設(shè)計(jì)要求

關(guān)于機(jī)械制造智能化的設(shè)計(jì)，需要從兩個(gè)大的方面入手：一是機(jī)械制造硬件與軟件的智能化設(shè)計(jì)；二是機(jī)械制造故障診斷和修復(fù)的智能化，這兩者缺一不可。

1）機(jī)械制造硬件與軟件的智能化設(shè)計(jì)。基于智能化理念的機(jī)械制造，必然要建立在足夠發(fā)達(dá)的硬件基礎(chǔ)上，這是機(jī)械制造智能化這一命題得以成立的前提條件。同時(shí)，在機(jī)械制造的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，還要發(fā)展相應(yīng)的軟件技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，要使機(jī)械制造的軟硬件系統(tǒng)能夠融為一體，協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，從而有利于機(jī)械制造操作水平的提高和系統(tǒng)的簡(jiǎn)易化。當(dāng)然這對(duì)機(jī)械制造的設(shè)計(jì)提出了非常高的要求，首先就是進(jìn)一步細(xì)化和完善機(jī)械技術(shù)的原有設(shè)計(jì)，選擇配置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及功能，從而使其能夠有效融合各種軟件技術(shù)，也能通過(guò)軟件技術(shù)的發(fā)展充分地發(fā)揮機(jī)械制造的功能。相比來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)控制處理技術(shù)在智能化機(jī)械制造中發(fā)揮著核心的作用，它通過(guò)信息的處理和交換，對(duì)不同的數(shù)據(jù)及時(shí)分析和反饋，形成一系列的指令，使機(jī)械制造能夠自動(dòng)運(yùn)行，完成對(duì)應(yīng)相應(yīng)指令［3］。因此這就對(duì)機(jī)械制造的自動(dòng)控制技術(shù)和傳感技術(shù)提出了更高的要求。智能化的機(jī)械制造在設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況和設(shè)備的操作情況，對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)試和修正，機(jī)械制造智能化的自動(dòng)控制技術(shù)要求設(shè)備能夠在系統(tǒng)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、自動(dòng)校正和自動(dòng)控制。而在這其中，傳感技術(shù)就像人的神經(jīng)系統(tǒng)一樣，是機(jī)械制造智能化不可或缺的一個(gè)組成部分，也是機(jī)械制造智能化的一個(gè)重要支撐。在相應(yīng)設(shè)計(jì)中，為了提高設(shè)備的智能化水平，就要在設(shè)備的相應(yīng)部位設(shè)置傳感器，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況和自身質(zhì)量進(jìn)行傳感檢測(cè)，從而能收集關(guān)于設(shè)備運(yùn)行的一系列相關(guān)信息，通過(guò)傳感系統(tǒng)反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再進(jìn)行相應(yīng)的修正，發(fā)出新的指令，從而使設(shè)備具有更高的智能化水平，也能夠使機(jī)械制造不斷發(fā)展。

2）機(jī)械制造故障診斷和修復(fù)的智能化。機(jī)械制造發(fā)生故障是無(wú)法避免的，很多時(shí)候由于設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)的限制，我們無(wú)法通過(guò)人工的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行深入徹底有效的診斷和修復(fù)，而通過(guò)智能化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造故障的診斷和修復(fù)的智能化也不再是天方夜譚。通過(guò)智能化手段，能夠使機(jī)械制造在工作工程中對(duì)內(nèi)外信息進(jìn)行分析，從而判斷機(jī)械制造是否出現(xiàn)故障，發(fā)現(xiàn)故障以后，能夠?qū)φ赵O(shè)備的內(nèi)部系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)的分析，為故障修復(fù)奠定基礎(chǔ)。在機(jī)械制造故障的智能化診斷和修復(fù)中，傳感信號(hào)的強(qiáng)弱和信息的處理狀態(tài)也決定了機(jī)械故障的處理的效率，所以，要進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械制造智能化傳感系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)的完善，提高其運(yùn)作的效率，從而為機(jī)械故障的及時(shí)校正提供強(qiáng)有力的前期保障。

3 機(jī)械制造智能化的發(fā)展趨勢(shì)

