机械加工领域中智能制造技术与系统可行性分析

机械加工领域中智能制造技术与系统可行性分析

作者：姚元龙

来源：《科学与财富》2020年第06期

摘要：制造业作为一个国家的支柱产业，直接体现了国家的生产力水平。同时，制造业的发展也决定了该国的经济实力。所谓机械加工，指的是使用加工机械改变被加工工件外形、尺寸、性能的过程。机械加工行业为其它工业企业源源不断地生产出机械设备、零件、产品，因此，机械加工行业是现代工业化的基础。———2000年以来，我国工业化速度不断加快，数百种工业产品数量超过美国、俄罗斯、日本、欧盟28国，高居世界第一位。在我国工业化进程中，机械加工行业功不可没。但我们必须看到：相较于发达国家，我国机械加工行业在技术上依然较为落后，存在着许多问题。为促进机械加工行业进一步向前发展，必须正视这些问题，必须在机械加工领域中推广智能制造技术与智能制造系统。

关键词：机械加工;智能制造技术;系统可行性

引言

我国制造业与工业发达国家相比有较大差距，其中劳动生产率与自动化程度低是一个重要的因素。我国大部分制造企业的制造工艺体系依旧停留在二维图上，对设计人员的专业知识与技术要求较高。在产品制造出来之前无法检验出产品设计中的错误，发现问题以后再对产品设计做修改，重新规划制造工艺，这样大大增加了产品的开发成本和风险，产品的开发周期长，不能快速响应市场的需求。

1现代机械设计与制造工艺特征

现代机械设计与制造工艺特征主要涉及以下几个方面：首先是设计工艺结合。在机械设计环节，为确保机械设计有效性，需要保证在设计调查环节得到有效保证。在现代机械设计中，机械制造企业通常会在设计生产前，根据设计调查的实际情况记录相关数据，并将数据输入计算机中，利用计算机进行自动化计算，从而获得设计模板。因此，在现代机械设计中，可以实现设计工艺的有效结合，提高机械设计工艺的先进性。其次是控制环境影响。现代机械设计与制造的一项重要特征是降低了对环境的影响。在传统机械生产模式中，人工操作设计与制造流程势必会存在资源浪费以及环境污染问题，而现代机械设计与制造工艺通过对先进技术的应用，能够实现资源的回收利用，极大地提升了资源利用率，同时降低对环境的影响。

2智能制造与智能制造技术、智能制造系统

2.1工业1.0～4.0与智能制造

智能制造与智能制造技术、智能制造系统之一是工业1.0～4.0与智能制造。专家们研究了十八世纪以来工业制造业的发展历程，指出人类工业化历史可分为1.0～3.0三个时代。工业1.0时代从18世纪60年代延伸至19世纪中叶，在这一时代，蒸汽机工业生产取代了手工业生产，在人类史上第一次出现了机械制造业，但在工业1.0时代，机械制造以整机制造为主，生产速度非常慢，而且生产出来的蒸汽机质量较差，瓦特每天都必须带着一帮工匠维修蒸汽机;工业2.0时代从19世纪下半叶延伸至20世纪初，在这一时代出现了流水线、标准化生产工艺与电动机，工程师与蓝领工人们已经可以通过电力，在流水线上大批量生产标准化的机械零部件;工业3.0时代从20世纪70年代延伸至今天，在这一时代，计算机、信息技术、机器人技术应用到机器制造领域中，对工件的加工精度从厘米级提升至毫米级、丝米级、微米级。德国制造业专家与工程师们提出：在未来的工业4.0时代，机器加工、制造将走向多元化、数字化、个性化，而智能制造将成为机器制造的主流。智能制造，可以描述为：在机械加工生产的各個环节，在三维空间加时间的四个维度上，综合运用RFID、工业互联网、传感器、信息技术、网络技术、大数据技术、人工智能技术，以高度柔性与高度集成的方式，根据用户的需求设计产品、以微米级的尺度加工工件，通过物联网进行销售。还有专家认为：智能制造不能仅仅涵盖机械产品设计、加工、销售三个环节，还必须涵盖机械产品的报废处理，机械加工产品使用寿命到期后，必须将其全部材料加以回收、再利用。

2.2基于DELMIA的虚拟装配技术

智能制造与智能制造技术、智能制造系统之二是在DELMIA中构建变速器装配仿真的PPR结构树DELMIA最重要的核心功能是PPR HUB，是进行产品设计、规划和验证的纽带，是产品-工艺-资源模型思想在DELMIA软件中的重点体现。通过构建PPR结构树可以完成DELMIA中的DPM（数字制造工艺）与DPE（数字工艺工程）、QUEST以及CATIA之间的数据传输。构建PPR结构树主要有如下2个方面的工作。1）产品结构的构建。因为CATIA、SolidWorks软件与DELMIA均由法国SolidWorks公司开发，所以CATIA、SolidWorks与DELMIA均存在着高度的共融性，DELMIA中的模型均可以在CATIA、SolidWorks创建。变速器零部件模型均由CATIA中创建，将已经创建好的零部件模型以CATproduct格式保存下来，然后导入PPR结构树中的产品列表中。2）工艺结构的构建。在DELMIA装配仿真中，产品零部件拆卸过程的逆过程是想要得到的正常装配过程。所以可以采用“可拆即可装”的思路模拟产品零部件的装配过程，顺序设置变速器各零部件的装卸过程，并依次设置每个零部件的工艺节点。

2.3机械加工的自动编程

智能制造与智能制造技术、智能制造系统之三是实现机械加工的自动编程。目前国内大多数机械加工企业在运用数控技术时都是采用工作人员事先设定的程序，进而对机械设备展开工作控制。在人工智能进一步发展的当今时代，这一模式还需要得到进一步的创新。值得注意的

是，通过人工设定程序进行控制尽管也能够有效提高生产效率，但容易出现误差，再调整时也需要耗费时间。因此，在未来的发展阶段，要实现机械加工的自动编程。这要求企业加快对人工智能与数控技术的研究，从而掌握机械加工自动编程的核心技术，并尽快投入至生产实践中去。

结语

总之，在机械加工领域全面推广智能制造，有助于国内机械加工行业实现转型升级，有助于打造中国机械加工业竞争的新优势。因此，我们应当进行更加充分、更加精细的可行性研究，把这项事关中国机械加工行业未来发展的重大任务做好。

参考文献：

[1]从“隐形冠军”到“智能制造和数字工业解决方案践行者”，菲尼克斯2.0全面启航！[J].国内外机电一体化技术，2019，22（05）：12-15.

[2]史永乐，严良.智能制造高质量发展的“技术能力”：框架及验证———基于CPS理论与实践的二维视野[J].经济学家，2019（09）：83-92.