机械制造智能化技术的发展及其应用

姚赞彬

（广东利元亨智能装备股份有限公司，广东惠州 516000）

1 概述

智能化技术是包含了信息化技术、传感技术、计算机应用及网络技术的综合应用，在科技发展中具有重要的意义，其价值在不断地突显。智能化技术的应用可大幅度提高生产效率和产品质量、降低人工成本和劳动强度。机械制造业是工业生产的重要组成，更能体现出智能化技术应用的价值，可视作工业生产与智能化技术相结合的范例。

机械制造业历来是我国工业的基础产业，是我国经济的重要组成。由于智能化技术的广泛应用，机械制造的生产效率、产品质量等都大幅度提高。智能化技术深度地应用于机械制造过程中，再配合计算机人工智能技术的应用，综合了代理技术应用、智能制造机器应用、材料技术应用、现代管理技术以及系统工程的理论和方法的支持，按照标准化要求使整个机械制造趋于开放性、智能化。高度智能化机械制造可以实现无人干预下批量生产，这也正是机械制造智能化技术应用的最主要目标。机械制造中的智能化技术应用，可以使得机械制造的效率、精度得以显著地提高，使企业的经济效益和竞争力得到革命性的提升，从根本上整体性提高了产业发展水平。

2 机械制造的智能化应用

2.1 数控技术

数控技术的产生、发展及应用，在机械制造的发展中是必然的，数控技术是机械制造中的关键性技术。其包括了计算机技术、微电子技术、自动检测技术、信息处理技术和自动控制技术等。借助现代计算机信息技术，现代机械制造业所要求的高精度、高效率以及柔性自动化等需求都有了实现的途径。智能化技术的应用还可以显著提高机械制造的整体效能，通过不断调整、修正各类相关参数，实现故障的在线诊断和智能化自动处理。

数控系统的不断创新，使其更具精准度和灵敏度，在制造环节可按具体需求自行调节，保障产品达标率。数控系统具备自治性、虚拟性和动态性，能将不同区域的设施组成逻辑网络体系，实施统一管理。

2.2 自动化流水线

在智能化技术应用于机械制造的过程中，借助于智能化管理，系统可全面管控生产流水线，可收集、整理机械制造全过程的相关信息数据，实时动态调整各生产环节，显著提高自动化生产效率和容错率。

将智能化技术应用在机械制造各个环节中，可有效减轻人员劳动强度，大幅提高机械制造企业的经济效益。当智能化应用在生产线上形成规模时，就实现了自主运行，仅需少量人员做技术支持，可实现生产线的自动运行。

2.3 生产管理智能化

机械制造企业在落实智能化技术应用时，将智能化技术全面融入产品的设计、生产和管理等环节中。面对管理滞后问题，智能化技术应用可构建起关联系统，自动收集、整理相关数据，根据企业实际状况，及时调整生产方案。

与机械制造企业管理相关，生产经营的各个环节都具有决定意义，利用计算机网络和智能化技术实时收集、共享完整数据，支持智能管控，保证高效管理，极大地避免错误出现，保障机械制造的高效率。

2.4 机械制造生产智能化

机械制造业的智能化产品生产，是应用智能化技术的必然，机械制造过程和过程管理的智能化应用，其结果必定具有智能化表现。机械制造产品的智能化，拓展了应用市场的产品面。若自动化技术结合智能化技术，则机械制造产品的将具有更强的智能化能力，更能满足机械制造业的市场需求。

全面了解机械制造产品的智能化市场实际需求，应用智能化技术，精确生产，同时从工艺流程、产品性能着手，切实增强产品市场竞争力，让智能化产品表现出应有的经济效益。

3 成熟的智能化技术

3.1 智能化集成

机械制造企业的目标是实现高效生产和高精准制造，从而能够节约成本、提高效益。智能化技术适时地为人们展现了全新而广阔的应用机会，为工业企业创建了技术优势。

（1）机器设备体积变小。集成化的方向是机械制造业的发展之路，模块化思想是机械制造业的正确发展方向，而坚持柔性化、微型化道路，使机械制造的产品更符合市场需求。伴随结构集成化的大趋势，应用数据支持机械制造的灵活性，使得产品适应市场多样化需求。

