智能制造與先進數(shù)控技術分析

岳偉先 于志山 李曉冉

（濱州職業(yè)學院，濱州 256600）

我國整體經(jīng)濟的持續(xù)性發(fā)展，為制造業(yè)領域帶來了全新改變。一方面，基于“工業(yè)4.0”“智慧+”等一系列理念的應用，有效改變了當前制造業(yè)的發(fā)展格局，從產(chǎn)品設計、數(shù)控制造等一系列流程實現(xiàn)了現(xiàn)代化的管控目標。另一方面，借助現(xiàn)代化的技術發(fā)展趨勢，從智能制造和數(shù)控技術等層面逐步滲透，有效革新傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、加工模式，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)智能化和創(chuàng)新化，有效推動了整個工業(yè)體系的蛻變。

1 智能制造和先進數(shù)控技術的基本論述

智能制造是人工智能研究的重要代表內(nèi)容，通常被認為是知識和智力的總稱。智能制造是借助大量的知識實現(xiàn)產(chǎn)品的制造和加工，完成智慧生產(chǎn)的目標和訴求。智能制造涵蓋大量知識和技術，能夠通過對知識的深層次掌握實現(xiàn)自主學習功能，利用強大的搜索能力和信息分析能力實現(xiàn)對產(chǎn)品制造功能的多 層解讀[1]。

數(shù)控技術是利用數(shù)字信息實現(xiàn)對機械設備進行多種模式的控制和管理，集成機械制造技術、計算機技術、傳感檢測技術、網(wǎng)絡通信技術以及光機電技術等內(nèi)容實現(xiàn)現(xiàn)代技術的集成化，能夠滿足高精度、高效率及全自動等制造要求，在工業(yè)制造領域具有不可估量的意義和作用。先進數(shù)控技術是近年來數(shù)控技術的重要創(chuàng)新，集合制造加工技術和數(shù)字化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)設備控制能力的進一步升級。特別是對于微米級、納米級等產(chǎn)品加工能力，有助于高效實現(xiàn)數(shù)控技術的產(chǎn)業(yè)升級和技術革新[2]。

2 智能制造和先進數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀

智能制造雖然發(fā)展歷史較短，但是得到了世界各國的重視。例如，美國、加拿大及德國等先后開展制造工藝的產(chǎn)業(yè)升級和技術升級，以此提升國內(nèi)的制造業(yè)水平。日本在1989 年提出智能制造的概念，并在1994 年先后開展制造知識體系、分布智能系統(tǒng)控制以及快速產(chǎn)品實現(xiàn)的分布智能系統(tǒng)技術研究，成為當前智能制造領域的頭號國家。我國于20 世紀80 年代后期開展智能制造領域的探索，國家科技部先后提出“工業(yè)智能工程”等創(chuàng)新理念，并且在智能機械人、無人駕駛及智慧交通等領域中展現(xiàn)出卓爾不凡的成效。“十四五”規(guī)劃的落實，進一步強化了對智能制造產(chǎn)業(yè)的重視，提高了對該領域的投資力度[3]。

先進數(shù)控技術是現(xiàn)代科學技術創(chuàng)新發(fā)展的重要內(nèi)容，且隨著微電子、計算機等一系列內(nèi)容的融合，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長。目前，美國、德國、日本是數(shù)控技術的引領者，無論是其產(chǎn)業(yè)技術的豐富程度還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的智能化水平都遠超其他國家。我國數(shù)控技術雖然起步較晚，但是隨著國家加大對數(shù)控技術的投入力度，自1979 年起成功實現(xiàn)了“彎道超車”。特別是在2010 年后，國內(nèi)數(shù)控技術實現(xiàn)巨大的飛躍和創(chuàng)新，包括航天航空、國防軍工等領域?？刂萍夹g的有效升級帶動了整個產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展，其中汽車、摩托車、家電制造、電站設備、軌道交通及生物工程等一系列內(nèi)容，都得到了常態(tài)化的發(fā)展和建設[4]。

