機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用探究

秦鑫 劉娓娓

蘇州科標(biāo)技術(shù)咨詢有限公司 江蘇 張家港 215600

引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能制造已經(jīng)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。機(jī)械加工信息化技術(shù)作為智能制造的重要支撐，正發(fā)揮著越來越重要的作用。文章也將探討如何通過加強(qiáng)信息安全保護(hù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和協(xié)議、建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等措施，推動(dòng)機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用和發(fā)展，以期為制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供有力的技術(shù)支撐。

1 機(jī)械加工信息化技術(shù)概述

1.1 機(jī)械加工信息化技術(shù)概念

機(jī)械加工信息化技術(shù)是指將信息技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工過程進(jìn)行自動(dòng)、智能化控制和管理的技術(shù)。它通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，將機(jī)械加工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)化和信息化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化、透明化和精細(xì)化。機(jī)械加工信息化技術(shù)包括了CAD/CAM系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、傳感器、云計(jì)算等多種信息化技術(shù)，其中以數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM系統(tǒng)為主要代表。

1.2 機(jī)械加工信息化技術(shù)分類

機(jī)械加工信息化技術(shù)可以根據(jù)其應(yīng)用范圍和功能特點(diǎn)進(jìn)行分類。以下是對(duì)機(jī)械加工信息化技術(shù)的分類進(jìn)行詳細(xì)論述。

1.2.1 數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工信息化技術(shù)的核心之一，通過將數(shù)字指令輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精確加工。數(shù)控技術(shù)能夠提高加工質(zhì)量、降低加工成本、縮短加工周期，并且具有靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

1.2.2 CAD/CAM技術(shù)。CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）和CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）技術(shù)是機(jī)械加工信息化技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。CAD技術(shù)通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字化表示，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性；CAM技術(shù)則將CAD所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為機(jī)床能夠理解的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化加工。

1.2.3 傳感器與監(jiān)控技術(shù)。傳感器是機(jī)械加工信息化技術(shù)中的重要組成部分，可以實(shí)時(shí)獲取加工過程中的各種參數(shù)和信號(hào)，如溫度、壓力、速度等，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。傳感器與監(jiān)控技術(shù)可以有效監(jiān)測生產(chǎn)過程中的異常情況，及時(shí)調(diào)整加工參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。

1.2.4 機(jī)器人技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)在智能制造中具有重要地位，它能夠完成復(fù)雜的加工任務(wù)，提高加工效率和精度。機(jī)器人技術(shù)與機(jī)械加工信息化技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工件裝夾、刀具更換、加工路徑規(guī)劃等功能，大大提高了生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。

1.2.5 云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)。云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和分析，為智能制造提供強(qiáng)大的支持。在機(jī)械加工中，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)可以應(yīng)用于生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等方面，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和優(yōu)化。

1.3 機(jī)械加工信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工信息化技術(shù)也取得長足進(jìn)步。目前，我國機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)用信息化技術(shù)的程度整體上提高。CAD軟件應(yīng)用已成熟，主流產(chǎn)品有UGS、CATIA、Pro/E等。3D設(shè)計(jì)能力普遍提高，結(jié)構(gòu)分析和性能模擬能力也大幅提升。CAM軟件應(yīng)用也日益廣泛，CNC程序自動(dòng)生成能力明顯增強(qiáng)。支持5軸和多軸加工的軟件越來越多。云CAM技術(shù)興起，為中小企業(yè)提供在線CAM服務(wù)。企業(yè)級(jí)ERP和MES系統(tǒng)應(yīng)用加快，產(chǎn)品生命周期管理能力不斷增強(qiáng)。大型企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了ERP全面應(yīng)用。中小企業(yè)逐步采用行業(yè)MES解決方案。智能制造技術(shù)研發(fā)成果不斷涌現(xiàn)。智能機(jī)床、智能工廠先導(dǎo)項(xiàng)目紛紛出臺(tái)。機(jī)器人、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在制造業(yè)得到廣泛探索應(yīng)用。

然而，我國機(jī)械制造企業(yè)信息化水平與發(fā)達(dá)國家還有差距。中小企業(yè)信息化程度偏低，系統(tǒng)集成能力待提升。產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同程度有待加強(qiáng)。新技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用面還較小。

2 智能制造概述

2.1 智能制造概念

智能制造是指通過信息技術(shù)在制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)深度集成，從而提升企業(yè)生產(chǎn)效率和競爭能力的一種新型制造模式。智能制造的核心概念是利用信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。它強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)生產(chǎn)資源之間實(shí)現(xiàn)深度連接和協(xié)同，形成一個(gè)開放、智能的生產(chǎn)體系。

2.2 智能制造特征

智能制造借助自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化操作和控制，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確性[1]。同時(shí)，智能制造通過信息技術(shù)的應(yīng)用，將企業(yè)內(nèi)外部的信息資源進(jìn)行集成和共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息流暢和協(xié)同。此外，智能制造通過數(shù)字化技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的靈活調(diào)整和個(gè)性化定制，適應(yīng)市場需求的變化。最后，智能制造依靠數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化監(jiān)控和決策，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量管理水平。

3 機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

3.1 信息收集與傳輸

3.1.1 傳感器技術(shù)應(yīng)用。傳感器技術(shù)在智能制造中起著關(guān)鍵的作用，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和采集機(jī)械加工過程中的各種物理量和狀態(tài)信息。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能制造中扮演著重要的角色，它能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械加工信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享。通過將機(jī)床、傳感器和計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。例如，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)查看機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)、加工進(jìn)度和故障信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維修。

