唐 卿

（揚(yáng)州中集通華專用車有限公司，揚(yáng)州 225009）

智能制造是我國工業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，也是今后工業(yè)發(fā)展的一個(gè)潮流趨勢。智能化時(shí)代，要求機(jī)械制造業(yè)能夠充分利用當(dāng)前現(xiàn)有的智能制造技術(shù)，對傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，形成新的智能機(jī)械制造工藝，提升機(jī)械制造的效率和質(zhì)量，推進(jìn)機(jī)械制造業(yè)不斷發(fā)展。當(dāng)前，我國智能機(jī)械制造技術(shù)工藝系統(tǒng)主要包括智能通信設(shè)備、智能制造控制系統(tǒng)以及可編程控制系統(tǒng)等[1]。但是，國內(nèi)當(dāng)前的智能機(jī)械制造工藝水平與國外發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距，需要進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。因此，基于當(dāng)前我國實(shí)際應(yīng)用的智能機(jī)械制造工藝，探討了智能機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新 發(fā)展。

1 智能制造技術(shù)概述

智能制造技術(shù)是從智能制造系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，基于分布式制造網(wǎng)絡(luò)，采用分布式集成思想，利用分布式人工智能相關(guān)理論及技術(shù)方法，使制造單元實(shí)現(xiàn)柔性智能化，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)下的智能化柔性集成。這里的系統(tǒng)集成主要可分為制造系統(tǒng)的內(nèi)部集成和外部集成兩個(gè)方面。內(nèi)部集成主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械生產(chǎn)、機(jī)械管理等動(dòng)態(tài)智能化集成，也稱為縱向集成[2]。機(jī)械制造企業(yè)之間通過智能云平臺實(shí)現(xiàn)集成、協(xié)作和共享，也稱為橫向集成。外部集成則主要是與機(jī)械制造業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈集成[3]。

智能制造技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在3個(gè)方面。第一，制造生產(chǎn)智能化表現(xiàn)突出。在智能機(jī)械制造生產(chǎn)中，可對生產(chǎn)信息進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)采集和動(dòng)態(tài)監(jiān)控[4]。第二，資源優(yōu)化配置的智能化。網(wǎng)絡(luò)信息具有共享性、開放性等突出特點(diǎn)，將機(jī)械制造技術(shù)與信息技術(shù)融合，通過網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)跨地域資源整合及配置，能解決傳統(tǒng)生產(chǎn)受地域限制的問題。通過互聯(lián)網(wǎng)能夠使機(jī)械制造業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源共享和信息共享，從而使機(jī)械制造生產(chǎn)所用的原料和零部件能夠隨時(shí)通過物流運(yùn)往目的地。第三，可實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)化。智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字化技術(shù)，同時(shí)合并了智能優(yōu)化技術(shù)、知識處理技術(shù)、智能數(shù)控技術(shù)等。將這些技術(shù)集成應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，有利于實(shí)現(xiàn)行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展[5]。

2 智能制造技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

2.1 智能通信在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

智能通信在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用層面。物聯(lián)網(wǎng)不僅包含了通信技術(shù)，而且包含了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。我國機(jī)械制造業(yè)已經(jīng)有信息化和工業(yè)兩方面的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用具有良好的基礎(chǔ)條件?；谖锫?lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，在智能通信方面主要結(jié)合該技術(shù)的射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)和數(shù)據(jù)集成技術(shù)來支持機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。機(jī)械制造業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

從機(jī)械制造企業(yè)的物流、生產(chǎn)、綠色制造以及資源4方面出發(fā)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化。

2.1.1 智能化和綠色化生產(chǎn)制造

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可通過激光測距技術(shù)、RFID技術(shù)和無線通信技術(shù)，將機(jī)械生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)車間各環(huán)節(jié)，有效提升10%以上的生產(chǎn)效率。中華人民共和國工業(yè)和信息化部下發(fā)的有關(guān)綠色制造的實(shí)施方案，旨在實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的節(jié)能降耗，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的綠色化，并降低機(jī)械制造時(shí)的能源消耗，從而滿足國家在制造業(yè)方面提出的節(jié)能降耗需求。

2.1.2 物流監(jiān)管

機(jī)械設(shè)備、物料在運(yùn)輸時(shí)，需要對物流運(yùn)輸車輛進(jìn)行追蹤和定位。采用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、無線傳感技術(shù)及RFID技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對物流車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤和遠(yuǎn)程監(jiān)控，掌握機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)膶?shí)際位置，從而為開展機(jī)械設(shè)備、物料的接收提前做好準(zhǔn)備工作，有利于開展機(jī)械制造生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)物流與生產(chǎn)的一體化，節(jié)約了物流成本，提升了物流運(yùn)輸效率。

