摘 要：智能制造是制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢，數(shù)控機(jī)床作為先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵裝備，對(duì)其實(shí)現(xiàn)起到了重要支撐。文章通過梳理文獻(xiàn)和分析案例，探討了數(shù)控機(jī)床在智能制造中的作用、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、保障加工精度與質(zhì)量、提高生產(chǎn)柔性，并促進(jìn)生產(chǎn)數(shù)字化、信息化及系統(tǒng)集成協(xié)同，國內(nèi)外應(yīng)用案例驗(yàn)證了其顯著成效。目前，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)取得一定進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家仍有差距。未來，數(shù)控機(jī)床將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化及高精度高速化方向發(fā)展，我國需加大研發(fā)投入，助力制造業(yè)邁向全球產(chǎn)業(yè)鏈中高端。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 智能制造 自動(dòng)化生產(chǎn) 加工精度 生產(chǎn)柔性 數(shù)字化信息化

1 緒論

智能制造作為當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢，正深刻改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)格局。數(shù)據(jù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平是衡量一國工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志[1]。數(shù)控機(jī)床融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的先進(jìn)成果，具備高度的自動(dòng)化、高精度和高柔性等特點(diǎn)，為智能制造的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和有力支撐。通過對(duì)近年來相關(guān)文獻(xiàn)的研讀，本報(bào)告旨在深入探討數(shù)控機(jī)床在智能制造中的具體作用，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，為進(jìn)一步推動(dòng)智能制造發(fā)展提供參考。

2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷程

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展始于 20 世紀(jì)中葉。1952 年，美國麻省理工學(xué)院成功研制全球首臺(tái)數(shù)控機(jī)床，推動(dòng)制造業(yè)邁入自動(dòng)化時(shí)代。此后，伴隨電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)革新，數(shù)控機(jī)床歷經(jīng)電子管控制、晶體管控制，逐步發(fā)展到計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）階段，性能、功能與應(yīng)用領(lǐng)域均得到顯著提升與拓展。20 世紀(jì) 80 年代，在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的推動(dòng)下，數(shù)控機(jī)床開始向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)，智能制造雛形初現(xiàn)。

2.2 現(xiàn)狀

數(shù)控機(jī)床現(xiàn)已成為現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵裝備[2]，全球范圍內(nèi)其產(chǎn)量與保有量持續(xù)攀升。德國、日本、美國等發(fā)達(dá)國家憑借先進(jìn)技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域長期占據(jù)領(lǐng)先地位，產(chǎn)品在精度、效率及智能化水平上優(yōu)勢突出。近年來，新興經(jīng)濟(jì)體制造業(yè)的迅速崛起，極大拉動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的市場需求，進(jìn)一步推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)在全球的拓展。在國內(nèi)，歷經(jīng)多年發(fā)展，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)取得長足進(jìn)步，在多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，產(chǎn)品性能與質(zhì)量顯著提升。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國在高端產(chǎn)品研發(fā)及核心零部件自主供應(yīng)方面，仍面臨較大挑戰(zhàn)。

3 數(shù)控機(jī)床在智能制造中的關(guān)鍵作用

3.1 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)

生產(chǎn)過程高度自動(dòng)化是智能制造的關(guān)鍵特征，數(shù)控機(jī)床便是這一特性的典型應(yīng)用。通過預(yù)設(shè)程序，數(shù)控機(jī)床能夠自主完成零件加工，有效降低人工干預(yù)，進(jìn)而顯著提升生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。以汽車制造行業(yè)為例，數(shù)控機(jī)床可對(duì)汽車零部件開展高精度自動(dòng)化加工，從毛坯到成品的全流程，均可在由一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控機(jī)床搭建的生產(chǎn)線中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。如某汽車制造企業(yè)引入數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)線后，生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)模式提升超 30%，產(chǎn)品廢品率降低約 50%。由此可見，數(shù)控機(jī)床憑借自動(dòng)化生產(chǎn)能力，不僅大幅提升生產(chǎn)效率，降低人工成本，也增強(qiáng)了企業(yè)在市場競爭中的優(yōu)勢。

