智能制造与智能数控机床探究

智能制造与智能数控机床探究*

李鹏祥

（宁夏理工学院，宁夏 石嘴山 753000）

摘　要：消费者参与、个性化或定制化的产品生产模式需求，使得智能制造成为未来制造业技术发展的必然趋势。机床是制造业的基础，也是智能制造的关键。文章主要对智能制造的发展、信息物理系统内涵以及智能数控机床的特征进行了讨论，并对智能数控机床的发展阐明了自己的观点。

关键词：智能制造；信息物理系统；智能数控机床中图分类号：F426.4 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）16-0015-02

——————————————基金项目： 宁夏先进制造技术研究人才小高地作者简介： 李鹏祥（1988—），男，山东临沂人，硕士，助教，研究

方向：机床与机床数控技术，数字化设计与制造。

在现代制造领域，小批量、高质量、个性化定制产品逐渐成为市场对生产体系的基本要求。为满足制造业创新与服务化发展的需要，以智能制造为代表为未来制造业技术使制造业进入新的发展和转型空间，各国制造业面临更大的竞争力格局变化和挑战。美国工业互联网以及德国“工业4.0”都致力于深度融合于信息物理系统（CPS）的智能制造，智能制造也是“中国制造2025”战略主攻方向。智能制造离不开智能装备，机床是制造业的基础和关键，机床继数控化后，更加明显地朝着智能化的方向发展，发展高性能的智能化机床已成为机床企业的共识，也是中国装备制造发展的重大机遇。

1 智能制造

(Intelligent Manufact IMS 项目设想的未来工厂，以计算机中心为核心，通过卫星进行全球通讯和运作，总公司直接连接研发中心、智能工厂、物流中心、供应商、零售商，各个生产已不再是孤立的个体，新一代制造系统已涵盖了当前智能制造主要内容[1]。2006年，美国国自然科学基金提出借助计算和通信核心，构建的新一代综合计算、网络和物理环境，可靠、高效和高性能的“全球虚拟(信息系统)和物理实体(物理系统)”的，用于生产制造领域的信息物理系统（Cyber Physics System，CPS）[2]

。2013年，德国提出“工业4.0”概念，以智能制造与智能工厂为核心，依托物联网、云计算、大数据，以CPS 系统核心将虚拟网络世界与现实物理系统连接，实现制造者、机器、资源、产品有效的交流，形成灵活的智能化制造模式。“中国制造2025”重点领域，聚焦智能生产、智能化工厂，参照CPS 系统以及工业4.0的技术标准构建智能制造产业生态系统。

CPS 系统是实现智能制造的共同使能技术，CPS 系统智能体的基本逻辑是以“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、

学习提升”[3]

的多维度复杂智能制造技术体系。CPS 系统的核心特征是“交互”；人脑的知识“人类智能”不断通过数字化、信息化转化为制造系统中的“机器智能”；制造系统中“机器智能”不断优化和积累，逐渐替代人脑进行“感知—分析—决策—执行”，驱动智能制造的实现。

智能制造，通过模拟人类专家的智能制造活动，在产品、制造、服务等制造活动全生命周期中置换或延长人类脑力劳

动部分；以智能工厂为载体，在人工智能、感知技术、网络化等技术基础上，以一种高度柔性与集成的方式对信息融合和知识应用，使人类专家智能与智能机器相互理解和相互协作；具备人机对话、智能感知、智能学习、智能决断执行和自适应智能优化等能力的新型生产方式。

2 智能数控机床

产品、装备和过程是实施智能制造需要考虑的三个支点，其中智能装备是最大难点[4]。对于智能装备，有学者认为机器或系统必须严格按人脑的工作方式工作，也有学者认为只要实现或者具备人脑的某些功能即可。智能制造装备（Intelligent Manufacturing Equipment，IME）是指具有感知、

分析、推理、决策和控制功能的制造装备[5]

。中国工程学会给出的智能设备技术路线[6]：在2020年前，实现智能感知、智能决策和智能执行，在2030年前，实现学习、推理和自律。

智能数控机床是智能制造装备推进的重点，智能化是数控机床的高端表现形式，也是高档数控机床的标志。随着全球产业结构调整和机械产品升级，数控机床的发展在共性使能技术带来的动力革命基础上，经历了以蒸汽机技术为核心推动力的“蒸汽一代”、以电机技术为核心推动力的“电气一代”，当前正在全面进入以数控技术为核心推动力的“数控一代”，未来必然会发展到以人工智能为核心推动力“智能一代”。

当前，智能数控机床尚没有规范、确切的的定义。日本山崎马扎克公司推出的“Intelligent Mchine”命名的智能化数控机床主要体现在智能振动抑制、智能热屏障、智能安全保护、智能语音导航功能等方面智能特征；而新推出的MAZTROL SMOOTH 数控系统采用触屏操控面板、增加3D 模拟仿真，SMC+流畅加工、ITS+热变位控制等功能将加工准备、制造过程、设备维护完美结合实现顺畅制造与高效加工。瑞士米克朗公司推出智能机床高级工艺控制系统APS 模块，通过观测加工过程中切削力的变化，实现人与机床互动通信，辅助操作人员优化加工过程；智能机床可以检查自身状态并独立优化工艺，提高工件加工质量。沈阳机床集团研发拥有自主核心技术的i5系统智能机床，有效集成了工业化（Industry）、信息化（Information）、网络化（Internet）、智能化（Integrate）和集成化（Intelligent），通过互联网智能终端，实现补偿、诊断、控制和管理智能化。

智能数控机床或者说机床的智能化，首先要采用人工智能的理论技术与数控机床结合起来处理各种问题；其次可以模拟人类专家的智能的特性，具备自我学习能力、智能预测与维护等功能。智能数控机床的特征表现：能感知自身条件、明确自身加工能力，实现人机交流、共享加工信息；能自动检测自身的运行状况并且智能校准优化加工行为；可以评定工件加工的质量；具备自学习与提高的能力。以实现加工过程的智能化，操作与管理的智能化以及加工能力的智能化。