機械制造智能化技術的發展及其應用

姚贊彬

（廣東利元亨智能裝備股份有限公司，廣東惠州 516000）

1 概述

智能化技術是包含了信息化技術、傳感技術、計算機應用及網絡技術的綜合應用，在科技發展中具有重要的意義，其價值在不斷地突顯。智能化技術的應用可大幅度提高生產效率和產品質量、降低人工成本和勞動強度。機械制造業是工業生產的重要組成，更能體現出智能化技術應用的價值，可視作工業生產與智能化技術相結合的范例。

機械制造業歷來是我國工業的基礎產業，是我國經濟的重要組成。由于智能化技術的廣泛應用，機械制造的生產效率、產品質量等都大幅度提高。智能化技術深度地應用于機械制造過程中，再配合計算機人工智能技術的應用，綜合了代理技術應用、智能制造機器應用、材料技術應用、現代管理技術以及系統工程的理論和方法的支持，按照標準化要求使整個機械制造趨于開放性、智能化。高度智能化機械制造可以實現無人干預下批量生產，這也正是機械制造智能化技術應用的最主要目標。機械制造中的智能化技術應用，可以使得機械制造的效率、精度得以顯著地提高，使企業的經濟效益和競爭力得到革命性的提升，從根本上整體性提高了產業發展水平。

2 機械制造的智能化應用

2.1 數控技術

數控技術的產生、發展及應用，在機械制造的發展中是必然的，數控技術是機械制造中的關鍵性技術。其包括了計算機技術、微電子技術、自動檢測技術、信息處理技術和自動控制技術等。借助現代計算機信息技術，現代機械制造業所要求的高精度、高效率以及柔性自動化等需求都有了實現的途徑。智能化技術的應用還可以顯著提高機械制造的整體效能，通過不斷調整、修正各類相關參數，實現故障的在線診斷和智能化自動處理。

數控系統的不斷創新，使其更具精準度和靈敏度，在制造環節可按具體需求自行調節，保障產品達標率。數控系統具備自治性、虛擬性和動態性，能將不同區域的設施組成邏輯網絡體系，實施統一管理。

2.2 自動化流水線

在智能化技術應用于機械制造的過程中，借助于智能化管理，系統可全面管控生產流水線，可收集、整理機械制造全過程的相關信息數據，實時動態調整各生產環節，顯著提高自動化生產效率和容錯率。

將智能化技術應用在機械制造各個環節中，可有效減輕人員勞動強度，大幅提高機械制造企業的經濟效益。當智能化應用在生產線上形成規模時，就實現了自主運行，僅需少量人員做技術支持，可實現生產線的自動運行。

2.3 生產管理智能化

機械制造企業在落實智能化技術應用時，將智能化技術全面融入產品的設計、生產和管理等環節中。面對管理滯后問題，智能化技術應用可構建起關聯系統，自動收集、整理相關數據，根據企業實際狀況，及時調整生產方案。

與機械制造企業管理相關，生產經營的各個環節都具有決定意義，利用計算機網絡和智能化技術實時收集、共享完整數據，支持智能管控，保證高效管理，極大地避免錯誤出現，保障機械制造的高效率。

2.4 機械制造生產智能化

機械制造業的智能化產品生產，是應用智能化技術的必然，機械制造過程和過程管理的智能化應用，其結果必定具有智能化表現。機械制造產品的智能化，拓展了應用市場的產品面。若自動化技術結合智能化技術，則機械制造產品的將具有更強的智能化能力，更能滿足機械制造業的市場需求。

全面了解機械制造產品的智能化市場實際需求，應用智能化技術，精確生產，同時從工藝流程、產品性能著手，切實增強產品市場競爭力，讓智能化產品表現出應有的經濟效益。

3 成熟的智能化技術

3.1 智能化集成

機械制造企業的目標是實現高效生產和高精準制造，從而能夠節約成本、提高效益。智能化技術適時地為人們展現了全新而廣闊的應用機會，為工業企業創建了技術優勢。

（1）機器設備體積變小。集成化的方向是機械制造業的發展之路，模塊化思想是機械制造業的正確發展方向，而堅持柔性化、微型化道路，使機械制造的產品更符合市場需求。伴隨結構集成化的大趨勢，應用數據支持機械制造的靈活性，使得產品適應市場多樣化需求。

