論機械制造的智能化技術發展趨勢

一、機械制造技術的發展

在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體。機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技術發展趨勢

（一）性能發展方向

(1)高速高精度高效化

速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化

包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大。可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群拉系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。

(3)工藝復合性和多軸化

以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工。正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。

(4)實時智能化

早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。

（二）功能發展方向

(1)用戶界面圖形化

用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前Internet、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術，也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用。人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。

(2)科學計算可視化

科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語育表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。

(3)插補和補償方式多樣化

多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、多項式插補等。

(4)內裝高性能PLC

數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實側，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

(5)多媒體技術應用

多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域。應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。

（三）體系結構的發展

(1)集成化

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度，應用LED平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點。可實現超大尺寸顯示。

(2)模塊化

硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化，根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。

(3)網絡化

機床聯網可進行遠程控制和無人化操作，通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

三、智能化新一代PCNC數控系統

當前開發研究適應于復雜制造過程的、具有閉環控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統已成為可能，智能化新一代PCNC數控系統將計算機智能技術，網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環控制體系。

（作者單位：長江大學機械學院）