機(jī)械制造智能化技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

姚贊彬

（廣東利元亨智能裝備股份有限公司，廣東惠州 516000）

1 概述

智能化技術(shù)是包含了信息化技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用，在科技發(fā)展中具有重要的意義，其價值在不斷地突顯。智能化技術(shù)的應(yīng)用可大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本和勞動強(qiáng)度。機(jī)械制造業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成，更能體現(xiàn)出智能化技術(shù)應(yīng)用的價值，可視作工業(yè)生產(chǎn)與智能化技術(shù)相結(jié)合的范例。

機(jī)械制造業(yè)歷來是我國工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是我國經(jīng)濟(jì)的重要組成。由于智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)械制造的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等都大幅度提高。智能化技術(shù)深度地應(yīng)用于機(jī)械制造過程中，再配合計算機(jī)人工智能技術(shù)的應(yīng)用，綜合了代理技術(shù)應(yīng)用、智能制造機(jī)器應(yīng)用、材料技術(shù)應(yīng)用、現(xiàn)代管理技術(shù)以及系統(tǒng)工程的理論和方法的支持，按照標(biāo)準(zhǔn)化要求使整個機(jī)械制造趨于開放性、智能化。高度智能化機(jī)械制造可以實現(xiàn)無人干預(yù)下批量生產(chǎn)，這也正是機(jī)械制造智能化技術(shù)應(yīng)用的最主要目標(biāo)。機(jī)械制造中的智能化技術(shù)應(yīng)用，可以使得機(jī)械制造的效率、精度得以顯著地提高，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力得到革命性的提升，從根本上整體性提高了產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

2 機(jī)械制造的智能化應(yīng)用

2.1 數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用，在機(jī)械制造的發(fā)展中是必然的，數(shù)控技術(shù)是機(jī)械制造中的關(guān)鍵性技術(shù)。其包括了計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)和自動控制技術(shù)等。借助現(xiàn)代計算機(jī)信息技術(shù)，現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)所要求的高精度、高效率以及柔性自動化等需求都有了實現(xiàn)的途徑。智能化技術(shù)的應(yīng)用還可以顯著提高機(jī)械制造的整體效能，通過不斷調(diào)整、修正各類相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)故障的在線診斷和智能化自動處理。

數(shù)控系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新，使其更具精準(zhǔn)度和靈敏度，在制造環(huán)節(jié)可按具體需求自行調(diào)節(jié)，保障產(chǎn)品達(dá)標(biāo)率。數(shù)控系統(tǒng)具備自治性、虛擬性和動態(tài)性，能將不同區(qū)域的設(shè)施組成邏輯網(wǎng)絡(luò)體系，實施統(tǒng)一管理。

2.2 自動化流水線

在智能化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造的過程中，借助于智能化管理，系統(tǒng)可全面管控生產(chǎn)流水線，可收集、整理機(jī)械制造全過程的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，實時動態(tài)調(diào)整各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，顯著提高自動化生產(chǎn)效率和容錯率。

將智能化技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械制造各個環(huán)節(jié)中，可有效減輕人員勞動強(qiáng)度，大幅提高機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)智能化應(yīng)用在生產(chǎn)線上形成規(guī)模時，就實現(xiàn)了自主運行，僅需少量人員做技術(shù)支持，可實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運行。

2.3 生產(chǎn)管理智能化

機(jī)械制造企業(yè)在落實智能化技術(shù)應(yīng)用時，將智能化技術(shù)全面融入產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和管理等環(huán)節(jié)中。面對管理滯后問題，智能化技術(shù)應(yīng)用可構(gòu)建起關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，自動收集、整理相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)企業(yè)實際狀況，及時調(diào)整生產(chǎn)方案。

與機(jī)械制造企業(yè)管理相關(guān)，生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)都具有決定意義，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和智能化技術(shù)實時收集、共享完整數(shù)據(jù)，支持智能管控，保證高效管理，極大地避免錯誤出現(xiàn)，保障機(jī)械制造的高效率。

2.4 機(jī)械制造生產(chǎn)智能化

機(jī)械制造業(yè)的智能化產(chǎn)品生產(chǎn)，是應(yīng)用智能化技術(shù)的必然，機(jī)械制造過程和過程管理的智能化應(yīng)用，其結(jié)果必定具有智能化表現(xiàn)。機(jī)械制造產(chǎn)品的智能化，拓展了應(yīng)用市場的產(chǎn)品面。若自動化技術(shù)結(jié)合智能化技術(shù)，則機(jī)械制造產(chǎn)品的將具有更強(qiáng)的智能化能力，更能滿足機(jī)械制造業(yè)的市場需求。

