论机械制造的智能化技术发展趋势

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　　摘要：随着现代科学技术的发展，特别是微电子技术、电子计算机技术的迅猛发展，机械制造的各个方面已发生了深刻的变革。机械技术，特别是自动化制造技术，不但采用了计算机控制，并且具有柔性化、集成化、智能化的特点；在超精密加工技术方面，其加工精度已进入纳米级(0．001um)表面粗糙度已成功地小于0．005um；在切削速度方面，国外车削钢通常为200m/min,最高可达915m/min；对于新兴工业需要的难加工材料、复杂型面、型腔以及微小深孔，采用了电、超声波、电子束和激光的加工方法。所以在很大的程度上，尤其是20多年来的改革开放，我国的机械制造已经具有相当大的规模，已经形成了品种繁多、门类齐全、布局基本合理的机械制造工业体系。
　　
　　关键词：机械制造；智能化技术；体系
　　
　　1机械工业在智能化中的发展
　　1.1选择智能化的产品作为机械企业未来发展的新产品
　　机械企业的当务之急是进行产品结构调整。我国过去的机械工业部门是生产资料的生产部门。在面向市场，特别是面向全球化经济的形势下，这种观念应迅速转变，即机械工业既提供生产资料又生产人民生活需要的各种产品。我国机械工业各企业在产品结构调整中选择产品时无论是生产资料还是消费品，都要首先选择带有智能信息技术的机电一体化产品。
　　
　　1.2 机械企业的制造和管理要向智能化方向发展
　　在当今信息技术高速发展、经济全球化趋势不断加剧、我国已进入WTO的形势下，我国制造业正面临着难得的机遇和严峻的挑战。市场变化频繁和难以预测，产品的生命周期日益缩短，产品更新速度不断加快，顾客对产品的需求趋向个性化、多样化，生产自动化技术不断提高，生产者的创新作用愈来愈重要，信息化技术的应用愈来愈广泛……这些因素使制造业的生产模式和管理方式发生了根本的改变：企业生产从面向产品转变为面向客户、面向需求、面向服务；企业的主要生产要素正从劳动力和资本转向知识；企业的生产过程正从流水线式和自动线式、单品种固定式规模生产转向多品种、柔性、并行式、智能化的集约生产。与此相应的企业管理模式，也从低效率、多层次金字塔式、分级递阶管理转向能够充分发挥人的智力和创造性，能够快速反应市场需求的、智能化分布式网络合作生产管理系统。
　　虽然近20年来国际上提出的先进制造系统多达数十种，但有两点是共同的：一是各个先进制造系统都是结合各自国家的国情和传统，在原有的基础上改进和发展的；二是都是以信息化、网络化、智能化为其发展方向，而且这“三化”都是逐步推进、持续发展的。
　　既然未来的生产是智能化的集约生产，企业的主要生产要素是知识，企业的生产特征是智能制造，企业的生产目的是为了满足顾客，总之一句话，企业要“以人为本”，那么这就决定了企业的生产和管理必然要向智能化的方向发展
　　
　　2 智能化技术发展趋势
　　2.1性能发展方向
　　(1)高速高精度高效化。
　　速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
　　(2)柔性化。
　　包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大。可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群拉系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
　　(3)工艺复合性和多轴化。
　　以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工。正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。
　　(4)实时智能化。
　　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展。由此产生了实时智能控制这一新的领域。
　　
　　2.2功能发展方向
　　(1)用户界面图形化。
　　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术，也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
　　(2)科学计算可视化。
　　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语育表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
　　(3)插补和补偿方式多样化。
　　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
　　(4)内装高性能PLC。
　　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形圈或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能，编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实侧，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
　　(5)多媒体技术应用。
　　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
　　2.3体系结构的发展
　　(1)集成化
　　采用高度集成化CPU，RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度，应用LED平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。可实现超大尺寸显示。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，掘高系统的可靠性。
　　(2)模块化
　　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服，PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
　　(3)网络化
　　机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
　　
　　3 结语
　　总之，只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。在我国研究和发展先进制造技术势在必行。

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