（2）在生產工藝方面，先進的數控技術已實現超小型化、超薄化。將新學術成果的模糊控制、智能計算等引入到了數控技術的應用與研究，使控制精度、執行效率等有了顯著提高。智能化診斷、故障的自動化處理等總有突破性提高。

3.2 柔性化

柔性化可以使機械制造有能力適應生產條件的變化，這與生產設備、相關人員、設計方案等密切相關。系統的柔性化支持不同零件加工的自由度。人員的柔性化體現為操作人員在保證完成任務，并在時間和數量上有變通的可能。設備柔性化表現為設備及時對新零件加工實現自行適應。

機械制造的智能化技術在柔性化方面逐漸實現和遵循模塊化設計，功能適應范圍加大，并具備可裁剪性，從而支持不同用戶的特色需求。

柔性化是數控系統本身的特性，一方面數控系統的模塊化設計本身具有柔性特質，使功能可組合、擴展；另一方面可裁剪性很強，能夠特色訂制以滿足不同用戶需求。

3.3 網絡化人機互動

互聯網技術日益普及，廣泛應用于機械制造業，生產設備與通訊設備實現連接，從而實現機械制造數據的高度共享。

網絡化技術的應用，為機械制造過程中的設計、生產、銷售等各環節帶來資源便利，智能化技術的全方位實現離不開網絡化技術的支持。

機械制造智能化技術的應用，人機互動是基本的表現形式，機械制造的智能化發展將使設備操作更趨于人性化。計算機技術的完整應用實現了人機互動的自動化操作，并可為操作人員提供完整數據，推進人機交流能力的提升。

3.4 綠色復合化

機械制造業所謂的綠色化，就是遵循可持續發展原則減少機械制造產生的污染和浪費。機械制造結合智能化技術的應用，注重生產的綠色化，降低機械制造過程中的能耗和消耗，機械制造的各階段、各環節都須綠色化，必須要保護好環境、提高資源利用率。

智能化生產采用了最為先進和有效的智能化手段和措施，大大提高了生產效率和成品優品率，在同等能源消耗的條件下，可以生產出更多的、合格的產品，這也會積累性地體現于企業經濟效益上。

機械制造的智能化技術應用向著工藝的多軸化、復合化方向發展，不斷提升、加強復合加工能力，能保證生產工序、生產時間、生產環節等均得到全面控制。數控機床為了實現智能化的加工，須在一臺機床上實現多種工序，完成復合型加工。

4 人工智能技術

4.1 人工智能的基本概念

人工智能就是設計和實現能解析數據的計算機和機器人，就讓機器有自動學習提高自身的能力，設計者可以創建方法，教會機器象人類一樣思維。感知、學習、邏輯推理、創造等行為是可以復制的，并能應用到大多數行業。人工智能的原理就是輸送給機器數據信息，讓機器自行學習和發揮，最終完整實現既定的目標。

4.2 人工智能技術的核心

4.2.1 計算智能

計算智能即機器具備極強的存儲能力、極快的運算能力，可基于海量的數據自行地深度學習并優化底層邏輯，利用歷史經驗指導當前環境。由于計算力的持續發展、儲存能力的不斷升級，計算智能已基本實現。

4.2.2 感知智能

感知智能是指使機器具備聽覺、視覺、觸覺的感知能力，可使非結構化數據變為結構化，并以人類的溝通方式與用戶進行互動。隨著各類技術發展，許多非結構化數據被挖掘，圖像、語音、觸點、視頻等和感知有關的感知智能在高速發展。無人駕駛汽車就運用了感知智能，通過各種傳感器，感知周圍環境并進行處理，從而有效指導其運行。

4.2.3 認知智能

認知智能較為復雜，是指機器像人一樣，有理解能力、推理能力、歸納能力，有運用知識的能力。目前認知智能技術還在研究探索階段，要將認知智能推入發展的快車道，還有很長一段路要走。

4.3 人工智能技術的價值

4.3.1 預測性維護

針對設備、設施的故障，實現由原來被動維護到事先預測和綜合性規劃管理。其經濟意義是降低設備的故障率及停機時間、提高設備利用率，保證設備持續使用，避免意外停工，提高企業生產效率；同時減少維修費用及設備整個生命周期成本，對必要性不大的維護項減少所用時間和資源。