3 智能制造和先進數(shù)控技術的實踐應用

3.1 智能制造的實踐應用

3.1.1 新型傳感技術

新型傳感技術是智能制造領域的新突破和新代表。一方面，新型傳感技術具備超強的敏感性，能夠?qū)Νh(huán)境變化進行動態(tài)捕捉，有效實現(xiàn)海量信息的匯集和分析。結(jié)合量子測量技術、納米聚合物傳感技術及光纖傳感技術等，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的感知效應。另一方面，新型傳感技術體現(xiàn)了智能制造技術的核心和重點，能夠?qū)ξ⑷跣盘栠M行動態(tài)捕捉，彌補了傳統(tǒng)傳感技術的缺失和空白[5]。

3.1.2 模塊化、嵌入式控制技術

基于現(xiàn)代工業(yè)制造的需求和標準，智能制造需要滿足海量的設計標準和設計框架，需要從軟件層面進行有效嵌入，將不同功能、不同結(jié)構(gòu)的軟件模塊進行匯總和融合，以微內(nèi)核操作系統(tǒng)和開放式系統(tǒng)開展對應的功能設計，將語言組織系統(tǒng)、人機控制系統(tǒng)等內(nèi)容進行關聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的有效植入，并且設定系統(tǒng)的格式、環(huán)境、控制標準，以滿足工業(yè)智能制造的實際需求[6]。

3.1.3 先進控制和優(yōu)化技術

智能制造領域中，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)評估需要有序?qū)崿F(xiàn)和開展，同時需要借助大型控制設備對各項數(shù)據(jù)的結(jié)論進行驗證和分析。數(shù)據(jù)的多樣性和內(nèi)容的繁雜性，必然會增加數(shù)據(jù)分析的難度。借助先進控制技術和優(yōu)化技術能夠識別和分析海量數(shù)據(jù)，降低數(shù)據(jù)計算的煩瑣程度，有效實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的精細化管理。

3.1.4 系統(tǒng)協(xié)同技術

大型制造項目中，智能制造技術中的系統(tǒng)協(xié)同技術能夠進一步對系統(tǒng)方案的設定模式進行調(diào)節(jié)和分析，統(tǒng)一對應的操作界面和設計界面，將統(tǒng)一的工作序列進行規(guī)整和處理，提高處理速度和處理水平。協(xié)同處理技術是現(xiàn)代智能制造領域的重點，能夠?qū)崿F(xiàn)多個功能模塊的統(tǒng)一化管理，提高制造設備的管理水平。圖1 為某工廠制造領域協(xié)同技術的應用現(xiàn)場。

3.1.5 故障診斷和健康維護技術

智能制造領域中，通過對設備運行狀態(tài)的檢測和分析能夠有效實現(xiàn)設備運行問題智能檢測，包括遠程檢測技術、故障檢測技術、狀態(tài)分析技術、自動調(diào)控技術、健康維護技術以及重大設備使用壽命預測技術。相關技術的應用不僅能夠保障設備的運行安全，而且能夠為后續(xù)的設備維護提供必要的參考。

3.1.6 即時通信網(wǎng)絡技術

即時通信網(wǎng)絡技術主要解決網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)倪B續(xù)性和高效性，既要保障數(shù)據(jù)傳輸通道的暢通和穩(wěn)定，又要降低數(shù)據(jù)的延遲概率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息無縫銜接。在智能制造領域中，即時通信技術的應用為智能設備的信息傳遞提供了重要的傳輸渠道，能夠改善網(wǎng)絡信息數(shù)據(jù)的傳輸效果，提高信息傳輸?shù)乃胶唾|(zhì)量。