3.2 保證加工精度與質(zhì)量

高精度加工是智能制造的核心要素之一。數(shù)控機(jī)床依托先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)與精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)加工流程展開精確調(diào)控，借此保障零件加工精度，其定位和重復(fù)定位精度可達(dá)微米乃至納米級(jí)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)機(jī)床。以航空航天領(lǐng)域?yàn)槔擃I(lǐng)域?qū)﹃P(guān)鍵零部件加工精度要求近乎嚴(yán)苛，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造。數(shù)控機(jī)床憑借精準(zhǔn)的刀具路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償機(jī)制，滿足葉片加工的高精度設(shè)計(jì)要求。實(shí)際應(yīng)用表明，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，型面精度較傳統(tǒng)工藝提升 50% 以上，顯著增強(qiáng)了發(fā)動(dòng)機(jī)性能與可靠性?？梢?，數(shù)控機(jī)床的高精度加工為智能制造筑牢質(zhì)量根基，有力助推制造業(yè)整體質(zhì)量升級(jí) 。

3.3 提高生產(chǎn)柔性與靈活性

智能制造的顯著特征之一，在于能夠快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)的市場需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床高度柔性的特性，為達(dá)成這一目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。相較于傳統(tǒng)機(jī)床需進(jìn)行大量工裝調(diào)整，數(shù)控機(jī)床僅需修改加工程序，便可便捷地切換不同零件的加工任務(wù)。以 3C 產(chǎn)品制造行業(yè)為例，該行業(yè)產(chǎn)品迭代迅速，零件類型復(fù)雜多樣。數(shù)控機(jī)床憑借靈活的加工優(yōu)勢，依據(jù)不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，迅速調(diào)整加工工藝與程序，實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，某 3C 產(chǎn)品制造企業(yè)引入數(shù)控機(jī)床后，新產(chǎn)品試生產(chǎn)到批量生產(chǎn)的周期大幅縮短，產(chǎn)品研發(fā)周期減少約 40%，成功搶占市場先機(jī)。可以看出，數(shù)控機(jī)床的高柔性生產(chǎn)特性，契合了智能制造的發(fā)展需求，不僅幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，還增強(qiáng)了企業(yè)對(duì)市場的快速響應(yīng)能力，在提升企業(yè)競爭力方面發(fā)揮著不可忽視的作用 。

3.4 促進(jìn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化與信息化

智能制造以數(shù)字化和信息化為技術(shù)基石，構(gòu)建新型生產(chǎn)模式。數(shù)控機(jī)床作為智能制造體系的關(guān)鍵一環(huán)，具備強(qiáng)大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與傳輸能力，可實(shí)時(shí)收集機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、刀具磨損程度以及零件加工精度等信息，并借助網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸至生產(chǎn)管理系統(tǒng)，為科學(xué)生產(chǎn)決策筑牢數(shù)據(jù)根基。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床能夠接收設(shè)計(jì)部門提供的數(shù)字化模型與加工工藝信息，有效打破設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)兩者的無縫銜接。以數(shù)字化工廠場景為例，數(shù)控機(jī)床與企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）深度集成，達(dá)成生產(chǎn)過程全方位的數(shù)字化與信息化管控。經(jīng)研究分析，對(duì)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠幫助企業(yè)及時(shí)洞察生產(chǎn)環(huán)節(jié)潛在問題，提前布局設(shè)備維護(hù)與工藝優(yōu)化。實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)設(shè)備利用率因此提升 20% 以上。由此可見，數(shù)控機(jī)床極大地推動(dòng)了生產(chǎn)過程數(shù)字化與信息化的融合，為智能制造的高效落地提供強(qiáng)勁助力。

3.5 助力智能制造系統(tǒng)的集成與協(xié)同

智能制造作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，高度依賴各類設(shè)備與系統(tǒng)之間的深度集成及高效協(xié)同。數(shù)控機(jī)床作為制造系統(tǒng)的核心，能與機(jī)器人、自動(dòng)化物流系統(tǒng)、檢測設(shè)備等智能裝備緊密對(duì)接，構(gòu)建起完備的智能制造生產(chǎn)線或車間體系。以智能工廠為應(yīng)用場景，數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人配合[3]，實(shí)現(xiàn)了零件的自動(dòng)化上下料及加工；與自動(dòng)化物流系統(tǒng)集成，物料的配送和運(yùn)輸也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在某智能制造車間的實(shí)踐中，將數(shù)控機(jī)床與其他智能裝備集成，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程從原材料到成品交付的全自動(dòng)化與智能化管理。經(jīng)實(shí)際測算，這一模式使生產(chǎn)效率提升超過50%。不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床不僅能串聯(lián)起生產(chǎn)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，而且在智能制造系統(tǒng)的集成與協(xié)同過程中發(fā)揮著中樞作用，不僅提升生產(chǎn)的精細(xì)化管理水平，還驅(qū)動(dòng)智能制造邁向更高層次，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入強(qiáng)勁動(dòng)力 。

