唐增亮，陳明耀，李勇華

（廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校，廣西 玉林 537000）

模具加工是制造業(yè)中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)是將零部件、產(chǎn)品等制造成所需要的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等。傳統(tǒng)的模具加工方式存在著效率低下、制造成本高等問(wèn)題。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，智能化加工技術(shù)在模具加工中得到了廣泛應(yīng)用，為模具行業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐和有效手段。

1 智能化技術(shù)的功能特點(diǎn)及應(yīng)用

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的智能化設(shè)備和系統(tǒng)被應(yīng)用到模具加工中。目前，智能化技術(shù)主要包括數(shù)字化加工、自動(dòng)化加工、智能化監(jiān)控等方面。

1.1 數(shù)字化加工

1.1.1 數(shù)字化加工的特點(diǎn)

數(shù)字化加工是指通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造等技術(shù)手段將模具加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。數(shù)字化加工可以有效降低制造成本，提高加工效率，同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)字化加工是一種基于數(shù)字信息技術(shù)的精密制造方法，其將設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和計(jì)算機(jī)數(shù)控加工（CNC）系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，將數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為具體的真實(shí)產(chǎn)品。數(shù)字化加工使得生產(chǎn)過(guò)程變得更高效、更準(zhǔn)確和更靈活，同時(shí)也能夠提高生產(chǎn)質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。數(shù)字化加工涉及到許多方面的技術(shù)，其中包括三維掃描技術(shù)、逆向工程技術(shù)、虛擬加工技術(shù)、快速原型制作技術(shù)、激光切割技術(shù)等。利用這些技術(shù)，數(shù)字化加工可以在各種材料上進(jìn)行生產(chǎn)制造，例如金屬、塑料、陶瓷和木材等。

1.1.2 在模具行業(yè)中的應(yīng)用

數(shù)字化加工是目前智能化技術(shù)在模具加工中應(yīng)用最為廣泛的一種方式。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造等技術(shù)手段將模具加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可以使加工過(guò)程更加精確、高效、安全，同時(shí)大大降低了制造成本。目前，數(shù)字化加工主要應(yīng)用于數(shù)控加工中，其主要流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)控加工流程圖

建模：將物理實(shí)體或零件的三維幾何形狀轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以理解和處理的數(shù)字模型。這個(gè)數(shù)字模型可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件創(chuàng)建，以便將其導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）中進(jìn)行加工。在建模過(guò)程中，需要考慮零件的幾何形狀、尺寸、材料和制造工藝等因素。一個(gè)好的建模過(guò)程可以確保零件完整、精確地加工出來(lái)。

規(guī)劃路徑：根據(jù)已建模的零件幾何形狀和加工要求，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中自動(dòng)化生成用于控制刀具行進(jìn)軌跡的數(shù)字化路徑。這個(gè)路徑包含了刀具在零件表面上行進(jìn)的所有信息，如起點(diǎn)、終點(diǎn)、路徑方向、穿刺角度、切削深度和進(jìn)給速率等。這些信息可以由CNC 系統(tǒng)翻譯和執(zhí)行，使得刀具按照預(yù)定的路線，以精確的速度和深度進(jìn)行切削加工，最終將零件制造出來(lái)。規(guī)劃刀具路徑的優(yōu)化可以提高加工效率、降低成本和提高制造質(zhì)量。

生成程序：通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件自動(dòng)生成，編寫(xiě)過(guò)程中需要考慮零件的幾何形狀、材料、加工工藝等因素，以確保能夠高效、準(zhǔn)確地加工出所需的零件。

數(shù)控加工：將計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件生成的程序?qū)霐?shù)控機(jī)床，由數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

檢測(cè)：對(duì)加工出來(lái)的工件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢查加工精度是否符合要求，并在必要時(shí)調(diào)整加工參數(shù)，重新進(jìn)行數(shù)字化加工。

入庫(kù)：檢測(cè)合格的成品進(jìn)行入庫(kù)分類(lèi)管理。

數(shù)字化加工通過(guò)將手工操作轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)控制，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并且可以針對(duì)不同的工件需求進(jìn)行自動(dòng)化加工，同時(shí)也減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2 自動(dòng)化加工

1.2.1 自動(dòng)化加工的特點(diǎn)

