機床，作為目前工業(yè)設(shè)備加工制造最重要的設(shè)備之一，正在不斷向智能化邁進。
中國機械工程學(xué)會監(jiān)事長宋天虎日前表示，在未來的20年，中國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)，應(yīng)牢牢抓住發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，本著“創(chuàng)新優(yōu)先、重點突破、技術(shù)融合、夯實基礎(chǔ)、多元投入”的原則，面向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升的需求和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，融合集成先進制造、信息和智能等技術(shù)，實現(xiàn)制造業(yè)的綠色化、數(shù)字化和智能化。
為了進一步推進高端裝備智能化步伐，國家出臺了《“十二五”高端裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）將智能裝備發(fā)展轉(zhuǎn)型、衛(wèi)星及應(yīng)用發(fā)展專項目前已經(jīng)開始落實，這表明高端裝備制造業(yè)的發(fā)展規(guī)劃已進入實質(zhì)操作層面。
數(shù)據(jù)顯示，目前智能裝備的產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為3000億元，市場多被國外廠商壟斷，國內(nèi)廠商市占率低，智能儀器儀表與控制系統(tǒng)為10%，工業(yè)機器人與專用裝備為20%，中檔數(shù)控機床為20%，高檔數(shù)控機床為1%。而《規(guī)劃》制定的目標(biāo)是，到2015年，銷售收入達到1萬億元，國民經(jīng)濟重點產(chǎn)業(yè)所需高端智能裝備及基礎(chǔ)制造裝備國內(nèi)市場占有率達到50%；2020年銷售收入達到2萬億元，國內(nèi)市場占有率達到70%。
智能制造要素
近20年來，微電子、通信、計算機、人工智能、控制和圖像處理等多學(xué)科的突飛猛進，為智能機器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
宋天虎指出，盡管智能機器的種類千差萬別、任務(wù)多種多樣，但從其科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)上來說，主要包含三個基本要素，即感知、決策和執(zhí)行。
感知功能主要表現(xiàn)在智能機器的信息輸入，就像人的五官負責(zé)采集工作環(huán)境的數(shù)據(jù)一樣。感知技術(shù)主要是傳感器技術(shù)和通信技術(shù)，前者負責(zé)將實際工況的物理特性轉(zhuǎn)換為智能機器可理解的數(shù)字量，而后者則負責(zé)將數(shù)字量快速、無誤地傳遞到智能機器的決策層。
決策功能是智能機器能做到智能性的表現(xiàn)，就像人的大腦對感知到的信息作出判斷并為下一步的動作發(fā)出指令。決策技術(shù)主要是人工智能技術(shù)及智能控制技術(shù)，它要求智能機器能夠?qū)崟r地、閉環(huán)地處理各類工況，而不僅僅是完全按照預(yù)定程序進行開環(huán)執(zhí)行。
執(zhí)行功能就是決策系統(tǒng)的命令必須得到執(zhí)行，而執(zhí)行需要由一系列動作來得以實現(xiàn)，就像人的運動系統(tǒng)在大腦的命令下產(chǎn)生實際動作一樣。實現(xiàn)動作功能的主要技術(shù)為執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)，包括所謂的手臂和手爪、移動平臺、驅(qū)動器，同時也涵蓋了執(zhí)行機構(gòu)的控制器，如電機控制器、壓力控制器等。
智能制造技術(shù)特征
追根溯源，智能制造的技術(shù)特征主要有以下四點：
首先，智能性是智能制造的核心。智能性表現(xiàn)為對工作環(huán)境的自動識別與判斷，其工作指令根據(jù)反饋信息自動生成。智能性也是智能制造技術(shù)上的難點，盡管目前人工智能技術(shù)已經(jīng)獲得了較大的突破，但相對于人的智能而言，智能制造技術(shù)的聰明度還很低，尚有較大差距。
其次，綜合性是智能制造技術(shù)的集成技術(shù)，有典型的交叉學(xué)科性。然而，任何一個單一技術(shù)的突破，也都可為智能制造技術(shù)帶來革命性的轉(zhuǎn)變。
再次，智能制造技術(shù)要求對現(xiàn)實工況作出快速反應(yīng)。人能夠快速地對各種不可預(yù)知的突發(fā)情況做出實時的響應(yīng)，這就要求智能制造技術(shù)也必須有此能力才能保證工作任務(wù)的完成。目前，實現(xiàn)這一目標(biāo)還有不小差距。
最后是實現(xiàn)技術(shù)的交互性。智能制造技術(shù)必須能夠理解人的意圖和思想，必須實現(xiàn)與人和社會的交流。例如語音識別技術(shù)和語音合成技術(shù)，就是幫助智能制造時能“聽”懂人類的語言，并將自己的回應(yīng)轉(zhuǎn)化為語音“說”給人們聽。人機交互技術(shù)的本質(zhì)就是讓智能制造技術(shù)具有與人交流的能力，并且這一交流過程越自然越好。
六趨勢促機床智能化轉(zhuǎn)型
高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備“科技重大專項實施管理辦公室”，通過深刻研究，系統(tǒng)地提出了機床智能化的六個技術(shù)動向：
一是監(jiān)測機床工作狀態(tài)的智能化。
在機床工作狀態(tài)的監(jiān)測中，主軸的智能化進展最為明顯，通過裝有溫度傳感器和載荷位移傳感器的傳感系統(tǒng)實現(xiàn)主軸的高度智能化。