3.1.3 通信技術(shù)應(yīng)用。通信技術(shù)在智能制造中起著橋梁的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。通過采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議和接口，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床、傳感器和計(jì)算機(jī)等設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信。例如，通過以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)總線等通信方式，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床與傳感器之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化和智能化控制。此外，通信技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠商設(shè)備之間的互聯(lián)互通，促進(jìn)制造資源的共享和協(xié)同。

3.2 信息處理與分析

3.2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能制造中發(fā)揮著重要的作用。通過對(duì)機(jī)械加工過程中采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理，可以挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢。例如，可以通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立起機(jī)床和刀具的使用壽命模型，從而預(yù)測其剩余壽命，實(shí)現(xiàn)精確的維修和更換計(jì)劃；還可以通過對(duì)加工參數(shù)和工件質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，找到最佳的加工參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)加工過程的優(yōu)化。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。

3.2.2 人工智能技術(shù)應(yīng)用。人工智能技術(shù)在智能制造中得到了廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)機(jī)械加工過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)，可以構(gòu)建出具有自主學(xué)習(xí)和決策能力的智能模型和系統(tǒng)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以提高機(jī)械加工過程的自動(dòng)化和智能化水平，減少人為因素的影響，提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

3.2.3 模型識(shí)別技術(shù)應(yīng)用。模型識(shí)別技術(shù)是指通過對(duì)機(jī)械加工過程進(jìn)行建模和識(shí)別，獲取其內(nèi)在的規(guī)律和特征[2]。通過對(duì)加工過程的建模，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工參數(shù)和工件質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行描述和理解，為優(yōu)化加工過程提供依據(jù)。模型識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用可以提高對(duì)機(jī)械加工過程的理解和把握，實(shí)現(xiàn)加工過程的精確控制和優(yōu)化。

4 機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的問題

4.1 信息安全問題

隨著機(jī)械加工信息化技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信息安全問題也日益凸顯。在機(jī)械加工過程中，往往需要共享和傳輸大量的機(jī)器數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等敏感信息，這些信息的泄露、篡改或者被黑客攻擊都會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)利益造成嚴(yán)重的影響。因此，如何保障機(jī)械加工信息化的安全性，成為一個(gè)急需解決的問題。

4.2 系統(tǒng)集成問題

機(jī)械加工信息化技術(shù)的應(yīng)用往往需要多個(gè)系統(tǒng)之間的集成和協(xié)同，然而不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)格式、協(xié)議、接口等存在著差異，導(dǎo)致系統(tǒng)集成難度大、耗時(shí)長、成本高。此外，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互也存在著不穩(wěn)定性和可靠性問題，影響了整個(gè)機(jī)械加工過程的效率和質(zhì)量。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題

機(jī)械加工信息化技術(shù)的應(yīng)用往往涉及多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，因此需要遵守一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。然而，當(dāng)前機(jī)械加工信息化技術(shù)領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不同企業(yè)和廠家的實(shí)現(xiàn)方式存在著差異，導(dǎo)致了信息共享和協(xié)同困難，影響了整個(gè)智能制造的發(fā)展。

5 機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的解決策略

5.1 加強(qiáng)信息安全保護(hù)

首先，建立安全可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和信息平臺(tái)。通過采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，確保機(jī)械加工信息在傳輸和存儲(chǔ)過程中不受到未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。其次，加強(qiáng)數(shù)據(jù)加密和身份認(rèn)證。對(duì)機(jī)械加工信息進(jìn)行端到端的加密傳輸，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被竊取和篡改。同時(shí)，采用多因素身份認(rèn)證機(jī)制，限制用戶對(duì)機(jī)械加工信息的訪問權(quán)限，防止非法操作和泄露。

完善信息安全管理制度和應(yīng)急預(yù)案。建立健全的信息安全管理制度，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械加工信息的監(jiān)控和管控。同時(shí)，制定完善的信息安全應(yīng)急預(yù)案，針對(duì)可能發(fā)生的安全事件，及時(shí)采取相應(yīng)的處置措施，最大限度地減少損失。

5.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，開發(fā)通用接口和服務(wù)

針對(duì)系統(tǒng)集成的相關(guān)問題，首先需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，針對(duì)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議存在差異的問題，可以通過建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通、共享和交互[3]。例如，采用XML、JSON等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，采用TCP/IP、HTTP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，簡化系統(tǒng)集成難度和成本。同時(shí)，開發(fā)通用接口和服務(wù)。通過開發(fā)通用的接口和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互，提高系統(tǒng)集成的效率和質(zhì)量。其次，采用中間件技術(shù)。中間件技術(shù)可以將不同的系統(tǒng)集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同。例如，采用消息隊(duì)列、RPC等中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的異步通信和數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5.3 建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，推動(dòng)行業(yè)協(xié)同

針對(duì)機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題，立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范勢在必行。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范包括數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、接口規(guī)范等方面。例如，ISO/TC184等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織可以制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。同時(shí)需要推動(dòng)行業(yè)合作和協(xié)同。通過推動(dòng)不同企業(yè)和廠家之間的合作和協(xié)同，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的共同制定和實(shí)施，共同推動(dòng)機(jī)械加工信息化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

6 結(jié)束語

機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，但同時(shí)也面臨著一些挑戰(zhàn)和問題，這就需要加強(qiáng)信息安全保護(hù)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和協(xié)議、建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等策略，推動(dòng)機(jī)械加工信息化技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用和發(fā)展。相信在各方共同努力下，機(jī)械加工信息化技術(shù)將會(huì)為智能制造的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。