基于智能制造技術的智能機械制造工藝

唐 卿

（揚州中集通華專用車有限公司，揚州 225009）

智能制造是我國工業現代化的一個重要標志，也是今后工業發展的一個潮流趨勢。智能化時代，要求機械制造業能夠充分利用當前現有的智能制造技術，對傳統機械制造工藝進行創新發展，形成新的智能機械制造工藝，提升機械制造的效率和質量，推進機械制造業不斷發展。當前，我國智能機械制造技術工藝系統主要包括智能通信設備、智能制造控制系統以及可編程控制系統等[1]。但是，國內當前的智能機械制造工藝水平與國外發達國家相比仍存在一定差距，需要進行創新發展。因此，基于當前我國實際應用的智能機械制造工藝，探討了智能機械制造工藝的創新 發展。

1 智能制造技術概述

智能制造技術是從智能制造系統的實際特點出發，基于分布式制造網絡，采用分布式集成思想，利用分布式人工智能相關理論及技術方法，使制造單元實現柔性智能化，并實現網絡制造系統下的智能化柔性集成。這里的系統集成主要可分為制造系統的內部集成和外部集成兩個方面。內部集成主要包括機械設計、機械生產、機械管理等動態智能化集成，也稱為縱向集成[2]。機械制造企業之間通過智能云平臺實現集成、協作和共享，也稱為橫向集成。外部集成則主要是與機械制造業相關的產業鏈集成[3]。

智能制造技術的特點主要表現在3個方面。第一，制造生產智能化表現突出。在智能機械制造生產中，可對生產信息進行全面、實時采集和動態監控[4]。第二，資源優化配置的智能化。網絡信息具有共享性、開放性等突出特點，將機械制造技術與信息技術融合，通過網絡平臺實現跨地域資源整合及配置，能解決傳統生產受地域限制的問題。通過互聯網能夠使機械制造業相關產業鏈上的企業實現資源共享和信息共享，從而使機械制造生產所用的原料和零部件能夠隨時通過物流運往目的地。第三，可實現控制的系統化。智能制造技術的基礎是數字化技術，同時合并了智能優化技術、知識處理技術、智能數控技術等。將這些技術集成應用于機械制造業，有利于實現行業穩定發展[5]。

2 智能制造技術在機械制造業中的應用

2.1 智能通信在機械制造業中的應用

智能通信在機械制造業中的應用，主要體現在物聯網技術應用層面。物聯網不僅包含了通信技術，而且包含了網絡信息技術。我國機械制造業已經有信息化和工業兩方面的發展經驗，因此物聯網技術在機械制造業中的應用具有良好的基礎條件。基于物聯網的特點，在智能通信方面主要結合該技術的射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術和數據集成技術來支持機械制造業的發展。機械制造業對物聯網技術的應用架構如圖1所示。

從機械制造企業的物流、生產、綠色制造以及資源4方面出發，通過物聯網技術實現智能化。

2.1.1 智能化和綠色化生產制造

物聯網技術可通過激光測距技術、RFID技術和無線通信技術，將機械生產相關數據庫與生產管理系統進行連接，實時監控生產車間各環節，有效提升10%以上的生產效率。中華人民共和國工業和信息化部下發的有關綠色制造的實施方案，旨在實現機械制造的節能降耗，應用物聯網技術實現機械制造的綠色化，并降低機械制造時的能源消耗，從而滿足國家在制造業方面提出的節能降耗需求。

2.1.2 物流監管

機械設備、物料在運輸時，需要對物流運輸車輛進行追蹤和定位。采用全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、無線傳感技術及RFID技術，可實現對物流車輛進行實時定位跟蹤和遠程監控，掌握機械設備運輸的實際位置，從而為開展機械設備、物料的接收提前做好準備工作，有利于開展機械制造生產，實現物流與生產的一體化，節約了物流成本，提升了物流運輸效率。

2.1.3 資源管理

物聯網技術能夠建立倉庫庫位、存儲物品以及搬卸工具三者統一識別系統，可以在人員以及車輛上裝備RFID芯片，實現人員及車輛的實時管理，使機械制造生產的作業流程規范化。通過物聯網技術還能夠實現物料的有效監管，及時了解物料供給情況，保證生產線的持續化生產。

2.2 可編程控制系統在機械制造業中的應用

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）系統，可滿足內部存儲機械制造的具體要求，同時執行順序、邏輯以及算術運算，具有計數、計時功能。采取模擬式或者是數字式的輸出以及輸入方式控制和設計機械制造生產，從而有效開發機械功能，優化機械設計，提升機械工作效率，為機械設備的維修工作奠定基礎。在機械制造業生產中，PLC系統主要應用于機械手的控制。控制機械手的主要動作包括手臂伸縮和升降、手爪張閉以及腰部旋轉等。在機械手的各項運動中，垂直運動和水平運動主要通過液壓驅動來實現。液壓驅動需要安置電磁閥來進行控制。PLC系統應用于機械制造生產車間上下料機械手設備時，能夠實現自動化控制。通過PLC系統在機械制造生產車間中的應用能夠提高機械制造生產效率，在一定程度上保證了車間生產人員的安全，提高了生產效率，節約了能源消耗，提高了生產精度，減少了原料浪費，有效控制了生產成本，具有重要的經濟效益和安全性。