（2）在生产工艺方面，先进的数控技术已实现超小型化、超薄化。将新学术成果的模糊控制、智能计算等引入到了数控技术的应用与研究，使控制精度、执行效率等有了显著提高。智能化诊断、故障的自动化处理等总有突破性提高。

3.2 柔性化

柔性化可以使机械制造有能力适应生产条件的变化，这与生产设备、相关人员、设计方案等密切相关。系统的柔性化支持不同零件加工的自由度。人员的柔性化体现为操作人员在保证完成任务，并在时间和数量上有变通的可能。设备柔性化表现为设备及时对新零件加工实现自行适应。

机械制造的智能化技术在柔性化方面逐渐实现和遵循模块化设计，功能适应范围加大，并具备可裁剪性，从而支持不同用户的特色需求。

柔性化是数控系统本身的特性，一方面数控系统的模块化设计本身具有柔性特质，使功能可组合、扩展；另一方面可裁剪性很强，能够特色订制以满足不同用户需求。

3.3 网络化人机互动

互联网技术日益普及，广泛应用于机械制造业，生产设备与通讯设备实现连接，从而实现机械制造数据的高度共享。

网络化技术的应用，为机械制造过程中的设计、生产、销售等各环节带来资源便利，智能化技术的全方位实现离不开网络化技术的支持。

机械制造智能化技术的应用，人机互动是基本的表现形式，机械制造的智能化发展将使设备操作更趋于人性化。计算机技术的完整应用实现了人机互动的自动化操作，并可为操作人员提供完整数据，推进人机交流能力的提升。

3.4 绿色复合化

机械制造业所谓的绿色化，就是遵循可持续发展原则减少机械制造产生的污染和浪费。机械制造结合智能化技术的应用，注重生产的绿色化，降低机械制造过程中的能耗和消耗，机械制造的各阶段、各环节都须绿色化，必须要保护好环境、提高资源利用率。

智能化生产采用了最为先进和有效的智能化手段和措施，大大提高了生产效率和成品优品率，在同等能源消耗的条件下，可以生产出更多的、合格的产品，这也会积累性地体现于企业经济效益上。

机械制造的智能化技术应用向着工艺的多轴化、复合化方向发展，不断提升、加强复合加工能力，能保证生产工序、生产时间、生产环节等均得到全面控制。数控机床为了实现智能化的加工，须在一台机床上实现多种工序，完成复合型加工。

4 人工智能技术

4.1 人工智能的基本概念

人工智能就是设计和实现能解析数据的计算机和机器人，就让机器有自动学习提高自身的能力，设计者可以创建方法，教会机器象人类一样思维。感知、学习、逻辑推理、创造等行为是可以复制的，并能应用到大多数行业。人工智能的原理就是输送给机器数据信息，让机器自行学习和发挥，最终完整实现既定的目标。

4.2 人工智能技术的核心

4.2.1 计算智能

计算智能即机器具备极强的存储能力、极快的运算能力，可基于海量的数据自行地深度学习并优化底层逻辑，利用历史经验指导当前环境。由于计算力的持续发展、储存能力的不断升级，计算智能已基本实现。

4.2.2 感知智能

感知智能是指使机器具备听觉、视觉、触觉的感知能力，可使非结构化数据变为结构化，并以人类的沟通方式与用户进行互动。随着各类技术发展，许多非结构化数据被挖掘，图像、语音、触点、视频等和感知有关的感知智能在高速发展。无人驾驶汽车就运用了感知智能，通过各种传感器，感知周围环境并进行处理，从而有效指导其运行。

4.2.3 认知智能

认知智能较为复杂，是指机器像人一样，有理解能力、推理能力、归纳能力，有运用知识的能力。目前认知智能技术还在研究探索阶段，要将认知智能推入发展的快车道，还有很长一段路要走。