自動(dòng)化加工是指通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，使機(jī)器自動(dòng)進(jìn)行加工、裝配和生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)。相較于人工操作的傳統(tǒng)加工方式，自動(dòng)化加工具有高效、精確等優(yōu)勢(shì)，并被廣泛應(yīng)用在工業(yè)制造領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的手動(dòng)操作相比，自動(dòng)化加工可以大幅提升生產(chǎn)效率。通過(guò)數(shù)字化信息的處理，不但消除了工裝制作與安裝的繁瑣，同時(shí)，也減少了人力成本。此外，自動(dòng)化加工還能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。機(jī)器通過(guò)程序?qū)庸?shù)的準(zhǔn)確控制，能夠保證每個(gè)產(chǎn)品都具有相對(duì)一致的良好品質(zhì)。

目前，在自動(dòng)化加工技術(shù)方面，我國(guó)取得了很多重要進(jìn)展。例如，智能制造系統(tǒng)的研發(fā)、以機(jī)器人為代表的自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)等。這些項(xiàng)目旨在將人工參與的制造流程轉(zhuǎn)換為自動(dòng)化生產(chǎn)模式。近年來(lái)，自動(dòng)化加工理念受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。與此同時(shí)，激光加工、電化學(xué)蝕刻、精密光刻、3D 打印等技術(shù)的不斷發(fā)展，為自動(dòng)化加工技術(shù)的深度與廣度提供了可靠的基礎(chǔ)和支撐。

1.2.2 在模具加工中的應(yīng)用

自動(dòng)化加工是一種廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的技術(shù)，可以有效地提高各種產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化和智能化，可以大大降低人工成本，提高加工的精度和效率。其主要應(yīng)用于模具制造過(guò)程，見(jiàn)表1。

表1 自動(dòng)化加工的應(yīng)用

1.3 智能化監(jiān)控

1.3.1 智能化監(jiān)控的特點(diǎn)

智能化監(jiān)控是指通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的全方位智能感知、分析、預(yù)測(cè)，為監(jiān)管人員提供有效的管理手段。智能化監(jiān)控主要將“感知-分析-決策”3 個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種事件場(chǎng)景的精準(zhǔn)識(shí)別與判定，并且依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算法，優(yōu)化監(jiān)控效果提高識(shí)別準(zhǔn)確性。例如，可以配置足夠多的情景模式，在模擬虛擬環(huán)境中開(kāi)展動(dòng)態(tài)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，快速累積大量目標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行挖掘，反饋對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控方案的改善建議。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的逐步成熟，智能化監(jiān)控將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用，未來(lái)產(chǎn)業(yè)將會(huì)更多地將其應(yīng)用到生產(chǎn)管理過(guò)程中，以降低生產(chǎn)成本，增加操作員與設(shè)備的聯(lián)結(jié)度，并保證生產(chǎn)安全與穩(wěn)定性。

1.3.2 在模具加工中的應(yīng)用

智能化監(jiān)控通過(guò)傳感器、計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)模具加工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行分析和處理。智能化監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中的異常情況，并對(duì)異常情況進(jìn)行處理，保證加工質(zhì)量和安全。目前，智能化監(jiān)控主要應(yīng)用于以下方面。

1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：通過(guò)傳感器等設(shè)備監(jiān)測(cè)機(jī)床各個(gè)部位的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和溫度、振動(dòng)等情況，利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行早期預(yù)警和預(yù)防。

2）制程監(jiān)控：運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)模具加工過(guò)程中的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，如零件精度、表面光潔度等。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)判定與比對(duì)，在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決。

3）自適應(yīng)控制：通過(guò)運(yùn)用人工智能算法，實(shí)現(xiàn)模具加工過(guò)程自適應(yīng)控制，根據(jù)加工狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整刀具運(yùn)行速度、進(jìn)給速度等參數(shù)，保證加工過(guò)程高效穩(wěn)定。

4）知識(shí)管理：智能化監(jiān)控還可實(shí)現(xiàn)對(duì)模具加工過(guò)程知識(shí)的記錄、積累、共享和傳遞，形成模具加工知識(shí)庫(kù)，為后續(xù)生產(chǎn)提供參考和支持。

智能化監(jiān)控在模具加工中廣泛應(yīng)用，不僅可以幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還有望縮短交貨時(shí)間，同時(shí)也為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化提供了強(qiáng)有力的支持。

2 智能化技術(shù)在模具加工中的效果分析

2.1 智能化技術(shù)深度融合提升模具加工全鏈條效率

智能化技術(shù)已經(jīng)深入到模具加工的各個(gè)環(huán)節(jié)中，包括設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理等，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1.1 智能化技術(shù)能夠優(yōu)化模具的設(shè)計(jì)和制造流程