2.3 智能制造控制系統在機械制造業中的應用

搭建智能制造控制系統時，可將智能制造技術應用于機械制造過程。將系統開發的通信功能嵌入機械制造控制系統，同時借助可編程控制、嵌入式控制以及工控機等系統，提升智能機械制造的可控制能力，保證制造生產的安全性。在智能制造控制系統中，分布式控制系統屬于今后機械制造業發展的主要方向，可較快與市場需求和制造要求相適應，創建機械制造的新模式。

智能制造控制系統可分為5個模塊，分別為訂單管理、裝配物流調度、物料管理、混流裝配線平衡以及系統管理。其中：訂單管理和物料管理屬于智能制造控制系統的基礎；裝配物流調度是將混流裝配線的平衡結果作為條件，實現物流效率的提升；混流裝配線平衡屬于系統的核心，主要是利用MATLAB編寫智能算法；系統管理主要包括系統簡介、用戶管理等內容。

該系統的有效運行主要依托數據庫技術，所以若要在機械制造生產中合理使用該系統，需提前構建完善的數據庫，將各類數據信息錄入對應的數據庫，主要包括用戶信息、訂單信息、工位狀態信息、裝配工序信息、物料信息、物流信息及產品信息等內容，如表1所示。

表1 智能制造控制系統數據庫信息表

通過應用該系統，無論是在訂單管理還是在實際的機械制造生產管理方面，均能夠實現智能化監管，保證機械制造的效率。

3 智能機械制造工藝的創新發展

3.1 分散多動力

要實現智能機械制造工藝的創新發展，必須達成分散多動力。針對各技術效率要求，機械制造工藝需要依照集中動力源輸出特性和負荷程度進行更新和優化。要實現機械制造工藝的創新，必須滿足節能高效、高質、柔性等要求，實時監控機器內部的每一個環節對應的運動特性。在機械制造工藝創新發展中，各機械設備均需要保證技術效率達到一定標準，這是分散多動力的具體要求。所以，在智能機械制造工藝創新發展中，各機械設備均需要依據既定自由度運動來實現動力源驅動。機械制造工藝創新必須通過液壓、機械以及氣壓等各種動力源類型來驅動某一運動部件，從而使各傳動零部件實現協同運轉。目前，智能機械制造工藝在實現分散多動力方面仍存在關鍵技術問題尚待解決，如分散多動力優化模型與設立體系的構建、智能化類型的分散多動力源對應的數據庫構建、智能化類型的動力源的創新研發、標準化分散多動力部件的研發以及模塊化與信息化的實現等。

3.2 伺服電直驅

智能機械制造工藝的創新需要解決動力源創新問題。伺服電直驅是一種常見的機械制造驅動技術，對其進行創新需要經歷復雜的過程，目的是改進和解決使用機械制造技術出現的彈性變形、運動遲滯以及轉動慣性等問題，并提高機械制造過程中的精度和運行過程中的可靠性，降低機械設備的維修維護成本，縮短機械設備的維修維護時間，并在機械傳動創新方面能夠持續改進傳動性能，使機械制造工藝的創新更加高效化、智能化、高精確化以及節能化。在開展直驅和零轉動設計時，中間機械轉動可提升電動機直驅效力。在創新智能機械制造工藝時，可實現零轉動效力，從而能夠通過直驅系統實現機電一體化。在創新伺服電直驅時，需要重點解決伺服電機高性能化問題，同時要通過動力學原理開展創新研究，重視控制器、驅動器的研發，從而為智能機械制造工藝提供技術 支持。

3.3 集成一體化

智能機械制造工藝創新需要重視集成一體化的實現，即有機融合機械設備、管理軟件以及電氣技術，使機械制造工藝實現精密化、智能化、低耗能化以及高效化運行，使機械制造設備內部的零部件在液壓、氣壓、機械以及電氣等傳動方式上得到優化，使智能化與機械制造、各項機械制造工藝之間實現融合，從而促進智能機械制造工藝的創新和發展。在搭建集成一體化體系時，必須實現機械零部件、自動度動力源、傳動系統以及工作機構等的一體化，使智能傳感器能夠嵌入機械設備零部件，通過機械設備的運轉獲得數據，根據數據實現智能化管理，保證機械制造工藝有效執行，提高機械制造的效率和質量，推動機械制造業的發展。此外，集成一體化要求將智能化管理和智能化生產集成于一體，通過智能化管理促進智能化生產順利開展，保證機械制造業的生產管理能夠獲得智能化技術的支持，最終真正實現機械制造業的智能化發展。

4 結語

智能化時代，機械制造業若要實現現代化，必須重視對智能化技術的創新應用，做到順應時代的發展潮流，不斷創新發展機械制造工藝。通過智能化技術實現智能管理和智能生產，從而提升機械制造的能效，使機械制造生產能夠滿足節能降耗的要求和標準，提升資源利用率，降低機械制造生產成本，實現機械制造業的創新發展。