4 數(shù)控機(jī)床在智能制造中的應(yīng)用案例分析

4.1 案例一：德國某汽車制造企業(yè)的智能工廠

德國憑借深厚的制造業(yè)底蘊(yùn)，在智能制造領(lǐng)域長期占據(jù)全球領(lǐng)先地位。以德國某汽車制造企業(yè)的智能工廠為例，其大規(guī)模引入先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，并借助工業(yè)以太網(wǎng)，將這些機(jī)床與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)深度互聯(lián)，極大地推動(dòng)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化與信息化。在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床依據(jù)訂單信息自動(dòng)調(diào)取加工程序，完成汽車零部件的精準(zhǔn)加工。與此同時(shí)，機(jī)床實(shí)時(shí)收集刀具磨損、加工精度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并上傳至生產(chǎn)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析后，及時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)工藝與設(shè)備參數(shù)，有力保障了生產(chǎn)過程的高效與穩(wěn)定。該企業(yè)借助數(shù)控機(jī)床等智能裝備，革新了生產(chǎn)模式，顯著提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量 。

4.2 案例二：國內(nèi)某航空航天企業(yè)的數(shù)字化車間

為提升產(chǎn)品制造水平，國內(nèi)某航空航天企業(yè)構(gòu)建了數(shù)字化車間，配備五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、車銑復(fù)合加工機(jī)床等高性能數(shù)控機(jī)床。車間運(yùn)行時(shí)，借助數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化平臺(tái)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型直接轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床加工程序，大幅提升設(shè)計(jì)與制造的協(xié)同效率。與此同時(shí)，車間運(yùn)用傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，并借助數(shù)據(jù)分析開展設(shè)備預(yù)測性維護(hù)。以刀具管理為例，通過分析刀具磨損數(shù)據(jù)，提前更換刀具，可有效規(guī)避因刀具磨損引發(fā)的加工質(zhì)量瑕疵與設(shè)備故障。數(shù)字化車間建成后，優(yōu)化了企業(yè)航空零部件的加工流程，顯著提升加工精度，縮短生產(chǎn)周期，進(jìn)一步夯實(shí)了企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的核心競爭力。

5 數(shù)控機(jī)床在智能制造中的發(fā)展趨勢

5.1 更高的智能化水平

隨著技術(shù)的持續(xù)迭代，數(shù)控機(jī)床智能化將成為未來重要發(fā)展趨勢。一方面，未來機(jī)床將具備更敏銳的智能感知能力，可實(shí)時(shí)捕捉加工過程中的力、溫度和振動(dòng)等物理量，并依據(jù)這些信息自主調(diào)控加工參數(shù)，以達(dá)成加工效能的最優(yōu)化。另一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)將被深度嵌入數(shù)控機(jī)床[4]。通過對(duì)海量加工數(shù)據(jù)的挖掘與分析，機(jī)床不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加工流程的智能決策，還可開展故障診斷，如自動(dòng)甄別加工異常，并迅速采取應(yīng)對(duì)舉措。數(shù)控機(jī)床智能化升級(jí)，將進(jìn)一步凸顯其在智能制造體系中的核心地位，推動(dòng)生產(chǎn)過程從自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)型，重塑制造業(yè)生產(chǎn)范式。

5.2 更緊密的網(wǎng)絡(luò)化與互聯(lián)互通

伴隨工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化與互聯(lián)互通的趨勢愈發(fā)顯著[5]。未來，數(shù)控機(jī)床不僅能與企業(yè)內(nèi)部各類設(shè)備和系統(tǒng)緊密聯(lián)動(dòng)，還可跨越組織邊界，與外部供應(yīng)商、客戶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與協(xié)同作業(yè)。在原材料供應(yīng)環(huán)節(jié)，機(jī)床可實(shí)時(shí)獲取庫存信息，依據(jù)生產(chǎn)規(guī)劃自動(dòng)化安排采購，確保原材料供應(yīng)的及時(shí)性。而在客戶服務(wù)方面，客戶能借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)品加工進(jìn)度，掌握產(chǎn)品質(zhì)量信息，有效提升客戶參與度。通過這種網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同模式，數(shù)控機(jī)床打破企業(yè)內(nèi)外部信息壁壘，重塑智能制造產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同機(jī)制，打通從原材料供應(yīng)到產(chǎn)品交付的各個(gè)環(huán)節(jié)，為智能制造生態(tài)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供強(qiáng)勁助力 ，也為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造更多可能性。

