浅谈机械制造的智能化技术的发展趋势

程玉林　孙允月

【摘要】机械制造业国国民经济的基础产业，它在国民经济GDP所占的比例以及对其他产业的感应系数都很重。机械制造业的发展直接影响到我国国民经济各部门的发展，影响到我国国计民生和国防力量的强大。放眼全球，制造业，特别是机械制造业和高技术的关系中，有两种发展趋势，一是智能化科技极大地改变着制造业，二是制造业正在全方位地走向智能化技术。

【关键词】机械制造；智能化技术

一、机械制造智能化技术的发展

机械智能化技术就是指将传统的机械制造技术与现代科学技术相结合，通过信息技术渗透、新产品的研制与开发，设计与制造、管理与销售等各个领域，形成以精密成型与加工技术、现代设计技术、自动化技术、系统管理技术等为丰要范畴的先进制造技术，在现代制造系统中，智能化技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，智能化技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技术发展趋势

1、性能发展方向

（1）高速高精度高效化。现代化机械制造技术发展的方向之一是精密加工，超精密加工技术，微型机械。精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加上（如机械化学研磨，超声磨削和电解抛光等）三大范畴。目前，纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用，纳米技术大大促进了机械科学、光学科学、测最科学和电子科学的发展。而超精密加工技术正朝着纳米技术发展。譬如美国1997年首次制造出直径仅为60μm的静电微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。

（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。机械制造业智能化正在向工艺复合性多轴化发展，主要目是增强复合加工，即减少生产环节、生产工序、生产辅助时间的。正朝着多轴，多系列控制功能方向发展。譬如某一台数控机床的智能化加工，把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。

2、功能发展方向

（1）向用户界面图形化发展。用户界面的概念是通过数控系统来实现与使用者之间的对话接口。图形化用户界面比较直观，操作也更简单。大多情况下，用户只需要通过鼠标的单击就能完成任务，计算机系统会以窗口或者对话框的形式显示相应信息。图形化用户界面是个统称，包括许多元素，如图标，窗口，菜单，对话框等。图形用户界面大大地方便了非专业人士的使用。操作工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）向科学计算可视化发展。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言表达，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）向插补和补偿方式多样化发展。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）向集成化发展。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芯片等控制系统，大大提高了机械制造业智能化的性能，同时LED平板显示技术，具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。机械制造业智能化控制系统向集成化发展是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，大大提高了系统的可靠性。

3、体系结构的发展

（1）集成化。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芯片等控制系统，大大提高了机械制造业智能化的性能，同时LED平板显示技术，具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。机械制造业智能化控制系统向集成化发展是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，大大提高了系统的可靠性。

（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，做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，通過机床联网，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。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，近几年计算机联网形成了巨大的浪潮，它使计算机的实际效用得到大大的提高。机械制造业智能化采用网络化机可进行远程控制和无人化操作，通过联网，对加工产品进行编程，设定、操作、运行，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。

三、结论

机械制造的智能化技术是现代技术和工业创新的集成，是国家机械制造业的水平的重要标志，更是国家工业的基础和支柱。因此，我们应在了解机械制造的智能化技术发展趋势，让我国现代机械制造业与世界发达国家站在同一起跑线上。

【参考文献】

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[2] 吴耀金， 张治民， 于建民， 薛 勇. 先进制造过程的测试技术及其发展趋势[J]. 锻压装备与制造技术， 2006（06）.