基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（CAD）建立數(shù)學(xué)模型，利用虛擬試驗(yàn)和數(shù)值分析進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模具結(jié)構(gòu)和性能的完美協(xié)調(diào)。由此，研發(fā)周期和成本大幅縮短。同時(shí)，數(shù)字化工序使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可通過(guò)自動(dòng)化完成，降低因手工操作誤差所導(dǎo)致的問(wèn)題，并提高了產(chǎn)品精度和制造的穩(wěn)定性，大幅提升整體制造效率。

2.1.2 智能化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能化的質(zhì)量控制

通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，偏離標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)警和異常分析，在加工后期能夠針對(duì)性地修改工藝參數(shù)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)。這種方式可以避免質(zhì)量問(wèn)題的擴(kuò)散或重新處理造成的浪費(fèi)，并提高檢測(cè)的速度和準(zhǔn)確性。此外，智能化技術(shù)能夠通過(guò)追蹤每個(gè)模具的歷史數(shù)據(jù)，快速排查問(wèn)題，提高質(zhì)量反應(yīng)的精度和效率。

2.1.3 智能化技術(shù)能夠優(yōu)化模具的生產(chǎn)管理

通過(guò)信息技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)下達(dá)，生產(chǎn)過(guò)程協(xié)調(diào)合理，流水線式加工等，以最少成本、最少時(shí)間和人力資源完成項(xiàng)目任務(wù)和量產(chǎn)要求，支撐決策，并隨時(shí)跟蹤生產(chǎn)的狀況。運(yùn)用這些成果，可以提高企業(yè)的整體協(xié)調(diào)性、減少缺陷率，并不斷強(qiáng)化品牌競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)模具制造向更高水平邁進(jìn)。

2.2 智能化技術(shù)在模具加工中的多重效益

智能化技術(shù)應(yīng)用在模具加工中可以有效提高加工效率和降低制造成本，并且還可以保證加工質(zhì)量和安全。下面將從這幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.2.1 提高加工效率

傳統(tǒng)的模具加工方式需要人工完成大量重復(fù)性勞動(dòng)，效率低下。而智能化技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率。比如，數(shù)字化加工可以使加工過(guò)程更加精確、高效、安全，同時(shí)通過(guò)靈活的工作流程，提高加工效率。

2.2.2 降低制造成本

智能化技術(shù)的應(yīng)用可以降低制造成本。比如，數(shù)字化加工通過(guò)全自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)監(jiān)控等方式不斷優(yōu)化制造流程，減少人力和物料浪費(fèi)，從而降低人工成本和制造周期，有效地降低制造成本。

2.2.3 保證加工質(zhì)量和安全

智能化技術(shù)的應(yīng)用可以保證加工質(zhì)量和安全。比如，數(shù)字化加工可以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程數(shù)字化，從而保證加工精度；自動(dòng)化加工可以通過(guò)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)加工后的產(chǎn)品進(jìn)行精度檢測(cè)；智能化監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中的異常情況，并對(duì)異常情況進(jìn)行處理，保證加工質(zhì)量和安全。

3 智能化技術(shù)在模具行業(yè)應(yīng)用遇到的難題

在對(duì)區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)模具加工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研中，企業(yè)負(fù)責(zé)人介紹到，企業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，否則將與時(shí)代脫節(jié)，最終只能被淘汰。但是，傳統(tǒng)生產(chǎn)理念對(duì)企業(yè)在智能制造方面的發(fā)展產(chǎn)生很大的影響，主要表現(xiàn)為以下幾方面。

3.1 生產(chǎn)模式缺乏變革

傳統(tǒng)生產(chǎn)理念下企業(yè)經(jīng)營(yíng)者、管理人員、技術(shù)人員習(xí)慣于用大量設(shè)備和工人來(lái)完成生產(chǎn)目標(biāo)，缺乏用新技術(shù)和新工藝來(lái)創(chuàng)新生產(chǎn)模式的意識(shí)。

3.2 對(duì)新技術(shù)的認(rèn)知較低

與傳統(tǒng)設(shè)備相比，智能裝備需要全新的技術(shù)認(rèn)知和產(chǎn)品理念，技術(shù)人員需要具備更強(qiáng)的前瞻性和先進(jìn)性認(rèn)識(shí)，但由于缺乏學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員的使用經(jīng)驗(yàn)較少。

