機械加工領域中智能制造技術與系統可行性分析

姚元龍

摘 要：制造業作為一個國家的支柱產業，直接體現了國家的生產力水平。同時，制造業的發展也決定了該國的經濟實力。所謂機械加工，指的是使用加工機械改變被加工工件外形、尺寸、性能的過程。機械加工行業為其它工業企業源源不斷地生產出機械設備、零件、產品，因此，機械加工行業是現代工業化的基礎。———2000年以來，我國工業化速度不斷加快，數百種工業產品數量超過美國、俄羅斯、日本、歐盟28國，高居世界第一位。在我國工業化進程中，機械加工行業功不可沒。但我們必須看到：相較于發達國家，我國機械加工行業在技術上依然較為落后，存在著許多問題。為促進機械加工行業進一步向前發展，必須正視這些問題，必須在機械加工領域中推廣智能制造技術與智能制造系統。

關鍵詞：機械加工;智能制造技術;系統可行性

引言

我國制造業與工業發達國家相比有較大差距，其中勞動生產率與自動化程度低是一個重要的因素。我國大部分制造企業的制造工藝體系依舊停留在二維圖上，對設計人員的專業知識與技術要求較高。在產品制造出來之前無法檢驗出產品設計中的錯誤，發現問題以后再對產品設計做修改，重新規劃制造工藝，這樣大大增加了產品的開發成本和風險，產品的開發周期長，不能快速響應市場的需求。

1現代機械設計與制造工藝特征

現代機械設計與制造工藝特征主要涉及以下幾個方面：首先是設計工藝結合。在機械設計環節，為確保機械設計有效性，需要保證在設計調查環節得到有效保證。在現代機械設計中，機械制造企業通常會在設計生產前，根據設計調查的實際情況記錄相關數據，并將數據輸入計算機中，利用計算機進行自動化計算，從而獲得設計模板。因此，在現代機械設計中，可以實現設計工藝的有效結合，提高機械設計工藝的先進性。其次是控制環境影響?，F代機械設計與制造的一項重要特征是降低了對環境的影響。在傳統機械生產模式中，人工操作設計與制造流程勢必會存在資源浪費以及環境污染問題，而現代機械設計與制造工藝通過對先進技術的應用，能夠實現資源的回收利用，極大地提升了資源利用率，同時降低對環境的影響。

2智能制造與智能制造技術、智能制造系統

2.1工業1.0～4.0與智能制造

智能制造與智能制造技術、智能制造系統之一是工業1.0～4.0與智能制造。專家們研究了十八世紀以來工業制造業的發展歷程，指出人類工業化歷史可分為1.0～3.0三個時代。工業1.0時代從18世紀60年代延伸至19世紀中葉，在這一時代，蒸汽機工業生產取代了手工業生產，在人類史上第一次出現了機械制造業，但在工業1.0時代，機械制造以整機制造為主，生產速度非常慢，而且生產出來的蒸汽機質量較差，瓦特每天都必須帶著一幫工匠維修蒸汽機;工業2.0時代從19世紀下半葉延伸至20世紀初，在這一時代出現了流水線、標準化生產工藝與電動機，工程師與藍領工人們已經可以通過電力，在流水線上大批量生產標準化的機械零部件;工業3.0時代從20世紀70年代延伸至今天，在這一時代，計算機、信息技術、機器人技術應用到機器制造領域中，對工件的加工精度從厘米級提升至毫米級、絲米級、微米級。德國制造業專家與工程師們提出：在未來的工業4.0時代，機器加工、制造將走向多元化、數字化、個性化，而智能制造將成為機器制造的主流。智能制造，可以描述為：在機械加工生產的各個環節，在三維空間加時間的四個維度上，綜合運用RFID、工業互聯網、傳感器、信息技術、網絡技術、大數據技術、人工智能技術，以高度柔性與高度集成的方式，根據用戶的需求設計產品、以微米級的尺度加工工件，通過物聯網進行銷售。還有專家認為：智能制造不能僅僅涵蓋機械產品設計、加工、銷售三個環節，還必須涵蓋機械產品的報廢處理，機械加工產品使用壽命到期后，必須將其全部材料加以回收、再利用。

2.2基于DELMIA的虛擬裝配技術

智能制造與智能制造技術、智能制造系統之二是在DELMIA中構建變速器裝配仿真的PPR結構樹DELMIA最重要的核心功能是PPR HUB，是進行產品設計、規劃和驗證的紐帶，是產品-工藝-資源模型思想在DELMIA軟件中的重點體現。通過構建PPR結構樹可以完成DELMIA中的DPM（數字制造工藝）與DPE（數字工藝工程）、QUEST以及CATIA之間的數據傳輸。構建PPR結構樹主要有如下2個方面的工作。1）產品結構的構建。因為CATIA、SolidWorks軟件與DELMIA均由法國SolidWorks公司開發，所以CATIA、SolidWorks與DELMIA均存在著高度的共融性，DELMIA中的模型均可以在CATIA、SolidWorks創建。變速器零部件模型均由CATIA中創建，將已經創建好的零部件模型以CATproduct格式保存下來，然后導入PPR結構樹中的產品列表中。2）工藝結構的構建。在DELMIA裝配仿真中，產品零部件拆卸過程的逆過程是想要得到的正常裝配過程。所以可以采用“可拆即可裝”的思路模擬產品零部件的裝配過程，順序設置變速器各零部件的裝卸過程，并依次設置每個零部件的工藝節點。

2.3機械加工的自動編程

智能制造與智能制造技術、智能制造系統之三是實現機械加工的自動編程。目前國內大多數機械加工企業在運用數控技術時都是采用工作人員事先設定的程序，進而對機械設備展開工作控制。在人工智能進一步發展的當今時代，這一模式還需要得到進一步的創新。值得注意的是，通過人工設定程序進行控制盡管也能夠有效提高生產效率，但容易出現誤差，再調整時也需要耗費時間。因此，在未來的發展階段，要實現機械加工的自動編程。這要求企業加快對人工智能與數控技術的研究，從而掌握機械加工自動編程的核心技術，并盡快投入至生產實踐中去。

結語

總之，在機械加工領域全面推廣智能制造，有助于國內機械加工行業實現轉型升級，有助于打造中國機械加工業競爭的新優勢。因此，我們應當進行更加充分、更加精細的可行性研究，把這項事關中國機械加工行業未來發展的重大任務做好。

參考文獻：

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[2]史永樂，嚴良.智能制造高質量發展的“技術能力”：框架及驗證———基于CPS理論與實踐的二維視野[J].經濟學家，2019（09）：83-92.