智能機器人數(shù)控技術(shù)在機械制造中的運用研究

天津市濱海中等專業(yè)學校 李子艷

引言

人工智能時代的到來將大力推動機械制造行業(yè)的發(fā)展。借助智能系統(tǒng)實現(xiàn)對機械自動化加工的精細控制，可降低人資成本消耗。智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)與應用是目前機械制造行業(yè)發(fā)展的一個主要方向，利用智能數(shù)控技術(shù)替代傳統(tǒng)機械制造工藝，在終端集成系統(tǒng)的多節(jié)點同步控制模式下，極大提高了機械生產(chǎn)的自動性與智能性。文章針對智能機器人數(shù)控技術(shù)在機械制造中的運用進行探討，僅供參考。

1 智能機器人數(shù)控技術(shù)的特點

智能機器人數(shù)控技術(shù)是借助智能操控系統(tǒng)，將數(shù)控操控程序與信息技術(shù)控制技術(shù)相關聯(lián)，確保在智能機器人驅(qū)動過程中，可按照程序質(zhì)量完成對不同機械操控工藝的驅(qū)動。在現(xiàn)有的機械生產(chǎn)發(fā)展中，先進技術(shù)及設備的更新為現(xiàn)代機械制造產(chǎn)業(yè)提供資源支撐，自動化、可控化的機械生產(chǎn)模式，真正助力于我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中。與傳統(tǒng)機械制造模式相比，智能機器人數(shù)控技術(shù)的實現(xiàn)，將原有粗放式的生產(chǎn)機制轉(zhuǎn)變?yōu)榫毣C械化智能化的發(fā)展。

第一，集成化。智能機器人數(shù)控技術(shù)在應用過程中是按照系統(tǒng)平臺完成對相關指令的一體操控，在系統(tǒng)驅(qū)動過程中，集成化功能的實現(xiàn)是保證不同數(shù)據(jù)指令節(jié)點在驅(qū)動過程中的基礎。因為在數(shù)控操作平臺中，由智能機器人控制數(shù)控操作程序是按照信息反饋指令下達所執(zhí)行的，在此期間集成功能的實現(xiàn)，則為智能機器人驅(qū)動的數(shù)控操控程序提供數(shù)據(jù)支撐點，保證數(shù)字化控制功能實現(xiàn)的精確性。

第二，自動化。傳統(tǒng)數(shù)控加工模式中，機械控制機制的實現(xiàn)是按照程序羅列，在固定的空間下完成運行，且運行軌跡是由程序編設所執(zhí)行的，這也使得機械控制自動化功能的實現(xiàn)更加貼近于人們設計訴求。基于智能化機器人的數(shù)控實現(xiàn)則是為遠程操控以及智能指令調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)運算平臺，人工智能處理下的機械生產(chǎn)加工模式，逐漸向柔性化方向所轉(zhuǎn)變，通過一體性、協(xié)調(diào)性的可控操作，降低生產(chǎn)成本。但是在此過程中，依托于智能機器人而實現(xiàn)的自動操控機制，仍需要人工進行看管。例如，在大體量的工業(yè)機械化生產(chǎn)中，智能技術(shù)的實現(xiàn)可以自主驅(qū)動終端部件完成一系列的生產(chǎn)及規(guī)劃，但是如果出現(xiàn)系統(tǒng)高負荷運行下所產(chǎn)生的故障累積問題，則極易造成生產(chǎn)脫節(jié)的現(xiàn)象。此過程人工看管則是輔助智能機器人數(shù)控系統(tǒng)運行的基礎，以此來保證各項控制功能實現(xiàn)的精確性。

第三，精細化。智能機器人數(shù)控技術(shù)的應用，為傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)業(yè)賦予精細化功能，借助智能操控平臺，對編設程序進行分析，且內(nèi)部智能程序驅(qū)動中，可按照外界環(huán)境的反饋信息，分析不同應用場景下，機械生產(chǎn)制造與前期設計是否一致，提高實際生產(chǎn)質(zhì)量。同時，在應用方面，經(jīng)由系統(tǒng)程序的精密計算，起到對終端操控機構(gòu)的實時控制，這對于精密部件的加工來講，可達到毫米級、納米級的生產(chǎn)加工，符合多種應用場景。

