0 引言

    機(jī)械制造業(yè)國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它在國民經(jīng)濟(jì)GDP所占的比例以及對其他產(chǎn)業(yè)的感應(yīng)系數(shù)都很重。機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展直接影響到我國國民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展，影響到我國國計民生和國防力量的強(qiáng)大。放眼全球，制造業(yè)，特別是機(jī)械制造業(yè)和高技術(shù)的關(guān)系中，有兩種發(fā)展趨勢，一是智能化科技極大地改變著制造業(yè)，二是制造業(yè)正在全方位地走向智能化技術(shù)。當(dāng)前我國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的關(guān)鍵時期，而機(jī)械制造業(yè)技術(shù)卻相對薄弱。

1 機(jī)械智能化技術(shù)的概念與應(yīng)用

    機(jī)械智能化技術(shù)就是指將傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，通過信息技術(shù)滲透、新產(chǎn)品的研制與開發(fā)，設(shè)計與制造、管理與銷售等各個領(lǐng)域，形成以精密成型與加工技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)等為豐要范疇的先進(jìn)制造技術(shù)，高度柔性與高度集成的方式是機(jī)械智能化技術(shù)的特征，通過計算機(jī)和模擬人類專家的智能活動，進(jìn)行分析，判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集，存儲，完善，共享，繼承與發(fā)展。通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)，機(jī)器人視覺和機(jī)器人控制對制造工人的技能與人類專家知識進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒有人干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)是制造智能的目的。機(jī)械智能化技術(shù)能大力提高產(chǎn)品的制造精度以及產(chǎn)品的質(zhì)量與效率，讓生產(chǎn)更現(xiàn)代化，生產(chǎn)成本最低化。

    現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)，數(shù)控技術(shù)是最關(guān)鍵技術(shù)，數(shù)控技術(shù)具有高精度、高效率，柔性自動化等特點，數(shù)集微電子、計算機(jī)、信息處理，自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一身對機(jī)械制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化作用甚大。當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨向是由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式。數(shù)控系統(tǒng)大多已經(jīng)超薄型，超小型化，以集成化為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)，多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種科學(xué)科技術(shù)，來實現(xiàn)高速、高精、高效控制。同時在加工過程中能夠自動修正，調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項參數(shù)，實現(xiàn)在線診斷和智能化故障處理。

2 我國機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀

    當(dāng)前，我國機(jī)械制造業(yè)總體技術(shù)水平處于一個較低的水平，產(chǎn)品自主開發(fā)能力和研究創(chuàng)新能力相對薄弱。研制開發(fā)資金投入欠缺，企業(yè)技改力度不足，制造技術(shù)落后，生產(chǎn)資料等基礎(chǔ)配套跟不上等一系列因素影響到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和機(jī)械智能化水平的提高。同時機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)工藝的有機(jī)配合不夠，這大大影響到機(jī)械產(chǎn)品的使用效果。當(dāng)然，中國機(jī)械制造業(yè)也有它自己的專長優(yōu)勢，譬如中國市場不斷增長所帶來的機(jī)遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大干其他國家，這旺盛的地區(qū)需求大大了促進(jìn)中國機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，同時中國勞動力使成本相對低，2001年末，中國加入WTO后，與國外發(fā)達(dá)機(jī)械企業(yè)的合作更加日益頻繁，經(jīng)濟(jì)技術(shù)交流取長補(bǔ)短，在競爭中尋求共同發(fā)展的市場空間。這大大促進(jìn)中國機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，逐步從縮小與歐美等一些發(fā)達(dá)國家之間的差距。

3 智能化技術(shù)發(fā)展趨勢與發(fā)展方向

    一個技術(shù)與管理先進(jìn)的機(jī)械制造業(yè)，是將物料、能源、設(shè)備，資金、技術(shù)、信息和人力等一系列制造資源，通過先進(jìn)的制造技術(shù)以及先進(jìn)的管理技術(shù)和先進(jìn)的制造過程變?yōu)槿祟惿�活起居中所需求產(chǎn)品，產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率、高柔性、低成本、低勞動力、低消耗、品種多和規(guī)格全的產(chǎn)品是機(jī)械智能化技術(shù)的愿景與發(fā)展趨勢。

    3.1 智能化技術(shù)發(fā)展趨勢

    3.1.1 高速高精度高效化

    現(xiàn)代化機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的方向之一是精密加工，超精密加工技術(shù)，微型機(jī)械。精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特種加工和復(fù)合加上（如機(jī)械化學(xué)研磨，超聲磨削和電解拋光等）三大范疇。目前，納米技術(shù)己在納米機(jī)械學(xué)、納米電子學(xué)和納米材料技術(shù)得到了應(yīng)用，納米技術(shù)大大促進(jìn)了機(jī)械科學(xué)、光學(xué)科學(xué)、測最科學(xué)和電子科學(xué)的發(fā)展。而超精密加工技術(shù)正朝著納米技術(shù)發(fā)展。譬如美國1997年首次制造出直徑僅為60μm的靜電微型電機(jī)，以及幾十微米的微型齒輪、彈簧及微型機(jī)構(gòu)。武漢大學(xué)研制成納米級超微電極，將其插入活體細(xì)胞后首次測出細(xì)胞內(nèi)部神經(jīng)遞質(zhì)的動態(tài)信息。這些事例表明，納米技術(shù)與微型機(jī)械會逐漸成為21世紀(jì)的核心技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)智能化技術(shù)將迎來微型機(jī)械電子技術(shù)和微型機(jī)器人的高速高精度高效化時代。