4.3 人工智能技术的价值

4.3.1 预测性维护

针对设备、设施的故障，实现由原来被动维护到事先预测和综合性规划管理。其经济意义是降低设备的故障率及停机时间、提高设备利用率，保证设备持续使用，避免意外停工，提高企业生产效率；同时减少维修费用及设备整个生命周期成本，对必要性不大的维护项减少所用时间和资源。

4.3.2 品质分析优化

基于机器学习技术，通过对品质、生产等过程数据的价值挖掘，能够实现生产过程品质异常的提前预警、异常根因分析、异常解决处理到结果验证等闭环解决品质问题，并通过品质分析优化模型，沉淀经验，切实解决企业异常定位处理难点，并实现异常精准预警，减少损失。

4.3.3 外观缺陷检测

基于深度学习技术与AOI 检测设备的结合，对各类缺陷图片进行训练，开发具有自主学习能力的缺陷检测模型，实现不间断、高精度的缺陷检测，能够大大减少复判人力、提升检测效率。

5 智能化技术的发展趋势

5.1 智能工厂

我国具有柔性化、敏捷化、智能化特征的智能工厂项目正在朝着纵深方向发展，市场显性需求逐渐显现。新时期的5年政策方向指引，以及国外目前仍然受疫情影响等因素，中国智能制造领域相关产业迎来了发展黄金时期。

智能工厂广泛地应用工业机器人，新能源汽车制造进入全新阶段，也推动了装备制造向前发展，远程办公、线上教育也促进了手机、电脑、集成电路、家电的快速发展，而这些又都是机器人、高端机床等上游装备制造业的的主要应用领域，较长产业链，快速发展带动了全产业链的共同复苏。

5.2 工业物联网

工业物联网将获得更高的采用率。如果数字可以作为衡量标准，那么智能制造业将越来越多地通过多种方式利用工业物联网来改善工业流程。随着制造商将重点从优先考虑成本和效率的线性交易转向效率和客户价值，工业物联网将成为一个关键焦点。

工业物联网将是组织现代化进程的基石，因为它将推动一种更全面和可持续的方法来提供新的客户体验。

5.3 增强的AI/ML用例

增强的AI/ML 用例以提高可预测性和效率。制造商将越来越多地利用先进的自动化技术来优化规划，而不是使用只能得出有限见解的传统数据集。这意味着企业将利用外部数据集，包括供应商、客户甚至天气预报员的整个价值链。基于ML 的工具和工业物联网的组合将在过程改进、生产、质量控制和安全等领域发挥重要作用。

5.4 增材制造

增材制造成为真正的工业制造技术，是增材制造或3D 打印技术的真正转折点。全球制造商使用3D打印的力量快速发明新产品，按需制造，最重要的是，在供应链遭受严重打击时可在本地制造。增材制造过程中最大的进步之一是融合了机器学习，这为3D 打印带来了数据驱动的方法，并开放了更成熟的用例。数字孪生是另一种趋势，将彻底改变3D 制造。

5.5 数字技术

数字技术帮助制造业实现新转变，远程工作和协作是制造业必须习惯的新常态。作为一个远程工作是一个陌生概念的行业，到目前为止，制造业必须对其工作方式进行重大变革。在新常态下，企业必须确保非关键员工可以继续远程工作，同时为关键员工提供安全的工作环境。因此，公司的投资将超越协作、物理距离和位置追踪技术。

5.6 过程自动化技术

制造企业还将投资于过程自动化技术，以提高生产效率。同时，云将继续是一个战略投资领域，以推动该领域的数字化转型和所有这些现代化举措。随着企业努力保持敏捷性和弹性，制造业预计将超过云计算的平均采用率。制造将成为行业的新常态。

6 结束语

机械制造是我国工业中最为基础性的重要组成部分，不仅能衡量工业水平，而且对经济的发展有着重要意义。机械制造智能化应用水平，对我国机械制造业发展将起到重要作用。

未来，更多的新技术必将应用于机械制造业，机械制造智能化技术的应用，是现代多学科技术与工业创新的结合，是国家机械制造业能力的标志，也是国家工业的基础和支柱。因此，必须清楚机械制造智能化技术发展趋势，使我国机械制造能力具有世界先进水平。