2 智能機器人數(shù)控技術(shù)的應用優(yōu)勢

從技術(shù)組成而言，智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)，借助集成系統(tǒng)，將主系統(tǒng)與終端操控模塊相關聯(lián)，構(gòu)設直接關聯(lián)屬性的聯(lián)動系統(tǒng)，進而在當前機械制造產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動。從工業(yè)發(fā)展趨勢看，市場需求、發(fā)展訴求的雙重作用下，傳統(tǒng)機械化生產(chǎn)模式儼然無法適用于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中，在先進技術(shù)的不斷更新下，工業(yè)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)必然向精細化、集成化層面所發(fā)展。智能機器人數(shù)控技術(shù)對機械制造行業(yè)發(fā)展起到的優(yōu)勢如下。

第一，促進機械生產(chǎn)制造模式的轉(zhuǎn)變。在智能、可控系統(tǒng)的支撐下，傳統(tǒng)由人工控制的機械生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎嬎銠C驅(qū)動系統(tǒng)自主控制的生產(chǎn)模式，在現(xiàn)有機械運行場景下，高新技術(shù)驅(qū)動下，為機械控制提供數(shù)據(jù)支撐。

第二，實現(xiàn)智能化、自動化耦控制。在工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型下，機械制造類產(chǎn)業(yè)正逐步融合先進技術(shù)，技術(shù)在融合與應用過程中，需深度探尋機械生產(chǎn)場景對技術(shù)呈現(xiàn)出的訴求點。智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)，借助信息技術(shù)、控制技術(shù)等，提高機械控制的智能、自動屬性，助力機械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

第三，優(yōu)化制造流程。智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)，可借助智能操控系統(tǒng)，對終端操控部件施行指令同步驅(qū)動，整個處理模式可按照模塊、項目完成生產(chǎn)。此過程，智能控制的實現(xiàn)，則可依據(jù)相應操控程序，打造一體服務場景，增強系統(tǒng)驅(qū)動的合理性。

3 智能機器人數(shù)控技術(shù)在機械制造中的運用研究

3.1 機械零件加工

傳統(tǒng)機械零件加工是主系統(tǒng)程序編設，終端執(zhí)行機構(gòu)在電力能源的支撐下，按照程序設定，自主完成驅(qū)動，且運行期間，外界信息可反饋到系統(tǒng)中，令系統(tǒng)了解當前驅(qū)動場景是否達到預設指標。智能機器人數(shù)控技術(shù)的應用，則可通過強大的傳感能力、信息交互能力、自適應能力等，為機械加工過程賦予自動協(xié)調(diào)的功能，保證系統(tǒng)在不同驅(qū)動場景下，完成對主系統(tǒng)指令的驅(qū)動及執(zhí)行，提高任務處理能力。同時，智能機器人數(shù)控處理中，無需人工參與，其可按照既定的程序，自主分析不同驅(qū)動場景下，主系統(tǒng)指令任務的完成情況下，且機械生產(chǎn)中，系統(tǒng)可按照程序完成對生產(chǎn)軌跡的數(shù)據(jù)分析。整個驅(qū)動過程的一體化、協(xié)同化，可規(guī)避因人工操作產(chǎn)生的安全問題，此時，人工在機械生產(chǎn)體系中，則是通過監(jiān)控系統(tǒng)，遠程監(jiān)管機械生產(chǎn)過程，保證機械加工的安全性、規(guī)范性。例如，金屬圓盤部件在數(shù)控加工中，圓盤直徑為150mm，圓盤加工需求是在圓盤外邊緣處，以75mm 為指標，均勻地在邊緣處挖出四個半圓。

此類加工過程具有復雜性特征，借助智能機器人數(shù)控技術(shù)的宏編程設計，則可以按照既定的程序完成對生產(chǎn)參數(shù)的設定，按照圓盤直徑以及在加工過程中刀具切割的軌跡進行參數(shù)設定，以參數(shù)程序驅(qū)動機械刀具的運轉(zhuǎn)。在實際運行期間，主系統(tǒng)按照既定的指令完成一系列的驅(qū)動，以保證零部件加工的完整性。