這里主要是通過MEMS溫度傳感器監(jiān)控軸承潤滑狀況、防止軸承燒結(jié)和進行主軸熱位移修正；通過載荷位移傳感器檢測加工中的異常載荷，監(jiān)控軸承載荷并推斷其壽命，避免軸承損傷。因主軸接近工件加工位置，因而它更適合用于準(zhǔn)確地監(jiān)測機床加工狀態(tài)。但在主軸有限空間內(nèi)安裝傳感系統(tǒng)并非簡單，仍有很多課題。如通過在結(jié)構(gòu)材料中安裝FBG傳感器（應(yīng)變傳感器）來檢測結(jié)構(gòu)的熱位移，以此判斷和修正機床結(jié)構(gòu)的熱位移模式，進行主體結(jié)構(gòu)溫度分布控制，使熱變形最小化。
另外，還有運用機床結(jié)構(gòu)中若干個監(jiān)測點的溫度和主軸的運行信息，通過CNC指令對刀具和工件間的相對熱變形進行修正。
二是監(jiān)測維修狀態(tài)的智能化。為減輕維修作業(yè)的負荷，需要有在發(fā)生大的故障之前采取對策的系統(tǒng)，因此對維修狀況進行經(jīng)常性監(jiān)測是非常重要的。積累機床工作狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)并基于此預(yù)測壽命，以及在工作狀態(tài)下檢測壽命，可以說是今后的課題。
三是確保安全性的智能化。為確保安全性的最新智能化技術(shù)，可以說是避免發(fā)生碰撞的技術(shù)。通過程序，在運動過程中以及在準(zhǔn)備工作時就可進行干涉檢查。
另外，還有檢測刀具的離心力破壞和臨界安全速度等技術(shù)，有的會因安全性而犧牲操作性，這些也可能通過智能化得到解決。
四是實現(xiàn)節(jié)能的智能化。切屑排出的狀態(tài)，因加工條件、加工材料和加工對象不同而會時刻發(fā)生變化，通過檢測切屑量的變化、控制切屑處理裝置的動作，可達到很好的節(jié)能效果。
這種方法也適用于冷卻潤滑液供應(yīng)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)冷卻潤滑液使其符合加工條件，也會達到較好的節(jié)能效果。
五是工藝條件決策的智能化。檢測加工中的振動、發(fā)出回避這種振動的指令，形成自動回避振動的系統(tǒng)。在主軸回轉(zhuǎn)速度較慢的車削加工中，可隨時計算出主軸回轉(zhuǎn)速度的變動振幅和變動周期，防止再生震動的發(fā)生。在銑削加工中，通過利用主軸回轉(zhuǎn)速度與振動的周期性關(guān)系，可以保持主軸在特定沒有振動的區(qū)域內(nèi)工作。
作為工藝條件的選擇，并非單純自動地決定加工條件，在判斷用戶所選定的加工條件是否合理，為實現(xiàn)必要的加工精度制定合理的工藝條件等可進一步提升智能化程度方面，目前尚在研究開發(fā)中。
六是準(zhǔn)備作業(yè)的智能化。在準(zhǔn)備作業(yè)的智能化方面，進展尚不明顯。在加工鑄造零部件、鍛造零部件等異形材料時，因其質(zhì)量不平衡以及位置變化，使得在高速回轉(zhuǎn)中加工較困難。因此需要在進行平衡的同時進行加工，自動平衡裝置擬可解決這一問題。除此之外，尚無相關(guān)事例。至于其他準(zhǔn)備作業(yè)的智能化系統(tǒng)正在開發(fā)中。
“從體力到腦力的逐步解放，從傳統(tǒng)經(jīng)驗向科學(xué)認知的不斷飛躍以及人與自然的和諧共存等等，已經(jīng)并繼續(xù)深刻地改變著人類社會的生產(chǎn)形態(tài)�！彼翁旎⒄f。
政策扶持高端裝備智能化
目前，世界機床的技術(shù)水平，是以生產(chǎn)促進數(shù)控機床單機為主流，今后20年內(nèi)的發(fā)展，也將如此。在進一步提高精度、效率、自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上，逐步向加工單元和尖端柔性制造系統(tǒng)過渡，人類的智慧與創(chuàng)造力必將又一次推動現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)以更高的密度集成。
然而，工程機械、機電產(chǎn)品、數(shù)控機床、港口設(shè)備、船舶制造等諸多行業(yè)，盡管中國制造的產(chǎn)銷量均躍居世界前列，多組數(shù)據(jù)顯示，中國裝備制造的經(jīng)濟總量已經(jīng)連續(xù)4年全球排名第一。但是，遍布世界各地的“中國制造”，長期被認為是品質(zhì)低下、價格低廉、勞動密集、科技含量不高的代名詞。
作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，高端裝備制造業(yè)“十二五”的發(fā)展思路是從五大方向重點突破，分別是航空裝備、衛(wèi)星及應(yīng)用、軌道交通裝備、海洋工程裝備和智能制造裝備。該《規(guī)劃》提出的目標(biāo)是，到2015年高端裝備的銷售產(chǎn)值占裝備制造業(yè)的比例將達20%以上，預(yù)計年銷售產(chǎn)值將會達到6萬億元。
首批用于補貼智能裝備制造的資金已經(jīng)下達。第一批落實補貼資金的智能制造裝備有19個項目，國家補貼資金9.5億元，現(xiàn)已正式啟動。尤其為支持智能制造裝備企業(yè)拓展市場，國家將劃撥首臺套補貼資金，補貼資金高達產(chǎn)品銷售價格的25%～50%。
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，《規(guī)劃》預(yù)計到2015年，高端裝備制造業(yè)年銷售產(chǎn)值將在6萬億元以上。如今，隨著未來工業(yè)生產(chǎn)都將是高度自動化甚至是智能化的生產(chǎn)模式，我國將繼續(xù)推進智能裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
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