淺談機械制造的智能化技術的發展趨勢

程玉林　孫允月

【摘要】機械制造業國國民經濟的基礎產業，它在國民經濟GDP所占的比例以及對其他產業的感應系數都很重。機械制造業的發展直接影響到我國國民經濟各部門的發展，影響到我國國計民生和國防力量的強大。放眼全球，制造業，特別是機械制造業和高技術的關系中，有兩種發展趨勢，一是智能化科技極大地改變著制造業，二是制造業正在全方位地走向智能化技術。

【關鍵詞】機械制造；智能化技術

一、機械制造智能化技術的發展

機械智能化技術就是指將傳統的機械制造技術與現代科學技術相結合，通過信息技術滲透、新產品的研制與開發，設計與制造、管理與銷售等各個領域，形成以精密成型與加工技術、現代設計技術、自動化技術、系統管理技術等為豐要范疇的先進制造技術，在現代制造系統中，智能化技術是關鍵技術，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，智能化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

1、性能發展方向

（1）高速高精度高效化。現代化機械制造技術發展的方向之一是精密加工，超精密加工技術，微型機械。精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復合加上（如機械化學研磨，超聲磨削和電解拋光等）三大范疇。目前，納米技術己在納米機械學、納米電子學和納米材料技術得到了應用，納米技術大大促進了機械科學、光學科學、測最科學和電子科學的發展。而超精密加工技術正朝著納米技術發展。譬如美國1997年首次制造出直徑僅為60μm的靜電微型電機，以及幾十微米的微型齒輪、彈簧及微型機構。

（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。機械制造業智能化正在向工藝復合性多軸化發展，主要目是增強復合加工，即減少生產環節、生產工序、生產輔助時間的。正朝著多軸，多系列控制功能方向發展。譬如某一臺數控機床的智能化加工，把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。

2、功能發展方向

（1）向用戶界面圖形化發展。用戶界面的概念是通過數控系統來實現與使用者之間的對話接口。圖形化用戶界面比較直觀，操作也更簡單。大多情況下，用戶只需要通過鼠標的單擊就能完成任務，計算機系統會以窗口或者對話框的形式顯示相應信息。圖形化用戶界面是個統稱，包括許多元素，如圖標，窗口，菜單，對話框等。圖形用戶界面大大地方便了非專業人士的使用。操作工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）向科學計算可視化發展。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言表達，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。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

（3）向插補和補償方式多樣化發展。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。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。

（4）向集成化發展。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芯片等控制系統，大大提高了機械制造業智能化的性能，同時LED平板顯示技術，具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點。機械制造業智能化控制系統向集成化發展是將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度，減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，大大提高了系統的可靠性。

3、體系結構的發展

（1）集成化。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芯片等控制系統，大大提高了機械制造業智能化的性能，同時LED平板顯示技術，具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點。機械制造業智能化控制系統向集成化發展是將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度，減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，大大提高了系統的可靠性。

（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，做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。此外，網絡通訊技術的快速發展，加速技術信息的交流、加強產品開發的合作和經營管理的學習，近幾年計算機聯網形成了巨大的浪潮，它使計算機的實際效用得到大大的提高。機械制造業智能化采用網絡化機可進行遠程控制和無人化操作，通過聯網，對加工產品進行編程，設定、操作、運行，推動了企業向著既競爭又合作的方向發展。

三、結論

機械制造的智能化技術是現代技術和工業創新的集成，是國家機械制造業的水平的重要標志，更是國家工業的基礎和支柱。因此，我們應在了解機械制造的智能化技術發展趨勢，讓我國現代機械制造業與世界發達國家站在同一起跑線上。

【參考文獻】

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