1）人機(jī)互動(dòng)更為完善，操作體驗(yàn)更為簡(jiǎn)便。也就是說(shuō)隨著機(jī)械制造智能化的發(fā)展，機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)備將更加人性化，因?yàn)槿耸菣C(jī)械制造的最終操作者，智能化的機(jī)械設(shè)備通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)為人機(jī)交互提供了接口，而計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)化、可視化、自動(dòng)化也為操作人員提供了足夠的信息，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息的交流，并且這種交流更加快捷和方便。機(jī)械設(shè)計(jì)還廣泛采用CAD等軟件，取代了傳統(tǒng)的手工制圖，這不僅能夠極大地縮短設(shè)計(jì)周期，而且還能夠有效保證設(shè)計(jì)的精度。多媒體技術(shù)強(qiáng)大的聲像、圖文信息處理技術(shù)使操作人員可以通過(guò)圖形化的界面，對(duì)機(jī)械制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和故障的實(shí)時(shí)檢測(cè)修正，從而為機(jī)械制造的智能化處理提供了越來(lái)越多的技術(shù)支持，這也將使得企業(yè)在生產(chǎn)和管理方面具有越來(lái)越強(qiáng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加集成，功能體現(xiàn)更加柔性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，整個(gè)機(jī)械制造領(lǐng)域呈現(xiàn)出明顯的模塊化、集成化的趨勢(shì)，智能化的機(jī)械設(shè)備體積越來(lái)越小，但是功能卻越來(lái)越完善，所能實(shí)現(xiàn)的制造動(dòng)作也越來(lái)越復(fù)雜，機(jī)械制造系統(tǒng)能夠滿足各種生產(chǎn)要求、條件的能力越來(lái)越強(qiáng)。應(yīng)該說(shuō)機(jī)械制造的模塊化在一定程度上為機(jī)械制造企業(yè)指明了方向，而機(jī)械設(shè)備的微型化、柔性化則具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，更能滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求。如集成化、柔性化的數(shù)控系統(tǒng)能夠發(fā)揮多樣性的功能，從而讓產(chǎn)品的功能和可裁剪性得到極大的釋放，并提高機(jī)械制造的靈活性和適應(yīng)性，從而滿足用戶和市場(chǎng)的多樣化需求。

3）制造性能更加高效，制造過(guò)程更加智能?，F(xiàn)代機(jī)械制造智能化的發(fā)展離不開(kāi)精密加工、微型機(jī)械等技術(shù)的發(fā)展。為了提高機(jī)械制造的精度和質(zhì)量，機(jī)械制造的設(shè)備上往往安裝有很多的傳感器和單片機(jī)控制器，從而極大地發(fā)掘機(jī)械制造設(shè)備的性能。尤其是納米技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，在機(jī)械、電子以及材料技術(shù)中都能夠得到有效的應(yīng)用，也極大地推動(dòng)了機(jī)械制造智能化的飛速發(fā)展。而納米技術(shù)與超精密加工技術(shù)的結(jié)合將成為未來(lái)機(jī)械制造的核心技術(shù)，也將大大提高機(jī)械制造的智能化和高效化水平［4］。同時(shí)，集成化芯片以及大規(guī)模可編程集成電路的發(fā)展為機(jī)械制造智能化提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾，產(chǎn)品可靠性也將得到提高。隨著計(jì)算機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)用，在人工智能技術(shù)的支撐下，機(jī)器能模仿出人的智能行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制；人工智能實(shí)時(shí)性的提高也必將促使機(jī)械制造過(guò)程中各處理環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)性的提高。

除了上述趨勢(shì)以外，機(jī)械制造的智能化發(fā)展也將更加的全面化和綠色化，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種相關(guān)的機(jī)械設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成集成系統(tǒng)，從而在機(jī)械制造領(lǐng)域能夠推廣開(kāi)來(lái)，可以讓更多的用戶使用，也能提高智能化設(shè)備的利用率。同時(shí)，機(jī)械制造的環(huán)境也將越來(lái)越綠色化，改變了以往機(jī)械制造中的惡劣環(huán)境，既能夠避免對(duì)于環(huán)境的污染，也能夠保證操作人員的人身安全。

［1］ 韓春鳴.機(jī)械制造基礎(chǔ)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］ 王世敬，溫筠.現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.石油機(jī)械，2002（11）：21－24.

［3］ 田春光，姚錫凡，張毅.計(jì)算智能及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2003（6）：6－8.

［4］ 梁海東.基于智能化的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)［J］.裝備制造技術(shù)，2014（8）：272－273.