機(jī)械加工的智能化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)分析

李 峰

(黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

機(jī)械加工制造行業(yè)是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，機(jī)械加工行業(yè)面臨著技術(shù)優(yōu)化、精度提升、效率提高等眾多要求，機(jī)械行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)成為了新時(shí)期的重要工作也是必須工作。從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的機(jī)械制造技術(shù)開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，隨著數(shù)控制造設(shè)備的引進(jìn)，機(jī)械加工行業(yè)的制造效率和制造能力得到了快速提升，如今我國(guó)的機(jī)械加工行業(yè)已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化生產(chǎn)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)水平相比，在制造環(huán)節(jié)、生產(chǎn)管理、人力資源等方面仍存在較大的差距，從機(jī)械加工業(yè)的世界技術(shù)來看，智能化機(jī)械加工已成為當(dāng)前的主流，利用信息收集、智能處理、仿真模擬、柔性加工、數(shù)據(jù)共享等先進(jìn)技術(shù)，能夠有效提高機(jī)械加工的效率，使機(jī)械加工的能力更上一個(gè)臺(tái)階。

1 機(jī)加行業(yè)的智能化水平現(xiàn)狀

近年來，我國(guó)機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展較快，先進(jìn)的生產(chǎn)機(jī)床能夠根據(jù)數(shù)控程序完成復(fù)雜的零件制造任務(wù)，但是自動(dòng)化設(shè)備的制造過程仍必須由人工進(jìn)行參與和決策，導(dǎo)致生產(chǎn)的效率較低，且產(chǎn)品的品質(zhì)受到操作人員的影響較大。機(jī)械智能加工技術(shù)是在機(jī)械自動(dòng)加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，具備工業(yè)4.0的技術(shù)特點(diǎn)，其應(yīng)用能夠通過智能技術(shù)替代人力決策，有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。只是我國(guó)的機(jī)械智能加工技術(shù)起步較晚，直到21世紀(jì)初，智能加工技術(shù)才在我國(guó)進(jìn)行重點(diǎn)的研究與應(yīng)用，如今我國(guó)很多先進(jìn)的制造生產(chǎn)線，已經(jīng)具備了智能加工技術(shù)的雛形，例如汽車智能生產(chǎn)線、食品智能生產(chǎn)線、零件柔性制造生產(chǎn)線等，在我國(guó)的一流企業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

隨著國(guó)家對(duì)于機(jī)械加工制造行業(yè)的支持力度加大，機(jī)械制造及其相關(guān)行業(yè)的智能化水平得到了較大提升，但受到傳統(tǒng)生產(chǎn)習(xí)慣和生產(chǎn)模式的影響，智能化技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)的普及效率仍不盡人意，很多企業(yè)仍然堅(jiān)持著傳統(tǒng)的單一生產(chǎn)模式，而大批量生產(chǎn)制造對(duì)于部分行業(yè)已不適用，采用智能化和柔性化的生產(chǎn)技術(shù)來迎合市場(chǎng)對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品的需求是現(xiàn)階段企業(yè)應(yīng)當(dāng)做的工作，但是受限于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成本和勞動(dòng)密集型的生產(chǎn)模式，智能加工技術(shù)與我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的融合仍有很多的工作要做。

2 機(jī)械加工智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)是機(jī)械智能化的基礎(chǔ)性技術(shù)，是機(jī)械裝備通過電氣控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行的關(guān)鍵技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)通過特定的程序編制來控制電機(jī)、液壓開關(guān)、氣泵開關(guān)等裝置，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)動(dòng)作的自動(dòng)化執(zhí)行。自動(dòng)化技術(shù)的執(zhí)行過程還需要依靠多種傳感器進(jìn)行檢測(cè)，用于準(zhǔn)確控制相關(guān)動(dòng)作執(zhí)行的時(shí)間、檢測(cè)動(dòng)作是否執(zhí)行到位等。通過自動(dòng)控制技術(shù)能夠有效替代傳統(tǒng)機(jī)械加工過程中的重復(fù)單調(diào)的人力行為，并規(guī)避人工操作的危險(xiǎn)因素，有利于形成高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)線，從而有效提高生產(chǎn)制造的效率。

2.2 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)是機(jī)械加工智能化實(shí)施的大腦，人工智能技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)達(dá)程度，通過計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)類似人類的思維和邏輯判斷能力，并逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)、知識(shí)存儲(chǔ)等功能。人工智能還必須配合圖像識(shí)別、信息識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等功能，通過數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)輔助判斷，并利用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作的實(shí)施。人工智能技術(shù)的發(fā)展與社會(huì)的科學(xué)技術(shù)水平直接相關(guān)，現(xiàn)階段來看，智能制造業(yè)已經(jīng)可以通過機(jī)械生產(chǎn)的智能管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)與個(gè)性化定制的需求，但這也只位于智能機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用的初級(jí)階段，人工智能所能適應(yīng)的工作條件是全方位的，其在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用還有較多的功能和方向可以優(yōu)化。

2.3 云計(jì)算技術(shù)

