智能制造產業發展以及先進的數控技術分析

王澤琪

（德州職業技術學院，山東德州 253034）

0 引言

制造產業是世界上許多國家的支柱產業，隨著社會經濟的發展以及科學技術的不斷進步，制造產業以及許多先進的數控技術也在朝著開放型、智能化方向發展。隨著全球智能化制造的發展，數控技術的模式從專用封閉式開環控制模式，逐漸變為通用開放式全閉環控制模式，先進的數控技術應用于制造產業，對于制造產業的智能化發展具有重要意義。

數控技術是制造產業發展水平的重要體現，對于制造產業的自動化、智能化發展有著極其重要的作用。它也是當今社會制造產業系統的動力源泉。我國的制造產業規模巨大，也擁有較為完整的體系，在國內得到了普遍重視，政府也制定了許多有利于制造產業發展的政策。但是，我國制造產業的整體智能化水平仍需進一步提高。

1 我國智能制造產業在發展中的優勢和面臨的挑戰

1.1 智能制造產業在發展中的優勢

我國工業生產制造體系較為完整，許多企業都建立了完善的生產制造能力體系，相關行業也都在向智能制造產業的方向發展。在世界排名較前的主要工業品中，我國生產制造的工業品的產量許多都占據在全球第一位，我國的制造產業的競爭力指數也非?？壳啊?/p>

在部分智能制造相關領域中制造產業具有一定的優勢，在部分相關行業也取得了重大突破，例如制造產業中具有關鍵作用的數控技術。目前我國數控技術以及相關產業都已經具備了堅實的基礎，產業布局也相對完善，而且國產數控機床數控系統發展也較為迅速，相應的配套應用設施也非常完善。

在ICT（Information and Communication Technology，信息和通信技術）設備制造和互聯網應用方面，智能制造產業也具有一定優勢。隨著互聯網技術的快速發展，我國的ICT 設備制造產業、應用軟件產業、互聯網產業等均取得了一定發展，較高的互聯網應用水平為智能制造產業的發展提供了人才和技術基礎。

1.2 智能制造產業在發展中面臨的挑戰

我國制造產業規模巨大，但大而不強的特征明顯。目前，我國制造業增加值率遠遠低于工業發達國家的水平，制造業增加值占據GDP 的份額與其能源消耗占據全國能耗的份額相比，存在著較大差距。我國的高端數控機床大部分還依賴于進口，制造業中創新能力不強、核心技術薄弱和資源浪費嚴重等現象仍然存在。同時，我國制造業也面臨著發達國家和發展中國家的雙重擠壓。隨著經濟全球化的不斷深入發展，許多國家都制定了新的工業發展戰略，引導企業把高端制造產業引回國內，促進自己國家制造產業的再發展。一些發展中國家也加大了開放的力度，不斷吸引外資，以促進本地區制造業的發展。從目前的情況來看，我國的生產制造企業也面臨著成本、環境以及資源的多重壓力，促進企業快速轉型，不斷提高制造產業的智能化水平，是制造行業尋求進一步發展必須要做的事情。

2 智能制造產業中的先進的數控技術

2.1 智能制造的相關內容

隨著計算機信息技術以及先進制造技術的快速發展，將兩種技術相互融合應用于制造產業領域，就形成了智能制造，整個智能制造貫穿于制造產業的設計、生產、管理、和服務等各個環節，是當今社會下一種新型生產方式。智能制造的本質就是將信息技術和制造技術進行深度的融合，發揮兩者的優勢來促進制造產業智能化發展。為了成為世界制造強國，我國制定了相應的智能制造的戰略目標，依托于生產要素和互聯網，對制造產業進行智能轉型，從而推動制造產業的進一步發展。

實現制造產業的智能化發展，就必須要實現高端制造裝備以及對相關控制的智能化，高端制造裝備實際上是人機一體化的智能系統，其融合了先進的制造技術、信息通信技術以及人工智能技術，具體表現在高端數控機床、工業機器人、3D 打印設備等領域（圖1）。

圖1 智能制造主要內容

2.2 智能制造相關的先進的數控技術

在全球制造產業智能化發展的背景下，相關先進的數控技術也在向智能化方向發展。對于數控技術來說，高檔數控機床是其物質載體。在集成制造系統中，高檔數控機床作為獨立制造單元，通過相應先進技術的支持，也推動了集成化智能制造系統的發展。智能制造與先進的數控技術之間的邏輯關系如圖2 所示。

圖2 智能制造和數控技術之間的邏輯關系

先進的數控技術是高檔數控機床的核心競爭力，高檔數控機床集成了多種先進的數控技術，包括智能編程技術、多軸聯動技術、高速高精控制技術和機床誤差補償技術等。下面介紹高速高精聯動控制技術、機床多源誤差補償技術和智能化控制技術。

2.2.1 高速高精聯動控制技術

數控機床與普通機床的最大的區別是能否進行多軸聯動來控制加工過程，而在多軸聯動的情況下，其實時精確控制會存在一定困難。針對高速高精聯動控制技術，信息實時交互式現場總線技術以及多軸聯動同步控制技術是該技術的子技術?，F場總線技術在制造產業中已經實現了多種總線并存的局面，能夠滿足高速高精的相關控制需求，對實現數控設備和數控系統間同步、高效的通信具有重要作用。

針對多軸聯動同步控制技術，在實現數控設備和數控系統間同步、高效通信的情況下，最終運動輪廓的誤差會受到多軸聯動同步誤差的直接影響，這就需要對伺服控制的精確同步進行保證。但多伺服軸的高速高精同步仍然存在一些問題，國內外許多學者已經從控制策略和控制算法等方面對這些問題進行解決。

2.2.2 機床多源誤差補償技術

數控機床多軸聯動加工的精度受到多方面因素的影響，在這個過程中也會產生一定的誤差。機床多源誤差的來源包括機床各零部件原始制造、安裝或磨損時引起的幾何誤差。企業為了提升加工精度，目前廣泛采用的是一種機床多源誤差補償技術，如幾何誤差補償技術、熱誤差補償技術等，該技術經濟高效、操作也容易控制。機床幾何誤差一般是在機床各零部件進行原始制造、安裝或者磨損時引起的。幾何誤差補償方法主要有誤差模型解耦分離和輪廓精度反饋控制等。

使用機床幾何誤差補償技術進行相應補償后，制約精密數控機床加工精度的因素還有熱變形誤差。該誤差來源于表征機床溫度變化引起的零部件相對位置以及其形狀發生變化的原因。熱誤差具有許多特性，包括時滯時變、多項耦合和復雜非線性。在人工智能技術不斷發展的情況下，關于熱誤差的實證建模方法得到了迅速發展，從而也提高了機床功能部件和整體熱誤差的預測精度。

2.3 智能化控制技術

在智能制造的大環境下，智能化控制技術已經成為高端數控機床普遍應用的技術。該技術以大數據采集為基礎，通過利用相應的數據和算法建立相關的模型，對數控機床進行動態數據采集以及實時監控，通過智能化控制技術的支持，數控機床能夠更好地了解自身的加工和運行狀態。

3 總結

在全球制造產業智能化發展的浪潮下，作為制造產業發展進步重要標志的先進的數控技術，成為眾多企業重點關注和研究的對象。隨著互聯網信息技術、人工智能技術、大數據挖掘等先進技術的融合應用，數控技術會變得越來越先進，制造產業的智能化發展前景也會越來越好。