董宜揮

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 465200）

機(jī)械制造業(yè)是我國工業(yè)的重要部分，其技術(shù)發(fā)展水平與國民經(jīng)濟(jì)存在密切聯(lián)系。在新一輪技術(shù)革命背景下，機(jī)械制造工程領(lǐng)域迎來了重大發(fā)展機(jī)遇。智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)的深度融合，大幅提升了機(jī)械制造水平。當(dāng)前，基于信息技術(shù)、智能技術(shù)的智能制造模式有效解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式存在的種種弊端，在提升機(jī)械制造效能的同時(shí)，為行業(yè)的升級換代提供了有效保證。因此，相關(guān)企業(yè)要積極探索機(jī)械制造智能發(fā)展模式的創(chuàng)新路徑，推動(dòng)我國機(jī)械制造工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能化和集成化目標(biāo)。

1 智能制造技術(shù)在機(jī)械制造工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

1.1 智能制造技術(shù)在機(jī)械加工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在機(jī)械制造工程領(lǐng)域中，機(jī)械加工設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)。我國機(jī)械制造工程的發(fā)展起步較晚，相較于發(fā)達(dá)國家，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上都存在不足，還有較大的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)模式的主要問題在于技術(shù)的先進(jìn)性和精細(xì)度不足，在“設(shè)計(jì)—打樣—修改”的過程中不斷反復(fù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期較長，資源投入過多，對后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成了不利影響。

智能制造技術(shù)在機(jī)械加工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠有效改善這一模式，即通過計(jì)算機(jī)軟件完成研發(fā)設(shè)計(jì)工作，制作設(shè)計(jì)圖紙，并進(jìn)行3D 建模和生產(chǎn)流程的模擬推演，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中存在的問題，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和控制[1]。設(shè)計(jì)流程模擬完畢后進(jìn)入打樣環(huán)節(jié)，能夠提高樣品的成功率。這種方式相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式更加快捷、高效，資源投入少，設(shè)計(jì)周期短，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)流程和制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

1.2 智能制造技術(shù)在機(jī)械加工控制中的應(yīng)用

將智能制造技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械加工控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制造的自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化和可控制化，降低人工參與比重，精簡工作流程，提升生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的穩(wěn)步提高。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造企業(yè)的數(shù)量和規(guī)模都在大幅擴(kuò)張，促使行業(yè)對生產(chǎn)力和技術(shù)水平提出了更高要求。為了適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求，提升機(jī)械制造工程領(lǐng)域的競爭力，深入應(yīng)用智能制造技術(shù)成為必經(jīng)之路。智能制造中的自動(dòng)化技術(shù)和控制系統(tǒng)逐漸取代了傳統(tǒng)的人工操作模式，將手動(dòng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械自動(dòng)生產(chǎn)，甚至實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。技術(shù)人員只需要在控制室即可完成參數(shù)調(diào)整、進(jìn)給量控制等一系列操作，在降低工作人員強(qiáng)度的同時(shí)，保證了工作人員的人身安全[2]。同時(shí)，人工操作可能會(huì)出現(xiàn)不可控的失誤，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格等，而智能制造技術(shù)的控制系統(tǒng)可有效避免人為失誤，確保生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，提升品控力度。

1.3 智能制造技術(shù)在設(shè)備故障處理中的應(yīng)用

從機(jī)械制造工程的生產(chǎn)流程來看，機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著直接關(guān)聯(lián)。因此，在設(shè)備生產(chǎn)過程中，要確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，避免設(shè)備故障造成流程中斷。傳統(tǒng)的機(jī)械制造模式只能起到事后處理的效果，無法有效防范設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)故障的快速排查和檢修。而在智能制造技術(shù)的輔助下，傳感設(shè)備、自動(dòng)化技術(shù)和智能技術(shù)共同構(gòu)成故障預(yù)警和處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的事前預(yù)測和快速響應(yīng)[3]。它通過對設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，能夠掌握設(shè)備的參數(shù)、性能、運(yùn)行狀態(tài)等，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的閾值判斷數(shù)據(jù)是否正常。一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)第一時(shí)間開啟故障檢測機(jī)制，明確故障位置和故障成因，并及時(shí)發(fā)送預(yù)警信息給技術(shù)人員，通知其快速處理。在日常生產(chǎn)過程中，智能制造技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的科學(xué)管理和定期養(yǎng)護(hù)，分析設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，了解設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，分析養(yǎng)護(hù)周期數(shù)據(jù)，提示維修人員進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，大大提高了日常養(yǎng)護(hù)效率。

2 智能制造技術(shù)在機(jī)械制造工程領(lǐng)域應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是設(shè)計(jì)研發(fā)和裝配制造環(huán)節(jié)的核心技術(shù)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)采用圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方式，容易出現(xiàn)模型計(jì)算錯(cuò)誤、圖紙不合要求等情況，且修改和調(diào)整較為復(fù)雜。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)的虛擬化和可視化，借助計(jì)算機(jī)建模和虛擬場景搭建的方式，模擬整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)、制造和運(yùn)行過程，并通過算法明確產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)[4]。在模擬運(yùn)行過程中，設(shè)計(jì)者和其他工作人員乃至客戶都能夠清楚看到產(chǎn)品的運(yùn)行模式，還能夠根據(jù)即時(shí)需求對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整和二次模擬，壓縮研發(fā)流程，確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)需求。