3.1.7 功能安全技術

功能安全技術是智能制造領域中智能裝備硬件、軟件的重要測評技術，通過一系列的分析、設計、驗證能夠全面分析智能制造的設備，實現(xiàn)對安全性、功能性、價值性的多元檢測，有效助力設備后續(xù)的改進和升級，是智能設備制造領域的重要核心技術。此外，結(jié)合多個測試平臺和測試設備，它能夠周期性評估和測定系統(tǒng)運行問題，實現(xiàn)設備相關數(shù)據(jù)的有效提升。

3.1.8 特種工藝與精密制造技術

智能制造領域中，特種工藝和精密制造技術是智能制造領域的前沿技術，涉及到高端精密儀器的應用和發(fā)展。以光刻機為例，它是現(xiàn)代芯片制造領域的核心設備，對應的技術和市場需求極為廣闊，成為世界各國追逐的焦點和議題。我國在此領域高端制造產(chǎn)業(yè)中尚處于空白，亟待進一步強化和提升。

3.1.9 識別技術

識別技術是智能制造芯片設計的重要技術，需要借助超高頻射頻識別（Radio Frequency Identification， RFID）核心模塊設計制造技術實現(xiàn)對芯片制造的基本需求，制造出低成本和低功耗的RFID 芯片。圖2為某企業(yè)智能制造的識別技術設備。

3.2 新進數(shù)控技術的實踐應用

新進數(shù)控技術的實踐應用主要在制造行業(yè)、信息行業(yè)、醫(yī)療設備行業(yè)以及軍事行業(yè)中應用廣泛。以制造行業(yè)為例，它是數(shù)控技術最早的應用領域。數(shù)控技術主要肩負產(chǎn)品研發(fā)以及設備加工、制造等，特別是對于大型設備制造，需要進行精準化把控和操作，需要保持較高的操控水平。以現(xiàn)代軍事設備為例，高性能五軸高速立式加工、五坐標加工及大型五坐標龍門銑等都是數(shù)控技術的應用重點。數(shù)控技術還能夠?qū)崿F(xiàn)焊接、裝配及噴涂等操作，能夠?qū)υO備進行自動切割等，滿足設備加工的多種需求。

在信息行業(yè)，先進數(shù)控技術結(jié)合計算機網(wǎng)絡、通信技術、衛(wèi)星遙感技術及遙控技術等一系列內(nèi)容實現(xiàn)對納米級、微米級的技術加工，有效助力芯片產(chǎn)業(yè)光刻機產(chǎn)業(yè)等設備的加工和制造，是現(xiàn)代信息行業(yè)發(fā)展的重要基礎。先進的數(shù)控技術能夠不斷進行產(chǎn)業(yè)的技術革新，提高產(chǎn)業(yè)的加工水平。以芯片產(chǎn)業(yè)為例， 3 nm 的芯片產(chǎn)業(yè)是目前國際領域的行業(yè)先驅(qū)，預計在2025 年前預計突破1 nm 的芯片制造技術，實現(xiàn)信息行業(yè)質(zhì)的蛻變。

在醫(yī)療設備領域，不少設備的醫(yī)療診斷預計醫(yī)療分析都應用到了數(shù)控技術，特別是有機器人操作實施的手術治療成為現(xiàn)代醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和突破。醫(yī)療機械設備的控制能力和控制精度都需要數(shù)控技術的應用和實施。

在軍事裝備領域，數(shù)控技術的應用為傳統(tǒng)的軍事裝備領域提供了新的技術創(chuàng)新，包括大型軍事設備的軌跡控制技術、火炮的自動瞄準技術以及雷達自動跟蹤技術等。目前，我國最先進的有源相控陣雷達技術正是應用了最先進的數(shù)控技術，是國際領域的先進技術。

4 結(jié)語

智能制造與先進數(shù)控技術對于我國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了不可估量的作用，借助二者的創(chuàng)新性和實踐作用，能夠在多個領域發(fā)揮關聯(lián)作用，激發(fā)各個產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，促進行業(yè)革新蛻變，實現(xiàn)我國智能制造領域的騰飛。