5.3 綠色化與可持續(xù)發(fā)展

在全球綠色發(fā)展浪潮的推動(dòng)下，數(shù)控機(jī)床的綠色化轉(zhuǎn)型已成必然趨勢。從技術(shù)革新來看，未來數(shù)控機(jī)床將配備節(jié)能型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用先進(jìn)制造工藝，以此降低能源消耗與環(huán)境污染。與此同時(shí)，機(jī)床設(shè)計(jì)將更加注重全生命周期的可持續(xù)性，提升產(chǎn)品的可回收性與再利用性，從而有效降低生產(chǎn)和使用成本。以能源管理系統(tǒng)為例，采用新型節(jié)能電機(jī)和智能調(diào)控系統(tǒng)，可顯著降低機(jī)床能耗。這一舉措不僅符合當(dāng)下節(jié)能減排的環(huán)保要求，還通過降低能耗、減少廢棄物排放，踐行了循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。數(shù)控機(jī)床的綠色化轉(zhuǎn)型，既響應(yīng)了可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代訴求，也為智能制造的長遠(yuǎn)發(fā)展筑牢了綠色根基，助力制造業(yè)在環(huán)境友好與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間找到平衡點(diǎn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展新階段。

5.4 高精度與高速化

隨著高端制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，其對(duì)零件加工精度與效率提出了更為嚴(yán)苛的要求，在此背景下，數(shù)控機(jī)床向高精度、高速化方向的迭代升級(jí)成為必然趨勢。在提升精度上，數(shù)控機(jī)床借助先進(jìn)的精密制造技術(shù)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，能夠有效消除加工過程中產(chǎn)生的誤差，進(jìn)一步提升定位和重復(fù)定位精度，有望達(dá)到亞微米甚至更高精度等級(jí)。在高速化發(fā)展層面，通過對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度以及換刀速度的持續(xù)優(yōu)化，可大幅壓縮加工時(shí)間，顯著提升生產(chǎn)效率。二者協(xié)同發(fā)展，不僅契合智能制造對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能要求，更能助力其精準(zhǔn)對(duì)接高端產(chǎn)品的加工需求，賦能高端制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí) 。

6 結(jié)論

對(duì) 2020 年后相關(guān)文獻(xiàn)的梳理以及實(shí)際案例剖析表明，數(shù)控機(jī)床在智能制造領(lǐng)域占據(jù)核心地位，發(fā)揮著不可替代的作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床不僅實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，保障加工精度與質(zhì)量，提升生產(chǎn)柔性，還推動(dòng)生產(chǎn)數(shù)字化、信息化，促進(jìn)智能制造系統(tǒng)集成協(xié)同。國內(nèi)外諸多應(yīng)用案例顯示，企業(yè)引入數(shù)控機(jī)床后，生產(chǎn)效率、成本控制和產(chǎn)品質(zhì)量均得到顯著優(yōu)化。展望未來，數(shù)控機(jī)床將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、高精度高速化方向持續(xù)邁進(jìn)。隨著技術(shù)迭代，其在智能制造中的影響力將愈發(fā)凸顯，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。在此背景下，我國需加大數(shù)控機(jī)床技術(shù)研發(fā)投入，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提升自主創(chuàng)新能力，這不僅有助于推動(dòng)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)與智能制造的高質(zhì)量發(fā)展，更能助力我國制造業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中邁向中高端，搶占產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn) 。

參考文獻(xiàn)：

[1]高偉，陳勁.中國工業(yè)母機(jī)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力、國家產(chǎn)業(yè)治理結(jié)構(gòu)共同演化與“鏈創(chuàng)耦合”機(jī)理研究[J].中國軟科學(xué)，2023（12）：1-15.

[2]劉志峰，滕學(xué)政，劉炳業(yè)，等.高端數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].機(jī)床與液壓，2024，52（22）：1-7.

[3]曹錦江，高世平.基于EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)的FANUC機(jī)器人上下料單元系統(tǒng)集成應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓，2022，50（24）：94-101.

[4]曹澤，劉福聰，閻兵.基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)控機(jī)床智能化研究進(jìn)展[J].工具技術(shù)，2023，57（12）：3-9.

[5]石碩，郭保琪，冷君閣，等.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2023，45（10）：191-195+210.