全面了解機(jī)械制造產(chǎn)品的智能化市場實際需求，應(yīng)用智能化技術(shù)，精確生產(chǎn)，同時從工藝流程、產(chǎn)品性能著手，切實增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力，讓智能化產(chǎn)品表現(xiàn)出應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。

3 成熟的智能化技術(shù)

3.1 智能化集成

機(jī)械制造企業(yè)的目標(biāo)是實現(xiàn)高效生產(chǎn)和高精準(zhǔn)制造，從而能夠節(jié)約成本、提高效益。智能化技術(shù)適時地為人們展現(xiàn)了全新而廣闊的應(yīng)用機(jī)會，為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)建了技術(shù)優(yōu)勢。

（1）機(jī)器設(shè)備體積變小。集成化的方向是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展之路，模塊化思想是機(jī)械制造業(yè)的正確發(fā)展方向，而堅持柔性化、微型化道路，使機(jī)械制造的產(chǎn)品更符合市場需求。伴隨結(jié)構(gòu)集成化的大趨勢，應(yīng)用數(shù)據(jù)支持機(jī)械制造的靈活性，使得產(chǎn)品適應(yīng)市場多樣化需求。

（2）在生產(chǎn)工藝方面，先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)已實現(xiàn)超小型化、超薄化。將新學(xué)術(shù)成果的模糊控制、智能計算等引入到了數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與研究，使控制精度、執(zhí)行效率等有了顯著提高。智能化診斷、故障的自動化處理等總有突破性提高。

3.2 柔性化

柔性化可以使機(jī)械制造有能力適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化，這與生產(chǎn)設(shè)備、相關(guān)人員、設(shè)計方案等密切相關(guān)。系統(tǒng)的柔性化支持不同零件加工的自由度。人員的柔性化體現(xiàn)為操作人員在保證完成任務(wù)，并在時間和數(shù)量上有變通的可能。設(shè)備柔性化表現(xiàn)為設(shè)備及時對新零件加工實現(xiàn)自行適應(yīng)。

機(jī)械制造的智能化技術(shù)在柔性化方面逐漸實現(xiàn)和遵循模塊化設(shè)計，功能適應(yīng)范圍加大，并具備可裁剪性，從而支持不同用戶的特色需求。

柔性化是數(shù)控系統(tǒng)本身的特性，一方面數(shù)控系統(tǒng)的模塊化設(shè)計本身具有柔性特質(zhì)，使功能可組合、擴(kuò)展；另一方面可裁剪性很強(qiáng)，能夠特色訂制以滿足不同用戶需求。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化人機(jī)互動

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益普及，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備與通訊設(shè)備實現(xiàn)連接，從而實現(xiàn)機(jī)械制造數(shù)據(jù)的高度共享。

網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，為機(jī)械制造過程中的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等各環(huán)節(jié)帶來資源便利，智能化技術(shù)的全方位實現(xiàn)離不開網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的支持。

機(jī)械制造智能化技術(shù)的應(yīng)用，人機(jī)互動是基本的表現(xiàn)形式，機(jī)械制造的智能化發(fā)展將使設(shè)備操作更趨于人性化。計算機(jī)技術(shù)的完整應(yīng)用實現(xiàn)了人機(jī)互動的自動化操作，并可為操作人員提供完整數(shù)據(jù)，推進(jìn)人機(jī)交流能力的提升。

3.4 綠色復(fù)合化

機(jī)械制造業(yè)所謂的綠色化，就是遵循可持續(xù)發(fā)展原則減少機(jī)械制造產(chǎn)生的污染和浪費。機(jī)械制造結(jié)合智能化技術(shù)的應(yīng)用，注重生產(chǎn)的綠色化，降低機(jī)械制造過程中的能耗和消耗，機(jī)械制造的各階段、各環(huán)節(jié)都須綠色化，必須要保護(hù)好環(huán)境、提高資源利用率。

智能化生產(chǎn)采用了最為先進(jìn)和有效的智能化手段和措施，大大提高了生產(chǎn)效率和成品優(yōu)品率，在同等能源消耗的條件下，可以生產(chǎn)出更多的、合格的產(chǎn)品，這也會積累性地體現(xiàn)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益上。