    3.1.2自動化智能化

    近幾十年來自動化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，大大提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。同時一些先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備可以代替人去完成危險場合的工作。機(jī)械制造業(yè)早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用主要是如何實施調(diào)度任務(wù)，確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而自動化智能化則是用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為的技術(shù)，讓實時系統(tǒng)和人工智能相互融合起來，具有了實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，向智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展。

    3.1.3 柔性化

    當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人民生活水平逐步提高，這就要求現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品要不斷的換代升級。具備一定的生產(chǎn)柔性來滿足市場多變的需要。柔性的概念就是指一個制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力。它與系統(tǒng)方案，人員和設(shè)備有關(guān)，系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務(wù)，完成數(shù)量和時間要求的適應(yīng)能力。設(shè)備柔性是指機(jī)床能在短期內(nèi)適應(yīng)新零件的加工能力。柔性制造自動化的形式很多，譬如如美國提出的敏捷制造(AM)其主線就是高柔性生產(chǎn)。機(jī)械制造業(yè)的智能柔性化采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大。可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求，能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

    3.1.4 工藝復(fù)合性多軸化

    機(jī)械制造業(yè)智能化正在向工藝復(fù)合性多軸化發(fā)展，主要目是增強(qiáng)復(fù)合加工，即減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)輔助時間的。正朝著多軸，多系列控制功能方向發(fā)展。譬如某一臺數(shù)控機(jī)床的智能化加工，把工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀，旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。

    3.2 機(jī)械智能化技術(shù)功能發(fā)展方向

    3.2.1 向用戶界面圖形化發(fā)展

    用戶界面的概念是通過數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)與使用者之間的對話接口。圖形化用戶界面比較直觀，操作也更簡單。大多情況下，用戶只需要通過鼠標(biāo)的單擊就能完成任務(wù)，計算機(jī)系統(tǒng)會以窗口或者對話框的形式顯示相應(yīng)信息。圖形化用戶界面是個統(tǒng)稱，包括許多元素，如圖標(biāo)，窗口，菜單，對話框等。圖形用戶界面大大地方便了非專業(yè)人士的使用。操作工可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程，三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。

    3.2.2 向科學(xué)計算可視化發(fā)展

    科學(xué)計算可視化的基本概念是運(yùn)用計算機(jī)圖形學(xué)或者一般圖形學(xué)的原理和方法，將科學(xué)與工程計算等產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，圖象，以直觀的形式表示出來�？梢暬�技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計，參數(shù)自動設(shè)定，刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示它涉及計算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計算機(jī)視覺，計算機(jī)輔助設(shè)計及圖形用戶界面等多個研究領(lǐng)域，已成為當(dāng)前計算機(jī)圖形學(xué)研究的重要方向，科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語育表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息�？梢暬�技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本具有重要意義。因此，科學(xué)計算可視化是機(jī)械制造業(yè)智能化發(fā)展的重要方向。

    3.2.3 向高性能PLC與多媒體技術(shù)結(jié)合應(yīng)用發(fā)展

    PLC是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。主要是指數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機(jī)械的生產(chǎn)過程。高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能，用戶町在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，極大方便用戶建立自己的應(yīng)用程序。而多媒體技術(shù)集計算機(jī)，聲像和通信技術(shù)于一身，讓計算機(jī)具有綜合處理聲音，文字、圖像和視頻信息的功能。在智能化機(jī)械制造業(yè)中。應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化，對實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的作用。

    3.3 集成化

    高度集成化CPU，RISC芯片和大規(guī)�？删幊碳�成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片等控制系統(tǒng)，大大提高了機(jī)械制造業(yè)智能化的性能，同時LED平板顯示技術(shù)，具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點。機(jī)械制造業(yè)智能化控制系統(tǒng)向集成化發(fā)展是將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度，減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

    3.3.1 模塊化

    模塊化是指解決一個復(fù)雜問題時自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程，有多種槿性，分別反映其內(nèi)部特性，每個模塊完成一個特定的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起來，成為一個整體，完成整個系統(tǒng)所要求的功能。模塊具有以下兒種基本屬性：接口、功能、邏輯、狀態(tài)，功能，狀態(tài)與接口反映模塊的外部特性，邏輯反映它的內(nèi)部特性。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合，分解和更換的單元。機(jī)械制造業(yè)智能化采用硬件模塊化，能使數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器，位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

    3.3.2 網(wǎng)絡(luò)化

    網(wǎng)絡(luò)化是指利用通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，把分布在不同地點的計算機(jī)及各類電子終端設(shè)備互聯(lián)起來，按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互通信，以達(dá)到所有用戶都可以共享軟件，硬件和數(shù)據(jù)資源的目的。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，給企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營活動帶來了革命性的變革。產(chǎn)品設(shè)計，物料選擇、零件制造、市場開拓與產(chǎn)品銷售都可以異地或跨越國界進(jìn)行。此外，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，加速技術(shù)信息的交流、加強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)的合作和經(jīng)營管理的學(xué)習(xí)，近幾年計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)形成了巨大的浪潮，它使計算機(jī)的實際效用得到大大的提高。機(jī)械制造業(yè)智能化采用網(wǎng)絡(luò)化機(jī)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作，通過聯(lián)網(wǎng)，對加工產(chǎn)品進(jìn)行編程，設(shè)定、操作、運(yùn)行。推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。

4 結(jié)論語

    制造的智能化技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)和工業(yè)創(chuàng)新的集成，是國家機(jī)械制造業(yè)的水平的重要標(biāo)志，更是是國家工業(yè)的基礎(chǔ)和支柱。因此，我們應(yīng)在了解械制造的智能化技術(shù)發(fā)展趨勢，讓我國現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)與世界發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上。

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本文標(biāo)題：淺析機(jī)械制造的智能化技術(shù)發(fā)展趨勢

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