趙建林 武漢職業(yè)技術學院

為進一步提高綜合制造水平，我國正逐步實施“中國制造2025”行動綱領，其核心內(nèi)容在于實現(xiàn)智能化生產(chǎn)制造，搭建智能化生產(chǎn)流水線，運用智能化企業(yè)管理運營模式，即重視有效融合工業(yè)化與信息化，實現(xiàn)這一目標的前提條件是提高制造設備智能化水平，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)主要在于應用數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床等先進科學技術。因而，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展智能化成為大勢所趨，本文主要從信息共享、數(shù)控系統(tǒng)智能化功能以及工藝數(shù)據(jù)平臺等方面探析智能制造環(huán)境下的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展需求。

一、數(shù)控系統(tǒng)信息共享

基于網(wǎng)絡技術、計算機技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)升級、轉(zhuǎn)型，其運行模式與結構發(fā)生翻天覆地的變化，由封閉走向開放，從單機運行轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡數(shù)控。這就需要標準化、智能化的開放式數(shù)據(jù)接口，該數(shù)據(jù)接口使得不同系統(tǒng)對信息模型具有統(tǒng)一的描述，需要基于總線的傳感部件以及執(zhí)行部件，該部件實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)信息互通。

（一）標準化、智能化的開放式數(shù)據(jù)接口

在智能制造環(huán)境下，數(shù)控系統(tǒng)以制造系統(tǒng)為基礎獲取零部件加工要求，并完成加工后將信息反饋回制造系統(tǒng)，實現(xiàn)制造系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的信息共享與互通。目前，實現(xiàn)兩大系統(tǒng)信息互通的數(shù)據(jù)接口依舊普遍采用ISO-6983 代碼。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口僅對工件的加工軌跡做出規(guī)定，而無法向數(shù)控系統(tǒng)傳遞工藝規(guī)劃信息以及工件本身描述信息，因而，STEP-NC 數(shù)據(jù)接口逐漸在制造加工也得到應用，該數(shù)據(jù)接口能夠有效解決信息互通中信息單向傳輸以及信息丟失等問題。STEP-NC 工藝實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)與制造系統(tǒng)實時信息互通，為數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化提供了條件。

（二）智能化的執(zhí)行部件以及傳感部件

數(shù)控系統(tǒng)不僅要與制造系統(tǒng)實現(xiàn)信息互通，還要與執(zhí)行部件以及傳感部件進行實時交互。目前，數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的信息交互普遍利用脈沖信號的方式，難以達到高精度高速度的制造需求。隨著科技水平的不斷提高，現(xiàn)場總線技術較好地解決了數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)之間的信息交互問題，不僅優(yōu)化了系統(tǒng)結構，而且實現(xiàn)了高效的信息共享。現(xiàn)場總線具有實時性、同步性、短周期以及可靠性高等優(yōu)勢，其中實時性是指現(xiàn)場總線具備準確的通訊機制以及同時間確定動作能力；同步性則是指插補到伺服這一數(shù)據(jù)傳輸過程各軸運動嚴格一致，有效避免信息抖動以及同步誤差；短周期則是現(xiàn)場總線具有短周期傳遞小數(shù)據(jù)的特點；可靠性高則要求現(xiàn)場總線時刻保障數(shù)據(jù)正確性。當前現(xiàn)場總線并沒有統(tǒng)一協(xié)議標準，數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)仍未充分結合發(fā)揮最佳性能，這要求相關學者進一步深入研究如何優(yōu)化高速總線系統(tǒng)。

二、工藝數(shù)據(jù)信息挖掘

如今，信息化數(shù)控系統(tǒng)能夠輕松獲取生產(chǎn)流水線上所有加工數(shù)據(jù)，在具備標準化、智能化的開放式數(shù)據(jù)接口的條件下，實現(xiàn)收集、存儲以及上傳機床各類數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)平臺有效整合、分類各類數(shù)據(jù)；應用智能算法挖掘更多信息，通過人工智能使得機器具備學習能力，為加工制造提供決策依據(jù)。

