李應曉 劉 慶 楊立琨 呂兆蘭 閆孟嬌 李炳勤

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452；2.中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200090）

制造業(yè)是經濟發(fā)展的重要支柱之一。在眾多的經濟扶持政策下，我國制造業(yè)的發(fā)展水平不斷提升，并研發(fā)出了各種各樣的新技術與新設備。尤其是在智能化的發(fā)展趨勢下，傳統(tǒng)制造行業(yè)紛紛進行技術改進，目前智能制造已經成為傳統(tǒng)制造改革的標志。先進數控技術是智能制造的技術支撐。深入研究智能制造與先進數控技術，有利于將先進數控技術更好地運用于智能制造，從而提升制造行業(yè)的整體水平[1]。

1 智能制造的主要內涵

智能制造是在傳統(tǒng)制造的基礎上，通過引進各種智能化設備與智能技術，改進制造過程中的生產工藝與生產設備，從而實現生產過程智能化的制造方式。與傳統(tǒng)制造技術不同，將智能化技術引入到制造中后，傳統(tǒng)工藝中危險性高、不易操作的環(huán)節(jié)皆可通過智能化技術控制相關設備按照程序設置自動完成，從而有效提升產品生產的效率與質量[2-3]。智能制造是基于計算機技術運用的智能技術，具有強大的數據處理與存儲能力，能夠自動處理與保存生產過程中產生的數據。數據處理完成后，還可根據數據類型自動生成生產報告發(fā)送到管理端，以供企業(yè)管理人員進行查詢與決策。基于大數據與人工智能技術，智能制造控制端經過長期改進與完善，已經具備較高的智能化程度，且擁有自我學習的能力，能夠不斷提高產品制造的過程控制及智能化水平。智能制造發(fā)展路徑如圖1所示。

圖1 智能制造發(fā)展路徑

2 先進數控技術的種類

2.1 高速、高精聯動控制技術

數控機床與傳統(tǒng)的普通機床不同，在實際運用時多采用多軸聯動的方式同時控制與完成產品的生產。但由于數控機床控制的設備，伺服的減速與加速變化較快，從而導致不同機床的運行狀態(tài)存有明顯的差異[4]。受此因素的影響，數控機床采用多軸聯動的生產方式時經常會出現精準度控制較低的情況，從而造成產品的輪廓軌跡偏差較大。但若是將高速高精聯動控制技術運用于數控機床，通過預先設置生產程序，并在控制數控機床的過程中對多軸聯動進行合理補償，就能夠實現對不同環(huán)節(jié)的生產運動進行針對性控制，從而提高生產運動的精準性。對于數控機床的控制算法，可采用比例-積分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）反饋控制技術，以進一步強化數控機床的抗干擾能力，提高信號傳輸的穩(wěn)定性。通過引進高速高精聯動控制技術，可有效避免生產輪廓出現較大誤差，從而提高產品的制造精度。高速、高精聯動控制技術示意圖如圖2所示。

圖2 高速、高精聯動控制技術示意圖

2.2 機床多源誤差補償技術

因數控機床采用多軸聯動的加工方式，在各種內外因素的影響下，數控機床的加工精準度比較低。根據對數控機床運行方式的分析，發(fā)現數控機床的誤差來源主要分為零件原始制造誤差、安裝誤差與使用磨損誤差3種，其中使用磨損誤差對產品加工精準性的影響最大[5]。針對數控機床的這種特點，可以采用合理的設計方式有效提高數控機床的操作能力，以便能夠更好地運用機床多源誤差補償技術，從而優(yōu)化數控機床的整體運用水平，提升數控機床的加工精準度。不同于數控機床中其他先進數控技術，運用機床多源誤差補償技術時是通過采用測量、分析與統(tǒng)計的方式深入分析機床的特性與規(guī)律，從而在建設誤差模型的基礎上科學計算誤差的數值量，進而消除產品生產的誤差?，F有的機床多源誤差補償技術已演變出4類技術，即幾何誤差補償技術、熱誤差補償技術、力誤差補償技術與振動主動抑制技術。每種誤差補償技術的誤差控制效果有所不同，需根據實際情況需要確定使用哪種誤差補償技術。

