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机械智能制造

　　[摘 要]本文适应工业4.0和智能制造的口号，而提出的智能制造方面的不足以及处理问题的自适应，主要对智能制造方面进行剖析，从而更好的顺应智能制造的潮流，认识了智能制造方面的精度监视与控制。

　　[关键词]工业4.0；智能制造；精度监视；控制
　　中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0375-01
　　0背景技术
　　资源最优利用、产品依客户需求生产、利益最大化这是“工业4.0”[1]应该实现的一些目标。与其说这是工业生产的一次进化，不如说是一次革命。理想情况下，人、机器和应被加工处理的生产资源间，可以实现直接的信息交流。
　　德国面临越来越大的竞争。除统工业国家之外，中国等国的发展步伐亦十分迅速。作为世界最大的机械制造国，中国生产的机械质量不断提高，对干德国机械制造商来说，中端市场的竞争压力越来越大。[2]
　　在近期的研究报告中，德国机设备制造业联合会推荐其成员加大在中国市场中端技术领域的投入。尽管如此，技术金字塔的顶层也是需要争取的，“工业4.0”能为德国提供巨大商机。
　　产品个性化的发展趋势在各个领域显而易见，需要在生产环节和生产设备上的根本性改变。“工业4.0”就是应对这些挑战的答案。
　　1 智能制造存在的不足
　　智能制造系统体现在智能机器方面，它包括具有各种程序的智能加工机床、工具和材料传送、准备装置，检测和试验装置，以及安装、装配装置等。在控制理论和方法中，建模问题是十分重要的。加工过程的模型可能多种多样，如刀具磨损数学模型、切削成形数学模型、加工?|量数学模型等。
　　在加工过程中存在着以下问题：①在线测量的困难，包括传感器的选择、设计、最优定位、数据冗余引起的信息混乱，传感器失效引起的混乱等；②过程模型的不确定性，包括参数的不可知性、状态变化的不确定性、信息的模糊性、多维信息的偶合性等使得控制性差；③过程的快速性，使实时控制难以实现等；④系统处理多级信息反馈时的不稳定性。
　　智能制造技术实质上是智能控制在制造中的运用[3]，从控制理论观点来看仅表示可能运用的控制方法，并不说明方法的因果或隶属关系。如果考虑到知识描述和信息集成，则内容更为丰富。自适应控制方法往往选择作为智能机床控制的基本方法，它可以根据加工条件的改变而自动改变参数，实现最优过程控制。但是由于在线测量仪器及测量信息的不完备性和不可靠性，以及复杂过程的物理模型的建模不淮确性，使得自适应控制方法的应用受到很大的限制。人工智能无疑是智能制造技术最强有力的理论基础和技术手段。目前，专家系统在一些有限领域中得到了成功的运用，它可以为IMS提供知识获取、知识表示和知识利用的基本手段。
　　在工业产品的开发过程中，有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能甚至维护性能等等许许多多的问题都需要在开发过程的前期得到解决。通常，人们是借助理论分析、CAD系统和各种比例的实物模型，也可以参考先前产品的开发经验来解决有关新产品开发的各种问题。但是，由于有关装配操作和维修的问题往往只会在产品开发的后期或在最终产品试车过程中，甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来，尤其是有关维修的问题往往只会在产品已经售出很长时间以后才能被发现。为了解决这些问题，有时产品就不得不返回到设计构造阶段以便进行必要的设计变更，这样的产品开发程序既效率低，耗时长，费用又高。
　　2 智能制造的自适应
　　客户需求成为一个组织的结构特征，这就是自适应生产。自适应生产意味着根据客户需求不停且迅速地进行调整。自适应生产的关键前提是企业的实时反映。信息不是每个星期更新一次，而是要做到随时、互动式的更新。孤立的单个的资源（机器或设备）不是最重要的，重要的是与客户的相关性和怎样将对市场的感知嵌入业务流程中。这就如同一个企业完全没有产品管理和调度程序，由生产的最后一个环节（如组装）部门来代替销售直接接收、处理订单并安排发货是不可行的。自适应生产意味着所有生产都要从客户的需求出发，生产要迅速并灵活地适应市场。这种对焦于客户需求而不是对焦于技术需求或加工处理约束的现象改变着整个经济。“许多企业的软肋并不是其技术上或生产上的缺陷，而是它们不知道怎样将自己的竞争优势发挥在市场中。”Kaplan和Norton，1997）Kaplan（卡普兰）和Norton（诺顿）撰写的开创性的《Balanced Scorecard》（平衡计分卡）一书中再次表明了这个客观事实：一个企业的成功不是基于机械、工具等硬件，而是基于它的软件，如沟通。自适应生产这一概念最初来源于SAP（思爱普）公司，后来又被MPDV（默佩德卫）公司解释成“将机器与市场接轨”。
　　3精度监视与控制
　　加工误差可以由加工机床误差（几何误差、位移误差与伺服进给系统误差）、刀具误差（切削刃磨损、刀具调整误差、刀具弹性与热变形误差）、工件/夹具误差（定位与装夹误差、工件/夹具弹性与热变形误差、工件材质不均匀性）组成。此外，在精度监视中还要考虑环境条件、系统运行工况和检测系统等项误差。对于机床自身的几何误差（又称原始误差）、静态力变形（如自重和稳态切削力等引起的）和动态误差（运动不平稳性、热与动态力的影响），一般采用误差的硬软件补偿法进行补偿，实现误差控制。加工误差的监控采用实时过程监测与反馈修正法和循环中检测法。实时过程监测法在加工过程中对试件或工件的尺寸、形状与位置误差直接进行实时监测，根据监测结果由计算机系统求出误差值，进行反馈修正。循环检测法包括工序前与工序后检测，即在线或在机对刀具磨损、工夹具与工件位置进行检测，保证工件坐标原点精度和加工余量的合理分配（工序前测量）和在加工工序完成后离线测定加工精度指标，反馈给 NC 系统进行修正，防止继续出现废次品或不合格的精度项目。
　　4 结语
　　我们要坚持走中国特色新型工业化道路，转型升级提高行业核心竞争力，适应市场需求变化，根据科技进步新趋势，发挥我国智能制造的优势，发展先进装备制造业， ，为把我国建设成制造业大国而作出贡献。
　　参考文献：
　　[1] 王喜文.工业4.0：智能工业[J].物联网技术， 2013（12）：3-4.
　　[2] 佚名.工程机械智能制造升级，机器人时代来临[J].机械， 2014（5）.
　　[3] 岳玉峰.智能制造技术机械系统的运行与监控[J].河南科技， 2013（6）：90-90.