智能制造产业发展以及先进的数控技术分析

王泽琪

（德州职业技术学院，山东德州 253034）

0 引言

制造产业是世界上许多国家的支柱产业，随着社会经济的发展以及科学技术的不断进步，制造产业以及许多先进的数控技术也在朝着开放型、智能化方向发展。随着全球智能化制造的发展，数控技术的模式从专用封闭式开环控制模式，逐渐变为通用开放式全闭环控制模式，先进的数控技术应用于制造产业，对于制造产业的智能化发展具有重要意义。

数控技术是制造产业发展水平的重要体现，对于制造产业的自动化、智能化发展有着极其重要的作用。它也是当今社会制造产业系统的动力源泉。我国的制造产业规模巨大，也拥有较为完整的体系，在国内得到了普遍重视，政府也制定了许多有利于制造产业发展的政策。但是，我国制造产业的整体智能化水平仍需进一步提高。

1 我国智能制造产业在发展中的优势和面临的挑战

1.1 智能制造产业在发展中的优势

我国工业生产制造体系较为完整，许多企业都建立了完善的生产制造能力体系，相关行业也都在向智能制造产业的方向发展。在世界排名较前的主要工业品中，我国生产制造的工业品的产量许多都占据在全球第一位，我国的制造产业的竞争力指数也非常靠前。

在部分智能制造相关领域中制造产业具有一定的优势，在部分相关行业也取得了重大突破，例如制造产业中具有关键作用的数控技术。目前我国数控技术以及相关产业都已经具备了坚实的基础，产业布局也相对完善，而且国产数控机床数控系统发展也较为迅速，相应的配套应用设施也非常完善。

在ICT（Information and Communication Technology，信息和通信技术）设备制造和互联网应用方面，智能制造产业也具有一定优势。随着互联网技术的快速发展，我国的ICT 设备制造产业、应用软件产业、互联网产业等均取得了一定发展，较高的互联网应用水平为智能制造产业的发展提供了人才和技术基础。

1.2 智能制造产业在发展中面临的挑战

我国制造产业规模巨大，但大而不强的特征明显。目前，我国制造业增加值率远远低于工业发达国家的水平，制造业增加值占据GDP 的份额与其能源消耗占据全国能耗的份额相比，存在着较大差距。我国的高端数控机床大部分还依赖于进口，制造业中创新能力不强、核心技术薄弱和资源浪费严重等现象仍然存在。同时，我国制造业也面临着发达国家和发展中国家的双重挤压。随着经济全球化的不断深入发展，许多国家都制定了新的工业发展战略，引导企业把高端制造产业引回国内，促进自己国家制造产业的再发展。一些发展中国家也加大了开放的力度，不断吸引外资，以促进本地区制造业的发展。从目前的情况来看，我国的生产制造企业也面临着成本、环境以及资源的多重压力，促进企业快速转型，不断提高制造产业的智能化水平，是制造行业寻求进一步发展必须要做的事情。

2 智能制造产业中的先进的数控技术

2.1 智能制造的相关内容

随着计算机信息技术以及先进制造技术的快速发展，将两种技术相互融合应用于制造产业领域，就形成了智能制造，整个智能制造贯穿于制造产业的设计、生产、管理、和服务等各个环节，是当今社会下一种新型生产方式。智能制造的本质就是将信息技术和制造技术进行深度的融合，发挥两者的优势来促进制造产业智能化发展。为了成为世界制造强国，我国制定了相应的智能制造的战略目标，依托于生产要素和互联网，对制造产业进行智能转型，从而推动制造产业的进一步发展。

实现制造产业的智能化发展，就必须要实现高端制造装备以及对相关控制的智能化，高端制造装备实际上是人机一体化的智能系统，其融合了先进的制造技术、信息通信技术以及人工智能技术，具体表现在高端数控机床、工业机器人、3D 打印设备等领域（图1）。

图1 智能制造主要内容

2.2 智能制造相关的先进的数控技术

在全球制造产业智能化发展的背景下，相关先进的数控技术也在向智能化方向发展。对于数控技术来说，高档数控机床是其物质载体。在集成制造系统中，高档数控机床作为独立制造单元，通过相应先进技术的支持，也推动了集成化智能制造系统的发展。智能制造与先进的数控技术之间的逻辑关系如图2 所示。

图2 智能制造和数控技术之间的逻辑关系

先进的数控技术是高档数控机床的核心竞争力，高档数控机床集成了多种先进的数控技术，包括智能编程技术、多轴联动技术、高速高精控制技术和机床误差补偿技术等。下面介绍高速高精联动控制技术、机床多源误差补偿技术和智能化控制技术。

2.2.1 高速高精联动控制技术

数控机床与普通机床的最大的区别是能否进行多轴联动来控制加工过程，而在多轴联动的情况下，其实时精确控制会存在一定困难。针对高速高精联动控制技术，信息实时交互式现场总线技术以及多轴联动同步控制技术是该技术的子技术。现场总线技术在制造产业中已经实现了多种总线并存的局面，能够满足高速高精的相关控制需求，对实现数控设备和数控系统间同步、高效的通信具有重要作用。

针对多轴联动同步控制技术，在实现数控设备和数控系统间同步、高效通信的情况下，最终运动轮廓的误差会受到多轴联动同步误差的直接影响，这就需要对伺服控制的精确同步进行保证。但多伺服轴的高速高精同步仍然存在一些问题，国内外许多学者已经从控制策略和控制算法等方面对这些问题进行解决。

2.2.2 机床多源误差补偿技术

数控机床多轴联动加工的精度受到多方面因素的影响，在这个过程中也会产生一定的误差。机床多源误差的来源包括机床各零部件原始制造、安装或磨损时引起的几何误差。企业为了提升加工精度，目前广泛采用的是一种机床多源误差补偿技术，如几何误差补偿技术、热误差补偿技术等，该技术经济高效、操作也容易控制。机床几何误差一般是在机床各零部件进行原始制造、安装或者磨损时引起的。几何误差补偿方法主要有误差模型解耦分离和轮廓精度反馈控制等。

使用机床几何误差补偿技术进行相应补偿后，制约精密数控机床加工精度的因素还有热变形误差。该误差来源于表征机床温度变化引起的零部件相对位置以及其形状发生变化的原因。热误差具有许多特性，包括时滞时变、多项耦合和复杂非线性。在人工智能技术不断发展的情况下，关于热误差的实证建模方法得到了迅速发展，从而也提高了机床功能部件和整体热误差的预测精度。

2.3 智能化控制技术

在智能制造的大环境下，智能化控制技术已经成为高端数控机床普遍应用的技术。该技术以大数据采集为基础，通过利用相应的数据和算法建立相关的模型，对数控机床进行动态数据采集以及实时监控，通过智能化控制技术的支持，数控机床能够更好地了解自身的加工和运行状态。

3 总结

在全球制造产业智能化发展的浪潮下，作为制造产业发展进步重要标志的先进的数控技术，成为众多企业重点关注和研究的对象。随着互联网信息技术、人工智能技术、大数据挖掘等先进技术的融合应用，数控技术会变得越来越先进，制造产业的智能化发展前景也会越来越好。