2.3 智能化控制技術

隨著智能化技術的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，將智能化技術運用于產品加工中形成智能制造的加工方式，在機床加工中已經十分常見。具體而言，智能化控制技術是以計算機技術基礎為依托，通過融合先進的大數據技術，在采集各種機床數據后形成對應的加工模型。構建出模型后，根據機床加工的內部算法對數據進行智能化計算，并實時監(jiān)控數據，以便于及時適當修改設備參數，確定設備是否存在運行故障。在智能化控制技術的支持下，數控機床的整個加工過程均可在功能擴展后自主學習、控制與維護數控機床。需要注意的是，在運用智能化控制技術的過程中，只有做好大數據的采集工作，通過數據挖掘的方式有效開展設備參數優(yōu)化與分析，才能實現數控機床的智能化控制。

3 實現智能制造與數控技術結合的技術路線

3.1 在自動化信息系統(tǒng)中的應用

智能數控技術是通過將智能制造與數控技術相結合而形成的一種功能復雜的綜合性技術。將智能數控技術運用于自動化信息系統(tǒng)中，可在此技術的支持下有序開展產品的設計、加工與生產工作，從而使產品生產的效率與質量得到大幅提高[6]。對于產品加工與制造而言，要想實現自動化檢測與控制，需做好產品生產全過程的信息流控制，特別是產品設計與生產檢測信息管控環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)的信息流比較大，采用傳統(tǒng)的人工信息控制方式效率較低，而合理運用智能數控技術可為自動化信息系統(tǒng)提供功能協(xié)助。

3.2 在自動化檢測中的應用

自動化技術的應用優(yōu)勢較多，在機械制造中的應用越來越廣泛，經過不斷改進與完善，現有的機械自動化模式已經比較成熟。相對于自動化制造模式，智能數控技術的發(fā)展時間較短，在自動化檢測中的應用不夠深入，應用難度較大，但整體技術效果十分良好。在產品制造的后期環(huán)節(jié)中，加工生產操作十分復雜，不易控制產品加工生產的精準性。若將智能數控技術運用于自動化檢測中，在計算機技術的協(xié)助支持下，可以自動對產品進行質量檢測，從而及時發(fā)現質量不合格的產品，提升產品生產的效率與質量。

3.3 在安全防控中的應用

機械制造的生產環(huán)節(jié)較多，需要運用大量的勞動力，加上機械制造的生產周期短、工作量集中、制造量密集，極易降低生產人員的工作積極性，甚至引發(fā)各種安全事故。積極應用先進的數控技術，通過整合智能制造技術進行新生產模式研發(fā)，可改進機械制造的生產環(huán)節(jié)，降低各個環(huán)節(jié)中工人的勞動強度。同時，在出現生產數據異常時，可及時將報警信息發(fā)送給管理端，從而避免引發(fā)較為嚴重的安全事故，保障人員和設備安全。

3.4 在物流和產品裝配中的應用

物流和產品裝配的效率直接制約著產品生產的整體水平。在進行物流運輸與產品裝配時，基于自動化物流操控系統(tǒng)的運用，通過引進智能數控技術并進行功能擴展，同時在計算機終端進行預先指令安排，根據生產需求進行指令輸入，即可將生產材料運輸到指定位置。由于產品生產與裝配已提前設定完成，系統(tǒng)會自動檢驗、輸送、組合零配件，從而降低零配件的裝配錯誤率，保障后續(xù)產品生產的精準性與質量，提高產品的生產水平。物流與裝配智能化應用體系架構示意圖如圖3所示。

圖3 物流與裝配智能化應用體系架構示意圖

4 結語

在我國經濟體制改革的背景下，人們更傾向于工作環(huán)境條件較好的工作，從而導致制造行業(yè)的人力資源短缺現象愈發(fā)嚴重。加上當前社會對于制造行業(yè)的要求（如生產質量與生產效率）愈發(fā)嚴苛，傳統(tǒng)工業(yè)制造方式已經無法滿足這種需求，智能制造必然會成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢。因此，相關技術人員要以智能制造為導向，加大先進數控技術融合分析與研究的力度，才能提高智能制造的整體技術水平，推進我國工業(yè)制造的自動化與智能化發(fā)展。