在裝配制造環(huán)節(jié)，虛擬仿真技術(shù)可以搭建智能化生產(chǎn)線，并模擬產(chǎn)品的裝配過程。工作人員借助穿戴式設(shè)備在虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中完成整個(gè)裝配流程，并調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)，明確裝配流程的具體步驟和各項(xiàng)數(shù)據(jù)。如果其中出現(xiàn)誤差和問題，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。模擬完成后即可投入正式生產(chǎn)，最大限度降低裝配失誤概率。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的深入應(yīng)用使得各行各業(yè)的信息化、智能化進(jìn)程加快，其中機(jī)械制造工程領(lǐng)域的研發(fā)工作、生產(chǎn)工作和管理工作都逐步融入了大數(shù)據(jù)技術(shù)。在研發(fā)階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用主要在于市場調(diào)研和產(chǎn)品需求分析，通過采集產(chǎn)品研發(fā)所需的各項(xiàng)指標(biāo)，包括市場供需指數(shù)、行業(yè)數(shù)據(jù)、同類產(chǎn)品數(shù)據(jù)等搭建需求模型，充分貫徹以市場為導(dǎo)向的研發(fā)原則，將用戶需求融入產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的各個(gè)階段，生產(chǎn)具有針對性的產(chǎn)品[5]。

在生產(chǎn)工作中，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、對產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化控制以及生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化等。以生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化為例，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠采集并分析歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、庫存去化周期，并結(jié)合現(xiàn)階段的市場供需情況預(yù)測未來的生產(chǎn)需求，編制生產(chǎn)計(jì)劃，提升生產(chǎn)行為的準(zhǔn)確性。

在管理工作中，大數(shù)據(jù)計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享、客戶價(jià)值管理，還能夠輔助進(jìn)行供應(yīng)鏈的精益化升級，提升企業(yè)內(nèi)部控制水平和市場服務(wù)水平。在精益化管理工作中，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠分析機(jī)械制造環(huán)節(jié)的生產(chǎn)消耗，科學(xué)調(diào)整資源投入結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保的智能制造。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)械制造工程領(lǐng)域的諸多層面都有應(yīng)用，主要通過無線感知設(shè)備、智能通信技術(shù)和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的人、物、環(huán)境的網(wǎng)聯(lián)化，如圖1 所示。從當(dāng)前的實(shí)踐情況來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造、倉儲(chǔ)管理和物流管理層面融合較為深入[6]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)在機(jī)械制造工程領(lǐng)域的應(yīng)用架構(gòu)

在生產(chǎn)制造上，物聯(lián)網(wǎng)能夠借助射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、攝像頭、無線通信技術(shù)，將生產(chǎn)車間內(nèi)的機(jī)器設(shè)備與生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)監(jiān)測，并對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和評估，勾勒生產(chǎn)趨勢圖，降低生產(chǎn)過程中的資源消耗和能源消耗，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

在倉儲(chǔ)管理上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠通過對倉庫、管理對象等元素建立統(tǒng)一識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械制造設(shè)備、原料和產(chǎn)品的智能管理。以原料管理為例，企業(yè)管理人員將RFID 芯片安裝在倉庫和原料上，通過傳感信號連接管理系統(tǒng)并建立原料數(shù)據(jù)庫，使得原料的出入庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)登記和自動(dòng)管理，并在系統(tǒng)內(nèi)留下對應(yīng)記錄。當(dāng)原料供應(yīng)不能滿足生產(chǎn)需求時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)送相關(guān)提示，觸發(fā)采購行為，從而確保生產(chǎn)活動(dòng)的持續(xù)性[7]。

在物流管理上，在對設(shè)備、原料、產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，不僅需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和追蹤物流狀況，而且部分物料對運(yùn)輸條件有特殊要求。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)φ麄€(gè)物流過程進(jìn)行智慧化管理，保證運(yùn)輸過程中的存儲(chǔ)條件，準(zhǔn)確把握運(yùn)輸定位，為物料接收提前做好準(zhǔn)備，縮短物流和生產(chǎn)之間的銜接時(shí)間，實(shí)現(xiàn)兩大環(huán)節(jié)的一體化和高效化。物流管理中主要應(yīng)用了全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)、RFID 技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)。

3 智能制造技術(shù)在機(jī)械制造工程領(lǐng)域中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

隨著智能制造技術(shù)的日趨成熟，我國的機(jī)械制造工程領(lǐng)域逐步邁向現(xiàn)代化、信息化和智能化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的深度融合，有效提升了數(shù)據(jù)的處理效能和系統(tǒng)的智慧水平，使得智能制造技術(shù)逐步呈現(xiàn)出人機(jī)交互、模塊化生產(chǎn)等新的發(fā)展趨勢。

人機(jī)交互是指真人和系統(tǒng)、機(jī)器之間的交互。智能技術(shù)的應(yīng)用使得人機(jī)交換接口逐步普及，全自動(dòng)化的操作模式迅速推廣，加上近年來可視化設(shè)備的應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)了人機(jī)交互的便捷性和智能化。

模塊是指一個(gè)產(chǎn)品子功能的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)單元。一個(gè)產(chǎn)品往往由多個(gè)模塊構(gòu)成，通過組裝形成一個(gè)功能整體。模塊化的優(yōu)勢在于標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化?？蛻艨筛鶕?jù)自身需求對產(chǎn)品模塊進(jìn)行重組和優(yōu)化，形成新的產(chǎn)品。模塊化生產(chǎn)的前提是制造技術(shù)的不斷成熟，使得生產(chǎn)所需的各類設(shè)備的體積不斷壓縮，同時(shí)功能逐步健全[8]。未來機(jī)械制造工程領(lǐng)域的生產(chǎn)將逐步細(xì)分，機(jī)械設(shè)備柔性快速提升，會(huì)更加符合模塊化生產(chǎn)需求。

4 結(jié)語

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械制造模式弊端顯露，難以滿足不斷變化的市場需求。機(jī)械制造工程必須朝著現(xiàn)代化、數(shù)字化與智能化方向發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)與生產(chǎn)技術(shù)的有效融合，促使智能制造模式成為機(jī)械制造工程的主流模式。