（一）工藝數(shù)據(jù)的重要性

在相同加工條件下，零件加工工藝質(zhì)量由工藝參數(shù)以及工藝流程共同決定。在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)借助相關技術記錄全部加工工藝參數(shù)以及加工信息，以檢測制造效率以加工質(zhì)量。信息化的數(shù)控系統(tǒng)將記錄的信息上傳至相應的工藝大數(shù)據(jù)平臺。但是原始數(shù)據(jù)具有關系復雜。、存在誤差等特點，無法直接進行分析、推理，因而，需要一套能夠依據(jù)現(xiàn)有工藝數(shù)據(jù)自主挖掘數(shù)據(jù)信息的大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。

（二）收集與管理工藝數(shù)據(jù)

借助大數(shù)據(jù)挖掘技術以及現(xiàn)代管理方法，提取收集到的加工數(shù)據(jù)中有用信息，并針對某一工藝參數(shù)提出優(yōu)化建議，并指導下一個部件的加工工作。大數(shù)據(jù)平臺會對比此次加工信息以及先前的加工信息，評估并提出更合理的加工意見。

（三）基于機器學習提煉工藝經(jīng)驗

工藝數(shù)據(jù)臺平臺具備了數(shù)據(jù)收集以及信息存儲功能，進而擁有閉環(huán)反饋學習途徑，滿足智能制造環(huán)境下人工智能以及機器學習的算法需求。

機器學習主要依據(jù)原始數(shù)據(jù)，未經(jīng)人工試驗。利用人工智能算法分析并自我標注[5]收集到的加工數(shù)據(jù)，并將帶有標注的工藝數(shù)據(jù)應用于下一個產(chǎn)品的加工中，下一個產(chǎn)品在實際加工過程中會產(chǎn)生新的工藝數(shù)據(jù)，人工智能平臺對這兩次加工結果、機床加工條件等進行多維度比較分析，最終總結出加工工藝經(jīng)驗，以指導新產(chǎn)品的加工。

三、智能制造環(huán)境下的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展需求探析

（一）智能化

隨著計算機技術、傳感技術的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)有望進一步提高智能化水平，完善諸如優(yōu)化走刀路徑、自動加載工件等智能化功能，精確掌握加工情況，并準確反饋感知的加工信息，優(yōu)化工藝工序路線，提高自適應控制水平，實現(xiàn)在機監(jiān)測。

（二）智能規(guī)劃加工工藝

基于大數(shù)據(jù)平臺，數(shù)控系統(tǒng)具備自主分析與主動決策的能力。數(shù)控系統(tǒng)中加工工藝規(guī)劃包括規(guī)劃工藝路線以及工藝參數(shù)，STEP-NC工藝側重描述被加工元件的技術要求以及制造特征。，是一種實現(xiàn)決策、控制一體化的數(shù)控系統(tǒng)。

（三）智能調(diào)整控制參數(shù)

輪廓誤差跟蹤、交叉耦合等控制技術逐漸興起，這類控制方法充分考慮加工軌跡的全部信息，動態(tài)調(diào)整各軸工藝，以縮小輪廓誤差。這種主要研究運動控制器的輪廓誤差控制方法無法使得驅(qū)動器獲取軌跡整體信息，針對這一問題，有學者提出復雜輪廓誤差跟蹤算法，并有望廣泛應用于網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng)。

（四）智能獲取加工狀態(tài)信息

數(shù)控系統(tǒng)具有一定的自我感知力，能夠感知現(xiàn)下加工狀態(tài)，并擁有控制參數(shù)、自主決策的能力。然而，外界環(huán)境會對工件加工工藝精度產(chǎn)生影響。為了提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度與質(zhì)量，有學者在數(shù)控系統(tǒng)中集成測量、傳感系統(tǒng)，使得數(shù)控系統(tǒng)可以借助傳感器反饋的信息對控制參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整。

綜上所述，在智能制造環(huán)境下，標準化、智能化的開放式數(shù)據(jù)接口，收集與管理工藝數(shù)據(jù)等技術對提升數(shù)控系統(tǒng)智能化水平具有重要意義，為了實現(xiàn)加工制造業(yè)的長足發(fā)展，我國學者應深入研究加工工藝信息互通、參數(shù)控制等方面的內(nèi)容，構建更高層次的智能化數(shù)控系統(tǒng)。