4.3.2 品質分析優化

基于機器學習技術，通過對品質、生產等過程數據的價值挖掘，能夠實現生產過程品質異常的提前預警、異常根因分析、異常解決處理到結果驗證等閉環解決品質問題，并通過品質分析優化模型，沉淀經驗，切實解決企業異常定位處理難點，并實現異常精準預警，減少損失。

4.3.3 外觀缺陷檢測

基于深度學習技術與AOI 檢測設備的結合，對各類缺陷圖片進行訓練，開發具有自主學習能力的缺陷檢測模型，實現不間斷、高精度的缺陷檢測，能夠大大減少復判人力、提升檢測效率。

5 智能化技術的發展趨勢

5.1 智能工廠

我國具有柔性化、敏捷化、智能化特征的智能工廠項目正在朝著縱深方向發展，市場顯性需求逐漸顯現。新時期的5年政策方向指引，以及國外目前仍然受疫情影響等因素，中國智能制造領域相關產業迎來了發展黃金時期。

智能工廠廣泛地應用工業機器人，新能源汽車制造進入全新階段，也推動了裝備制造向前發展，遠程辦公、線上教育也促進了手機、電腦、集成電路、家電的快速發展，而這些又都是機器人、高端機床等上游裝備制造業的的主要應用領域，較長產業鏈，快速發展帶動了全產業鏈的共同復蘇。

5.2 工業物聯網

工業物聯網將獲得更高的采用率。如果數字可以作為衡量標準，那么智能制造業將越來越多地通過多種方式利用工業物聯網來改善工業流程。隨著制造商將重點從優先考慮成本和效率的線性交易轉向效率和客戶價值，工業物聯網將成為一個關鍵焦點。

工業物聯網將是組織現代化進程的基石，因為它將推動一種更全面和可持續的方法來提供新的客戶體驗。

5.3 增強的AI/ML用例

增強的AI/ML 用例以提高可預測性和效率。制造商將越來越多地利用先進的自動化技術來優化規劃，而不是使用只能得出有限見解的傳統數據集。這意味著企業將利用外部數據集，包括供應商、客戶甚至天氣預報員的整個價值鏈。基于ML 的工具和工業物聯網的組合將在過程改進、生產、質量控制和安全等領域發揮重要作用。

5.4 增材制造

增材制造成為真正的工業制造技術，是增材制造或3D 打印技術的真正轉折點。全球制造商使用3D打印的力量快速發明新產品，按需制造，最重要的是，在供應鏈遭受嚴重打擊時可在本地制造。增材制造過程中最大的進步之一是融合了機器學習，這為3D 打印帶來了數據驅動的方法，并開放了更成熟的用例。數字孿生是另一種趨勢，將徹底改變3D 制造。

5.5 數字技術

數字技術幫助制造業實現新轉變，遠程工作和協作是制造業必須習慣的新常態。作為一個遠程工作是一個陌生概念的行業，到目前為止，制造業必須對其工作方式進行重大變革。在新常態下，企業必須確保非關鍵員工可以繼續遠程工作，同時為關鍵員工提供安全的工作環境。因此，公司的投資將超越協作、物理距離和位置追蹤技術。

5.6 過程自動化技術

制造企業還將投資于過程自動化技術，以提高生產效率。同時，云將繼續是一個戰略投資領域，以推動該領域的數字化轉型和所有這些現代化舉措。隨著企業努力保持敏捷性和彈性，制造業預計將超過云計算的平均采用率。制造將成為行業的新常態。

6 結束語

機械制造是我國工業中最為基礎性的重要組成部分，不僅能衡量工業水平，而且對經濟的發展有著重要意義。機械制造智能化應用水平，對我國機械制造業發展將起到重要作用。

未來，更多的新技術必將應用于機械制造業，機械制造智能化技術的應用，是現代多學科技術與工業創新的結合，是國家機械制造業能力的標志，也是國家工業的基礎和支柱。因此，必須清楚機械制造智能化技術發展趨勢，使我國機械制造能力具有世界先進水平。