机械加工的智能化转型关键技术与发展趋势分析

2021-11-27李峰

农机使用与维修 2021年4期

李峰

(黑龙江农业经济职业学院，黑龙江牡丹江 157041)

0 引言

机械加工制造行业是社会发展的基础性行业，随着社会经济水平和科学技术水平的不断提升，机械加工行业面临着技术优化、精度提升、效率提高等众多要求，机械行业的转型升级成为了新时期的重要工作也是必须工作。从20世纪80年代开始，我国的机械制造技术开始进入快速发展时期，随着数控制造设备的引进，机械加工行业的制造效率和制造能力得到了快速提升，如今我国的机械加工行业已经基本上实现了数控化生产，但与发达国家的生产水平相比，在制造环节、生产管理、人力资源等方面仍存在较大的差距，从机械加工业的世界技术来看，智能化机械加工已成为当前的主流，利用信息收集、智能处理、仿真模拟、柔性加工、数据共享等先进技术，能够有效提高机械加工的效率，使机械加工的能力更上一个台阶。

1 机加行业的智能化水平现状

近年来，我国机械行业自动化加工技术的发展较快，先进的生产机床能够根据数控程序完成复杂的零件制造任务，但是自动化设备的制造过程仍必须由人工进行参与和决策，导致生产的效率较低，且产品的品质受到操作人员的影响较大。机械智能加工技术是在机械自动加工技术的基础上发展而来的，具备工业4.0的技术特点，其应用能够通过智能技术替代人力决策，有效提高生产效率和质量。只是我国的机械智能加工技术起步较晚，直到21世纪初，智能加工技术才在我国进行重点的研究与应用，如今我国很多先进的制造生产线，已经具备了智能加工技术的雏形，例如汽车智能生产线、食品智能生产线、零件柔性制造生产线等，在我国的一流企业中已经得到广泛应用。

随着国家对于机械加工制造行业的支持力度加大，机械制造及其相关行业的智能化水平得到了较大提升，但受到传统生产习惯和生产模式的影响，智能化技术在机械加工行业的普及效率仍不尽人意，很多企业仍然坚持着传统的单一生产模式，而大批量生产制造对于部分行业已不适用，采用智能化和柔性化的生产技术来迎合市场对机械制造产品的需求是现阶段企业应当做的工作，但是受限于企业的经营成本和劳动密集型的生产模式，智能加工技术与我国现代制造业的融合仍有很多的工作要做。

2 机械加工智能化转型的关键技术

2.1 自动控制技术

自动控制技术是机械智能化的基础性技术，是机械装备通过电气控制实现自动动作执行的关键技术，自动控制技术通过特定的程序编制来控制电机、液压开关、气泵开关等装置，从而实现相关动作的自动化执行。自动化技术的执行过程还需要依靠多种传感器进行检测，用于准确控制相关动作执行的时间、检测动作是否执行到位等。通过自动控制技术能够有效替代传统机械加工过程中的重复单调的人力行为，并规避人工操作的危险因素，有利于形成高效率的自动化生产线，从而有效提高生产制造的效率。

2.2 人工智能技术

人工智能技术是机械加工智能化实施的大脑，人工智能技术的关键点在于计算机技术的发达程度，通过计算机程序来实现计算机类似人类的思维和逻辑判断能力，并逐渐实现自动学习、知识存储等功能。人工智能还必须配合图像识别、信息识别、语音识别等功能，通过数据库系统辅助判断，并利用机器人技术进行相关动作的实施。人工智能技术的发展与社会的科学技术水平直接相关，现阶段来看，智能制造业已经可以通过机械生产的智能管理系统来实现柔性化生产与个性化定制的需求，但这也只位于智能机械加工技术应用的初级阶段，人工智能所能适应的工作条件是全方位的，其在机械加工领域的应用还有较多的功能和方向可以优化。

2.3 云计算技术

传统的人工智能的计算能力受到程序制造者和设计者的能力限制，其实施中常存在着一定的不合理因素，而云计算虽然也是分步式计算的一类，但其具备着显著的网络化特征，能够利用网络实现效用计算、负载均衡、并行计算等复合式运算，云计算能够将原本复杂的计算程序分解成为多个小计算程序，再通过众多的网络服务器计算后进行反馈，从而实现在极短的时间内完成大量数据的计算处理。计算技术在机械加工利用的应用不仅优化了智能加工过程的运算能力，还降低了计算机服务器等设备的购置成本，使智能技术的计算能力扩展实现了无限提升的可能。

2.4 物联网技术

物联网技术是在传统的互联网和信息网络的基础上发展而来，意在通过网络技术实现人与物、物与物之间的相互联系。在机械加工领域，物联网技术主要依靠GPS技术、传感器技术、条码录入技术、扫描技术等获取加工产品的相关信息，使机械产品加工过程称为可在网络上被感知和处理的智能化过程。机械加工中的互联网应用主要包括信息获取、信息传输、信息处理、信息效能发挥等功能，使机械产品生产的过程不再是传统的封闭环境和大批量订单式模式，而是具备显著柔性化特点的生产模式，能够实现机械制造产品的最大适用性发挥，并缩短定制周期和降低制造成本。

2.5 神经网络技术

神经网络技术是一种复杂信息处理的先进技术，其通过模仿人类神经网络行为特征来建设解决问题的算法模型。在机械加工过程中，很多零件的制造具有复杂性特点，例如复杂结构、曲面、光洁度、刀具选择、加工顺序等，这需要强大且快捷的信息处理速度，通过神经网络技术进行向量乘法模式的运算，使模型算法的最终结构无限接近于人类最科学的思维结构，且在此过程中具有良好的容错性、并行性特点，有利于机械加工做成自动决策的实施，显著提升机械加工作业效率和实际品质。

3 机加行业智能化发展趋势

智能加工技术依托了传统的机械制造、自动化等技术，但其实施形式与传统的机械加工存在着明显的差异性，这要求机加行业在进行智能化升级的过程中必须积极转变传统观念，使机加过程逐渐与智能技术相融合，逐渐实现全面智能化的应用。

(1)转变传统生产与管理理念。机械加工智能技术的快速普及需要不断提升机加行业从业人员、管理人员的思想认识，使企业明确机械加工行业未来的发展趋势，了解智能技术在加工领域应用的优势所在，使其也能够主动引进先进的智能加工技术和设备。同时生产的技术工人、管理者也要定期技能培训和理念升级，为机械加工行业向智能制造、智能管理方向发展创造良好的条件。

(2)丰富制造方式，实现技术升级。随着智能加工技术的应用，对于加工适用性的需求显著提升，在智能化控制和生产制造的过程中，由于采用无人化管理，针对客户复杂的产品需求，生产制造的能力也必须大幅提升。在金属切割等传统的制造模式基础上，积极引进3D打印、反求技术等先进的生产技术，使传统的减材制造与新式的增材制造相结合，探索出成本与效率的最佳匹配关系，使智能加工的适用面不断拓宽。

(3)突破地理条件限制，实现优势资源共享。在智能加工和网络技术的支持下，未来的加工行业也将不局限于单一车间、生产线的制造模式，而是向着网络化优势资源共享的模式发展。机加行业能够通过网络自动选择全国各地的适合机械进行产品制造，不仅减少生产场地、生产线的建造成本，还能有效提高加工品质。