2.1.3 資源管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠建立倉庫庫位、存儲物品以及搬卸工具三者統(tǒng)一識別系統(tǒng)，可以在人員以及車輛上裝備RFID芯片，實(shí)現(xiàn)人員及車輛的實(shí)時(shí)管理，使機(jī)械制造生產(chǎn)的作業(yè)流程規(guī)范化。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)物料的有效監(jiān)管，及時(shí)了解物料供給情況，保證生產(chǎn)線的持續(xù)化生產(chǎn)。

2.2 可編程控制系統(tǒng)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）系統(tǒng)，可滿足內(nèi)部存儲機(jī)械制造的具體要求，同時(shí)執(zhí)行順序、邏輯以及算術(shù)運(yùn)算，具有計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)功能。采取模擬式或者是數(shù)字式的輸出以及輸入方式控制和設(shè)計(jì)機(jī)械制造生產(chǎn)，從而有效開發(fā)機(jī)械功能，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，提升機(jī)械工作效率，為機(jī)械設(shè)備的維修工作奠定基礎(chǔ)。在機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)中，PLC系統(tǒng)主要應(yīng)用于機(jī)械手的控制?？刂茩C(jī)械手的主要?jiǎng)幼靼ㄊ直凵炜s和升降、手爪張閉以及腰部旋轉(zhuǎn)等。在機(jī)械手的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中，垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)主要通過液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。液壓驅(qū)動(dòng)需要安置電磁閥來進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械制造生產(chǎn)車間上下料機(jī)械手設(shè)備時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。通過PLC系統(tǒng)在機(jī)械制造生產(chǎn)車間中的應(yīng)用能夠提高機(jī)械制造生產(chǎn)效率，在一定程度上保證了車間生產(chǎn)人員的安全，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了能源消耗，提高了生產(chǎn)精度，減少了原料浪費(fèi)，有效控制了生產(chǎn)成本，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

2.3 智能制造控制系統(tǒng)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

搭建智能制造控制系統(tǒng)時(shí)，可將智能制造技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造過程。將系統(tǒng)開發(fā)的通信功能嵌入機(jī)械制造控制系統(tǒng)，同時(shí)借助可編程控制、嵌入式控制以及工控機(jī)等系統(tǒng)，提升智能機(jī)械制造的可控制能力，保證制造生產(chǎn)的安全性。在智能制造控制系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)屬于今后機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主要方向，可較快與市場需求和制造要求相適應(yīng)，創(chuàng)建機(jī)械制造的新模式。

智能制造控制系統(tǒng)可分為5個(gè)模塊，分別為訂單管理、裝配物流調(diào)度、物料管理、混流裝配線平衡以及系統(tǒng)管理。其中：訂單管理和物料管理屬于智能制造控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)；裝配物流調(diào)度是將混流裝配線的平衡結(jié)果作為條件，實(shí)現(xiàn)物流效率的提升；混流裝配線平衡屬于系統(tǒng)的核心，主要是利用MATLAB編寫智能算法；系統(tǒng)管理主要包括系統(tǒng)簡介、用戶管理等內(nèi)容。

該系統(tǒng)的有效運(yùn)行主要依托數(shù)據(jù)庫技術(shù)，所以若要在機(jī)械制造生產(chǎn)中合理使用該系統(tǒng)，需提前構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)庫，將各類數(shù)據(jù)信息錄入對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，主要包括用戶信息、訂單信息、工位狀態(tài)信息、裝配工序信息、物料信息、物流信息及產(chǎn)品信息等內(nèi)容，如表1所示。

表1 智能制造控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息表

通過應(yīng)用該系統(tǒng)，無論是在訂單管理還是在實(shí)際的機(jī)械制造生產(chǎn)管理方面，均能夠?qū)崿F(xiàn)智能化監(jiān)管，保證機(jī)械制造的效率。