傳統(tǒng)的人工智能的計(jì)算能力受到程序制造者和設(shè)計(jì)者的能力限制，其實(shí)施中常存在著一定的不合理因素，而云計(jì)算雖然也是分步式計(jì)算的一類，但其具備著顯著的網(wǎng)絡(luò)化特征，能夠利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)效用計(jì)算、負(fù)載均衡、并行計(jì)算等復(fù)合式運(yùn)算，云計(jì)算能夠?qū)⒃緩?fù)雜的計(jì)算程序分解成為多個(gè)小計(jì)算程序，再通過眾多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器計(jì)算后進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)在極短的時(shí)間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)的計(jì)算處理。計(jì)算技術(shù)在機(jī)械加工利用的應(yīng)用不僅優(yōu)化了智能加工過程的運(yùn)算能力，還降低了計(jì)算機(jī)服務(wù)器等設(shè)備的購(gòu)置成本，使智能技術(shù)的計(jì)算能力擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了無(wú)限提升的可能。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，意在通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的相互聯(lián)系。在機(jī)械加工領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要依靠GPS技術(shù)、傳感器技術(shù)、條碼錄入技術(shù)、掃描技術(shù)等獲取加工產(chǎn)品的相關(guān)信息，使機(jī)械產(chǎn)品加工過程稱為可在網(wǎng)絡(luò)上被感知和處理的智能化過程。機(jī)械加工中的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要包括信息獲取、信息傳輸、信息處理、信息效能發(fā)揮等功能，使機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的過程不再是傳統(tǒng)的封閉環(huán)境和大批量訂單式模式，而是具備顯著柔性化特點(diǎn)的生產(chǎn)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制造產(chǎn)品的最大適用性發(fā)揮，并縮短定制周期和降低制造成本。

2.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種復(fù)雜信息處理的先進(jìn)技術(shù)，其通過模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征來建設(shè)解決問題的算法模型。在機(jī)械加工過程中，很多零件的制造具有復(fù)雜性特點(diǎn)，例如復(fù)雜結(jié)構(gòu)、曲面、光潔度、刀具選擇、加工順序等，這需要強(qiáng)大且快捷的信息處理速度，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行向量乘法模式的運(yùn)算，使模型算法的最終結(jié)構(gòu)無(wú)限接近于人類最科學(xué)的思維結(jié)構(gòu)，且在此過程中具有良好的容錯(cuò)性、并行性特點(diǎn)，有利于機(jī)械加工做成自動(dòng)決策的實(shí)施，顯著提升機(jī)械加工作業(yè)效率和實(shí)際品質(zhì)。

3 機(jī)加行業(yè)智能化發(fā)展趨勢(shì)

智能加工技術(shù)依托了傳統(tǒng)的機(jī)械制造、自動(dòng)化等技術(shù)，但其實(shí)施形式與傳統(tǒng)的機(jī)械加工存在著明顯的差異性，這要求機(jī)加行業(yè)在進(jìn)行智能化升級(jí)的過程中必須積極轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，使機(jī)加過程逐漸與智能技術(shù)相融合，逐漸實(shí)現(xiàn)全面智能化的應(yīng)用。

(1)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)與管理理念。機(jī)械加工智能技術(shù)的快速普及需要不斷提升機(jī)加行業(yè)從業(yè)人員、管理人員的思想認(rèn)識(shí)，使企業(yè)明確機(jī)械加工行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，了解智能技術(shù)在加工領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在，使其也能夠主動(dòng)引進(jìn)先進(jìn)的智能加工技術(shù)和設(shè)備。同時(shí)生產(chǎn)的技術(shù)工人、管理者也要定期技能培訓(xùn)和理念升級(jí)，為機(jī)械加工行業(yè)向智能制造、智能管理方向發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

(2)豐富制造方式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)。隨著智能加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于加工適用性的需求顯著提升，在智能化控制和生產(chǎn)制造的過程中，由于采用無(wú)人化管理，針對(duì)客戶復(fù)雜的產(chǎn)品需求，生產(chǎn)制造的能力也必須大幅提升。在金屬切割等傳統(tǒng)的制造模式基礎(chǔ)上，積極引進(jìn)3D打印、反求技術(shù)等先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，使傳統(tǒng)的減材制造與新式的增材制造相結(jié)合，探索出成本與效率的最佳匹配關(guān)系，使智能加工的適用面不斷拓寬。

(3)突破地理?xiàng)l件限制，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)資源共享。在智能加工和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，未來的加工行業(yè)也將不局限于單一車間、生產(chǎn)線的制造模式，而是向著網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)資源共享的模式發(fā)展。機(jī)加行業(yè)能夠通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)選擇全國(guó)各地的適合機(jī)械進(jìn)行產(chǎn)品制造，不僅減少生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)線的建造成本，還能有效提高加工品質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)機(jī)械及其相關(guān)行業(yè)的工作實(shí)施提供了強(qiáng)有力的助力，眾多先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用不僅解放了工業(yè)生產(chǎn)力，還使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)形成有效銜接，使生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)最佳化融合，顯著提高機(jī)械加工行業(yè)的生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、成本、效率、人員的最佳化匹配。

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