3.2 規(guī)劃軌跡

機械部件拋光作為機械生產(chǎn)制造中的重要組成，部件生產(chǎn)精度與拋光處理具有較高的關聯(lián)性。但是在拋光過程中，如果未能按照零部件的契合工藝以及刀具進行調(diào)整的話，極易造成因為拋光過程刀具進給深度過大產(chǎn)生的精度破損問題，增加生產(chǎn)成本。基于智能機器人數(shù)控技術(shù)的實現(xiàn)的操作，則可以在系統(tǒng)中預設相應的程序參數(shù)，針對部件以及拋光工具進行程序設定，結(jié)合智能機器人數(shù)控的精度和調(diào)整功能，保證拋光的層次性，有效避免零部件在拋光過程中產(chǎn)生損毀問題。

基于交互型智能機器人數(shù)控設計及其實現(xiàn)，則可以針對整個拋光過程進行軌跡設定，此過程中軌跡參數(shù)的調(diào)整可在不同驅(qū)動場景下，完成對相關數(shù)據(jù)信息的界定，且整個交互控制程序既可以符合機器人運行場景中軌跡信息基準，同時也可以結(jié)合機械零部件的精度完成對不同規(guī)格不同應用訴求的標準劃定，以此來降低材料的浪費。在具體拋光期間，智能機器人數(shù)控技術(shù)需設定CAM 模板，此類模板在拋光系統(tǒng)運行期間，可針對自配置功能實現(xiàn)相應的掃描記錄，即為在不同驅(qū)動場景下通過CAM 模板對零部件進行立體結(jié)構(gòu)的掃描，不僅可以獲得外部拋光參數(shù)，也可以通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制完成對零件規(guī)格的分析與測定，通過內(nèi)部腔表面信息以及外部拋光信息的整合，保證拋光參數(shù)設定的精準性，提高實際拋光質(zhì)量。

3.3 激光測量

智能機器人數(shù)控技術(shù)在激光測量中的應用可以實現(xiàn)對既定機械產(chǎn)品生產(chǎn)的精度化測量，因為借助激光掃描儀以及傳感器，可針對不同驅(qū)動場景完成數(shù)據(jù)信息的高精度反饋處理，保證后期機器人數(shù)控技術(shù)在驅(qū)動過程中的精度性。從系統(tǒng)運行特征來講，激光測量與系統(tǒng)操作程序之間的關聯(lián)，可確保各類數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤操作的問題，且整個過程也無需人工進行參與，便可以完成高難度的生產(chǎn)任務。針對機械產(chǎn)品生產(chǎn)準備階段的測量，可結(jié)合激光設備完成對相關操作，經(jīng)由數(shù)據(jù)識別功能分析機械零部件加工期間的各類尺寸，自主模擬零件尺寸及材料，在生產(chǎn)加工過程中所執(zhí)行的各類工序，進而保證零件密度、垂直度以及長度在生產(chǎn)精度范圍之內(nèi)。從我國現(xiàn)有的激光測量及驅(qū)動形式而言，精度可以控制在0.15～0.2 微米之間。

3.4 離線編程

原有機械生產(chǎn)制備工藝中，針對零部件生產(chǎn)制造需分析零部件實際尺寸參數(shù)，結(jié)合運行場景對零部件生產(chǎn)工藝進行選取，保證零部件的剛性、質(zhì)量及精度是符合預設訴求的。但是傳統(tǒng)生產(chǎn)模式需長時間的數(shù)據(jù)確認與計算，采取智能機器人數(shù)控技術(shù)，則可以通過離線編程實現(xiàn)生產(chǎn)設計與生產(chǎn)加工的對接。經(jīng)由離線編程可保證零部件在生產(chǎn)過程中一旦遇到不可控因素，按照數(shù)據(jù)信息的預定執(zhí)行軌跡及零部件尺寸加工參數(shù)進行自適應的調(diào)整，此過程中可以增加零部件生產(chǎn)的抗干擾性。例如，設計與生產(chǎn)彎曲金屬部件時，借助CAD 技術(shù)以及離線編程技術(shù)，完成對相關數(shù)據(jù)的一體化操作，且此類技術(shù)在設計編程與具體執(zhí)行過程中，借助智能機器人完成對既定測控平臺的數(shù)據(jù)模擬，以及整個生產(chǎn)過程的仿真處理。當工作人員編制好程序時，則系統(tǒng)將自動模擬程序驅(qū)動，將程序運行過程中對零部件加工所呈現(xiàn)的參數(shù)與預設參數(shù)相對比，可視化、立體化的模擬場景，令工作人員更為直觀地分析自身在設計存在的不足，進而全方位查證零部件在加工生產(chǎn)過程中存在的精度影響問題，逐步調(diào)整設計參數(shù)，以提高機械生產(chǎn)質(zhì)量。