3.3 資金投入問(wèn)題

對(duì)于智能制造領(lǐng)域的新技術(shù)和新設(shè)備投入負(fù)擔(dān)較大，而其試用和應(yīng)用過(guò)程中，也會(huì)經(jīng)歷調(diào)試階段、切換等各種困難，由此對(duì)企業(yè)產(chǎn)出能力帶來(lái)一定影響。

3.4 技術(shù)成熟度不高

智能化設(shè)備需要配合一系列技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)其有效運(yùn)用，如操作流程、安全策略等，由于智能化技術(shù)發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，相關(guān)技術(shù)還在不斷完善，使得企業(yè)現(xiàn)有的操作人員、維修人員等方面極其缺乏。

4 應(yīng)用智能化技術(shù)的解決思路

帶著智能化技術(shù)在模具行業(yè)應(yīng)用遇到的難題，對(duì)區(qū)內(nèi)外轉(zhuǎn)型升級(jí)較為成功的模具企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研。該企業(yè)通過(guò)與科研機(jī)構(gòu)合作，建立小型化模具加工智能生產(chǎn)線（圖2），實(shí)現(xiàn)了模具的快速化、智能化生產(chǎn)，模具生產(chǎn)周期縮短了一半以上。

圖2 智能生產(chǎn)線

通過(guò)調(diào)研，為應(yīng)用智能化技術(shù)提供了可行的解決思路。①企業(yè)可以通過(guò)與設(shè)備制造廠商聯(lián)系和合作，派遣相關(guān)人員到先進(jìn)制造企業(yè)學(xué)習(xí)，還可以參觀省內(nèi)外先進(jìn)的智能制造應(yīng)用典型企業(yè)并學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以此提升企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)管理人員對(duì)生產(chǎn)工藝的思維方式。②邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的智能化技術(shù)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或設(shè)備生產(chǎn)廠家派遣技術(shù)人員到企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)和技能的交流。建立企業(yè)內(nèi)部技術(shù)交流平臺(tái)，鼓勵(lì)技術(shù)人員參與智能化技術(shù)的研究和探討，分享使用經(jīng)驗(yàn)和解決方案以促進(jìn)技術(shù)人員之間的合作和學(xué)習(xí)。尋求外部合作，與專(zhuān)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)、高職院校進(jìn)行合作，獲取更多先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持，提高技術(shù)人員的使用經(jīng)驗(yàn)。③將投資成本納入長(zhǎng)期規(guī)劃中，進(jìn)行有效的資金管理和利用，使原有產(chǎn)出能力得以保持基本水平。在使用新設(shè)備、新技術(shù)過(guò)程中，盡量選擇生產(chǎn)淡季進(jìn)行產(chǎn)線改進(jìn)。④對(duì)于智能化技術(shù)人才短缺問(wèn)題，一方面，國(guó)內(nèi)的設(shè)備制造廠商通常會(huì)為新采購(gòu)和安裝產(chǎn)線的企業(yè)提供專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，并不定期開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)班，為企業(yè)技術(shù)人員提供培養(yǎng)服務(wù)；另一方面，當(dāng)前大部分中高職院校已開(kāi)設(shè)智能化技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)，傾向于與智能化技術(shù)相關(guān)企業(yè)建立校企合作關(guān)系，從而讓學(xué)校培養(yǎng)的專(zhuān)業(yè)人才與企業(yè)之間無(wú)縫對(duì)接，以便學(xué)生畢業(yè)后更快速地適應(yīng)工作崗位。這不僅解決了中高職院校實(shí)訓(xùn)基地資源和教學(xué)資源不足的問(wèn)題，同時(shí)還可以幫助企業(yè)快速培養(yǎng)滿(mǎn)足應(yīng)用智能化技術(shù)需要的專(zhuān)業(yè)人才。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了幫助模具加工企業(yè)克服發(fā)展中的困境并實(shí)現(xiàn)升級(jí)轉(zhuǎn)型，智能化技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵的突破口。為了解決企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的種種困難，企業(yè)可以與設(shè)備制造廠商合作，派遣管理人員和技術(shù)骨干等進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，參觀學(xué)習(xí)先進(jìn)的智能制造企業(yè)應(yīng)用案例，并與中高職院校聯(lián)合培養(yǎng)智能化技術(shù)應(yīng)用和維護(hù)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。在智能化技術(shù)的推動(dòng)下，模具加工將變得更加高效、精確、安全，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。