3 智能機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新發(fā)展

3.1 分散多動(dòng)力

要實(shí)現(xiàn)智能機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新發(fā)展，必須達(dá)成分散多動(dòng)力。針對各技術(shù)效率要求，機(jī)械制造工藝需要依照集中動(dòng)力源輸出特性和負(fù)荷程度進(jìn)行更新和優(yōu)化。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新，必須滿足節(jié)能高效、高質(zhì)、柔性等要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器內(nèi)部的每一個(gè)環(huán)節(jié)對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性。在機(jī)械制造工藝創(chuàng)新發(fā)展中，各機(jī)械設(shè)備均需要保證技術(shù)效率達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，這是分散多動(dòng)力的具體要求。所以，在智能機(jī)械制造工藝創(chuàng)新發(fā)展中，各機(jī)械設(shè)備均需要依據(jù)既定自由度運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)。機(jī)械制造工藝創(chuàng)新必須通過液壓、機(jī)械以及氣壓等各種動(dòng)力源類型來驅(qū)動(dòng)某一運(yùn)動(dòng)部件，從而使各傳動(dòng)零部件實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，智能機(jī)械制造工藝在實(shí)現(xiàn)分散多動(dòng)力方面仍存在關(guān)鍵技術(shù)問題尚待解決，如分散多動(dòng)力優(yōu)化模型與設(shè)立體系的構(gòu)建、智能化類型的分散多動(dòng)力源對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、智能化類型的動(dòng)力源的創(chuàng)新研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化分散多動(dòng)力部件的研發(fā)以及模塊化與信息化的實(shí)現(xiàn)等。

3.2 伺服電直驅(qū)

智能機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新需要解決動(dòng)力源創(chuàng)新問題。伺服電直驅(qū)是一種常見的機(jī)械制造驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對其進(jìn)行創(chuàng)新需要經(jīng)歷復(fù)雜的過程，目的是改進(jìn)和解決使用機(jī)械制造技術(shù)出現(xiàn)的彈性變形、運(yùn)動(dòng)遲滯以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性等問題，并提高機(jī)械制造過程中的精度和運(yùn)行過程中的可靠性，降低機(jī)械設(shè)備的維修維護(hù)成本，縮短機(jī)械設(shè)備的維修維護(hù)時(shí)間，并在機(jī)械傳動(dòng)創(chuàng)新方面能夠持續(xù)改進(jìn)傳動(dòng)性能，使機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新更加高效化、智能化、高精確化以及節(jié)能化。在開展直驅(qū)和零轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，中間機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)可提升電動(dòng)機(jī)直驅(qū)效力。在創(chuàng)新智能機(jī)械制造工藝時(shí)，可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)動(dòng)效力，從而能夠通過直驅(qū)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。在創(chuàng)新伺服電直驅(qū)時(shí)，需要重點(diǎn)解決伺服電機(jī)高性能化問題，同時(shí)要通過動(dòng)力學(xué)原理開展創(chuàng)新研究，重視控制器、驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)，從而為智能機(jī)械制造工藝提供技術(shù) 支持。

3.3 集成一體化

智能機(jī)械制造工藝創(chuàng)新需要重視集成一體化的實(shí)現(xiàn)，即有機(jī)融合機(jī)械設(shè)備、管理軟件以及電氣技術(shù)，使機(jī)械制造工藝實(shí)現(xiàn)精密化、智能化、低耗能化以及高效化運(yùn)行，使機(jī)械制造設(shè)備內(nèi)部的零部件在液壓、氣壓、機(jī)械以及電氣等傳動(dòng)方式上得到優(yōu)化，使智能化與機(jī)械制造、各項(xiàng)機(jī)械制造工藝之間實(shí)現(xiàn)融合，從而促進(jìn)智能機(jī)械制造工藝的創(chuàng)新和發(fā)展。在搭建集成一體化體系時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)機(jī)械零部件、自動(dòng)度動(dòng)力源、傳動(dòng)系統(tǒng)以及工作機(jī)構(gòu)等的一體化，使智能傳感器能夠嵌入機(jī)械設(shè)備零部件，通過機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能化管理，保證機(jī)械制造工藝有效執(zhí)行，提高機(jī)械制造的效率和質(zhì)量，推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。此外，集成一體化要求將智能化管理和智能化生產(chǎn)集成于一體，通過智能化管理促進(jìn)智能化生產(chǎn)順利開展，保證機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)管理能夠獲得智能化技術(shù)的支持，最終真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)的智能化發(fā)展。

4 結(jié)語

智能化時(shí)代，機(jī)械制造業(yè)若要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，必須重視對智能化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，做到順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展潮流，不斷創(chuàng)新發(fā)展機(jī)械制造工藝。通過智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能管理和智能生產(chǎn)，從而提升機(jī)械制造的能效，使機(jī)械制造生產(chǎn)能夠滿足節(jié)能降耗的要求和標(biāo)準(zhǔn)，提升資源利用率，降低機(jī)械制造生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。