4 智能機器人數(shù)控技術(shù)在機械制造領域的發(fā)展趨勢

智能機器人數(shù)控技術(shù)是將智能機器人與數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合，打造智能化、自動化的應用平臺，但是從嚴格意義上來講，其屬于一種半智能化產(chǎn)品，在大體量的工業(yè)機械制造中，仍需要人工進行現(xiàn)場與遠程監(jiān)管。從智能制造的發(fā)展概念看，機器人與數(shù)控的結(jié)合并不等于智能制造、數(shù)字化的實現(xiàn)也與智能化具有差異，而其中最為明顯的定義是，具有視覺識別、空間動態(tài)傳感、溫度、壓力、位移等方面的信息反饋才可看成是智能制造的雛形。其中自動化、數(shù)字化的實現(xiàn)只是停留在通訊控制、指令驅(qū)動等方面，其本身并不能形成獨立、自主的支配，在處理過程中，仍需借助實體完成對相關程序的執(zhí)行。此外，我國機械制造領域仍與國外發(fā)達國家存在一定差距，這就需要在后期發(fā)展中，查找目前我國機械智能制造及控制中存在的不足，明確主體發(fā)展方向，助力機械制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展。

第一，高精尖的發(fā)展方向。從我國現(xiàn)有額制造實力來講，已經(jīng)逐步趨于世界前列，但是在部分發(fā)展層面仍存在一定的欠缺，例如，數(shù)控調(diào)控能力不足。對此，后期發(fā)展過程中，應加大對既有生產(chǎn)模式及數(shù)控加工切入形式的調(diào)整，實現(xiàn)資源的高度集成，做到穩(wěn)固基礎產(chǎn)業(yè)、升級核心產(chǎn)業(yè)，縮減我國與國外先進技術(shù)的差距。

第二，模塊化的發(fā)展方向。高精尖作為核心技術(shù)的發(fā)展方向,模塊化契合于國家經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景。因為我國目前仍屬于工業(yè)生產(chǎn)大國，勞動力密集產(chǎn)業(yè)仍需基礎經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的支撐，為盡量縮減發(fā)展過程中的經(jīng)濟成本投入問題，則可朝著模塊化發(fā)展所轉(zhuǎn)變，針對復雜的機械控制系統(tǒng)進行分析，在滿足基礎工作的前提下，追求可靠、簡捷、經(jīng)濟等方面，真正實現(xiàn)模塊化發(fā)展。

第三，市場化的發(fā)展方向。當智能化發(fā)展到一定時期后，智能機器人則成為市場主流產(chǎn)品，對于機械制造行業(yè)而言，智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)與應用，為行業(yè)發(fā)展提供助力，且在市場需求、技術(shù)更新的不斷導控下，智能機器人數(shù)控技術(shù)也將隨著行業(yè)轉(zhuǎn)型而跨入另一個發(fā)展階段。對此，智能機器人數(shù)控技術(shù)應遵循市場發(fā)展規(guī)律，發(fā)展多元產(chǎn)業(yè)，以滿足基層市場的供應訴求，提高我國在國際市場中的話語權(quán)，加速實現(xiàn)“中國制造2025”的發(fā)展目標。

第四，節(jié)能化的發(fā)展方向。電力能源作為機械生產(chǎn)制造的基礎條件，在長時間、高負荷的運行模式下，極易產(chǎn)生高耗能問題。對此，智能機器人數(shù)控技術(shù)則應起到智能調(diào)整的作用，實現(xiàn)生產(chǎn)加工過程的節(jié)能效果，貫徹落實我國節(jié)能化、環(huán)保化政策，助力機械制造產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，機械制造作為重要的產(chǎn)業(yè)基礎，兼顧技術(shù)發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展。智能機器人數(shù)控技術(shù)的研發(fā)與應用，借助機械制造平臺，實現(xiàn)以技術(shù)為驅(qū)動的科技化轉(zhuǎn)型，搭載信息技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、集成技術(shù)等，實現(xiàn)對機械生產(chǎn)加工過程的多節(jié)點調(diào)整，提高制造質(zhì)量。為進一步增強我國制造業(yè)發(fā)展實力，應結(jié)合加大資源投入力度，在機械領域中實現(xiàn)技術(shù)自主，增加我國在國際市場中的競爭力。