機(jī)械制造的智能化技術(shù)應(yīng)用向著工藝的多軸化、復(fù)合化方向發(fā)展，不斷提升、加強(qiáng)復(fù)合加工能力，能保證生產(chǎn)工序、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)環(huán)節(jié)等均得到全面控制。數(shù)控機(jī)床為了實現(xiàn)智能化的加工，須在一臺機(jī)床上實現(xiàn)多種工序，完成復(fù)合型加工。

4 人工智能技術(shù)

4.1 人工智能的基本概念

人工智能就是設(shè)計和實現(xiàn)能解析數(shù)據(jù)的計算機(jī)和機(jī)器人，就讓機(jī)器有自動學(xué)習(xí)提高自身的能力，設(shè)計者可以創(chuàng)建方法，教會機(jī)器象人類一樣思維。感知、學(xué)習(xí)、邏輯推理、創(chuàng)造等行為是可以復(fù)制的，并能應(yīng)用到大多數(shù)行業(yè)。人工智能的原理就是輸送給機(jī)器數(shù)據(jù)信息，讓機(jī)器自行學(xué)習(xí)和發(fā)揮，最終完整實現(xiàn)既定的目標(biāo)。

4.2 人工智能技術(shù)的核心

4.2.1 計算智能

計算智能即機(jī)器具備極強(qiáng)的存儲能力、極快的運算能力，可基于海量的數(shù)據(jù)自行地深度學(xué)習(xí)并優(yōu)化底層邏輯，利用歷史經(jīng)驗指導(dǎo)當(dāng)前環(huán)境。由于計算力的持續(xù)發(fā)展、儲存能力的不斷升級，計算智能已基本實現(xiàn)。

4.2.2 感知智能

感知智能是指使機(jī)器具備聽覺、視覺、觸覺的感知能力，可使非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化，并以人類的溝通方式與用戶進(jìn)行互動。隨著各類技術(shù)發(fā)展，許多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)被挖掘，圖像、語音、觸點、視頻等和感知有關(guān)的感知智能在高速發(fā)展。無人駕駛汽車就運用了感知智能，通過各種傳感器，感知周圍環(huán)境并進(jìn)行處理，從而有效指導(dǎo)其運行。

4.2.3 認(rèn)知智能

認(rèn)知智能較為復(fù)雜，是指機(jī)器像人一樣，有理解能力、推理能力、歸納能力，有運用知識的能力。目前認(rèn)知智能技術(shù)還在研究探索階段，要將認(rèn)知智能推入發(fā)展的快車道，還有很長一段路要走。

4.3 人工智能技術(shù)的價值

4.3.1 預(yù)測性維護(hù)

針對設(shè)備、設(shè)施的故障，實現(xiàn)由原來被動維護(hù)到事先預(yù)測和綜合性規(guī)劃管理。其經(jīng)濟(jì)意義是降低設(shè)備的故障率及停機(jī)時間、提高設(shè)備利用率，保證設(shè)備持續(xù)使用，避免意外停工，提高企業(yè)生產(chǎn)效率；同時減少維修費用及設(shè)備整個生命周期成本，對必要性不大的維護(hù)項減少所用時間和資源。

4.3.2 品質(zhì)分析優(yōu)化

基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過對品質(zhì)、生產(chǎn)等過程數(shù)據(jù)的價值挖掘，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程品質(zhì)異常的提前預(yù)警、異常根因分析、異常解決處理到結(jié)果驗證等閉環(huán)解決品質(zhì)問題，并通過品質(zhì)分析優(yōu)化模型，沉淀經(jīng)驗，切實解決企業(yè)異常定位處理難點，并實現(xiàn)異常精準(zhǔn)預(yù)警，減少損失。

4.3.3 外觀缺陷檢測

基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)與AOI 檢測設(shè)備的結(jié)合，對各類缺陷圖片進(jìn)行訓(xùn)練，開發(fā)具有自主學(xué)習(xí)能力的缺陷檢測模型，實現(xiàn)不間斷、高精度的缺陷檢測，能夠大大減少復(fù)判人力、提升檢測效率。

5 智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 智能工廠

我國具有柔性化、敏捷化、智能化特征的智能工廠項目正在朝著縱深方向發(fā)展，市場顯性需求逐漸顯現(xiàn)。新時期的5年政策方向指引，以及國外目前仍然受疫情影響等因素，中國智能制造領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展黃金時期。

智能工廠廣泛地應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，新能源汽車制造進(jìn)入全新階段，也推動了裝備制造向前發(fā)展，遠(yuǎn)程辦公、線上教育也促進(jìn)了手機(jī)、電腦、集成電路、家電的快速發(fā)展，而這些又都是機(jī)器人、高端機(jī)床等上游裝備制造業(yè)的的主要應(yīng)用領(lǐng)域，較長產(chǎn)業(yè)鏈，快速發(fā)展帶動了全產(chǎn)業(yè)鏈的共同復(fù)蘇。

5.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將獲得更高的采用率。如果數(shù)字可以作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，那么智能制造業(yè)將越來越多地通過多種方式利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來改善工業(yè)流程。隨著制造商將重點從優(yōu)先考慮成本和效率的線性交易轉(zhuǎn)向效率和客戶價值，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將成為一個關(guān)鍵焦點。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將是組織現(xiàn)代化進(jìn)程的基石，因為它將推動一種更全面和可持續(xù)的方法來提供新的客戶體驗。

5.3 增強(qiáng)的AI/ML用例

增強(qiáng)的AI/ML 用例以提高可預(yù)測性和效率。制造商將越來越多地利用先進(jìn)的自動化技術(shù)來優(yōu)化規(guī)劃，而不是使用只能得出有限見解的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)集。這意味著企業(yè)將利用外部數(shù)據(jù)集，包括供應(yīng)商、客戶甚至天氣預(yù)報員的整個價值鏈?；贛L 的工具和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的組合將在過程改進(jìn)、生產(chǎn)、質(zhì)量控制和安全等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

5.4 增材制造

增材制造成為真正的工業(yè)制造技術(shù)，是增材制造或3D 打印技術(shù)的真正轉(zhuǎn)折點。全球制造商使用3D打印的力量快速發(fā)明新產(chǎn)品，按需制造，最重要的是，在供應(yīng)鏈遭受嚴(yán)重打擊時可在本地制造。增材制造過程中最大的進(jìn)步之一是融合了機(jī)器學(xué)習(xí)，這為3D 打印帶來了數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，并開放了更成熟的用例。數(shù)字孿生是另一種趨勢，將徹底改變3D 制造。

5.5 數(shù)字技術(shù)

數(shù)字技術(shù)幫助制造業(yè)實現(xiàn)新轉(zhuǎn)變，遠(yuǎn)程工作和協(xié)作是制造業(yè)必須習(xí)慣的新常態(tài)。作為一個遠(yuǎn)程工作是一個陌生概念的行業(yè)，到目前為止，制造業(yè)必須對其工作方式進(jìn)行重大變革。在新常態(tài)下，企業(yè)必須確保非關(guān)鍵員工可以繼續(xù)遠(yuǎn)程工作，同時為關(guān)鍵員工提供安全的工作環(huán)境。因此，公司的投資將超越協(xié)作、物理距離和位置追蹤技術(shù)。

5.6 過程自動化技術(shù)

制造企業(yè)還將投資于過程自動化技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率。同時，云將繼續(xù)是一個戰(zhàn)略投資領(lǐng)域，以推動該領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和所有這些現(xiàn)代化舉措。隨著企業(yè)努力保持敏捷性和彈性，制造業(yè)預(yù)計將超過云計算的平均采用率。制造將成為行業(yè)的新常態(tài)。

6 結(jié)束語

機(jī)械制造是我國工業(yè)中最為基礎(chǔ)性的重要組成部分，不僅能衡量工業(yè)水平，而且對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。機(jī)械制造智能化應(yīng)用水平，對我國機(jī)械制造業(yè)發(fā)展將起到重要作用。

未來，更多的新技術(shù)必將應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，機(jī)械制造智能化技術(shù)的應(yīng)用，是現(xiàn)代多學(xué)科技術(shù)與工業(yè)創(chuàng)新的結(jié)合，是國家機(jī)械制造業(yè)能力的標(biāo)志，也是國家工業(yè)的基礎(chǔ)和支柱。因此，必須清楚機(jī)械制造智能化技術(shù)發(fā)展趨勢，使我國機(jī)械制造能力具有世界先進(jìn)水平。