數(shù)控智能在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與研究

摘 要：數(shù)控技術(shù)是集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。由于機(jī)械的數(shù)控智能得到了較快的發(fā)展，所以，機(jī)械制造領(lǐng)域的數(shù)控智能系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)數(shù)控智能在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究和分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控智能；機(jī)械制造；領(lǐng)域；應(yīng)用；研究

1.數(shù)控智能在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

智能控制機(jī)械制造主要包括以下四個(gè)部分：機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械電子；機(jī)械系統(tǒng)故障診斷。

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中是指技術(shù)人員對(duì)想要設(shè)計(jì)物體的一個(gè)模型進(jìn)行綜合和分析的過程，這個(gè)過程包括大量高精度的計(jì)算、分析、繪圖等精確數(shù)值計(jì)算工作，同時(shí)還需要結(jié)合多方面的知識(shí)，在通過設(shè)計(jì)人員自身豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行多元綜合，最終做出最佳的設(shè)計(jì)。但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，很難用精確數(shù)值計(jì)算的方法來建立準(zhǔn)確數(shù)據(jù)模型，而現(xiàn)在流行的CAD制圖技術(shù)對(duì)這一部分工作也是無能為力的。這就要求 CAD/CAM的操作系統(tǒng)具有智能性，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把一些數(shù)值數(shù)據(jù)處理擴(kuò)展到非數(shù)值數(shù)據(jù)處理，包括把數(shù)據(jù)數(shù)值知識(shí)與實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行集成、推理和決策，使機(jī)械設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化智能化，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)專家在現(xiàn)實(shí)中對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中由于人為因素造成的不足。

1.2 機(jī)械制造

在機(jī)械生產(chǎn)制造中，人們首先要做的是確定機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃，制定機(jī)械生產(chǎn)計(jì)劃就是指從多種因素（設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)等）的組合中選出最能滿足所有約束條件（生產(chǎn)成本、設(shè)計(jì)圖形、生產(chǎn)工序等）的最佳方案。這些過程是很難用數(shù)學(xué)模型來準(zhǔn)確地表示出來的。數(shù)字化智能化技術(shù)一方面使數(shù)字化制造裝備等得到快速發(fā)展，大幅度提升生產(chǎn)系統(tǒng)的功能、性能和自動(dòng)化程度。另一方面這些技術(shù)集成可形成柔性制造單元、數(shù)字化車間乃至數(shù)字化工廠，使生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性自動(dòng)化不斷提高，并想著具有感知、決策、執(zhí)行能功能特征的智能化系統(tǒng)發(fā)展。目前以智能機(jī)器人為典型代表的智能制造裝備已經(jīng)開始在某些領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1.3 機(jī)械電子

機(jī)械電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，元件和運(yùn)動(dòng)部件較少，高性能，但是其系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析的方法固然嚴(yán)密、精確，但是只能適用于相對(duì)比較簡(jiǎn)單的電子系統(tǒng)，對(duì)于那些比較復(fù)雜的系統(tǒng)是不能給出數(shù)學(xué)解析式的，這樣就只能通過煩瑣的操作系統(tǒng)來完成。由于智能化的處理是以知識(shí)信息為基礎(chǔ)進(jìn)行的推理和計(jì)算，這種推理具有復(fù)雜性、不確定性和模糊性，而且這種智能化的處理一般不存在已知的算法（傳統(tǒng)數(shù)學(xué)公式化的方法），所以，對(duì)不能用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析方法解決的問題，人工智能提供了新的解決思路和方法。一般通過人工智能建立的系統(tǒng)有兩種方法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊推理系統(tǒng)。目前只有智能系統(tǒng)可以適用于相對(duì)比較復(fù)雜的電子系統(tǒng)。

1.4 機(jī)械系統(tǒng)故障診斷

所謂的機(jī)械系統(tǒng)故障的診斷，就是指根據(jù)電子系統(tǒng)出現(xiàn)的一些不正常的現(xiàn)象，按照一定的法則，推論出產(chǎn)生問題的原因，找出設(shè)備出現(xiàn)故障的所在的部位。故障診斷包括三個(gè)方面的內(nèi)容：故障監(jiān)測(cè)，故障分析和處理決策。但是由現(xiàn)象推出故障原因是一個(gè)復(fù)雜的推理過程，需要根據(jù)維護(hù)保修人員多年積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才能得出正確的結(jié)論，假如把人工智能的方法應(yīng)用于機(jī)械故障診斷，發(fā)展智能化的機(jī)械故障診斷技術(shù)，是機(jī)械故障診斷的一個(gè)新途徑。機(jī)械故障中的人工智能診斷方法主要包括專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊集理論等。

2.數(shù)控智能機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用方法

2.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的一種智能程序，這種程序運(yùn)用知識(shí)和推理步驟來解決出現(xiàn)只有專家才能解決的一些比較復(fù)雜的問題。智能控制專家系統(tǒng)的框架主要由五個(gè)部分組成：知識(shí)庫(kù)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，推理機(jī)，用戶接口和系統(tǒng)輸出。

2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指只智能控制系統(tǒng)摸擬的生物的激勵(lì)系統(tǒng)，將一系列輸入通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生輸出。這里的輸出、輸入都是標(biāo)準(zhǔn)化的量，輸出是輸入的非線性函數(shù)，其值可由連接各神經(jīng)元的權(quán)重改變，以獲得期望的輸出值。

2.3 模糊集理論

人在認(rèn)知世界的時(shí)候，出現(xiàn)一些不確定的事物的時(shí)候，就會(huì)對(duì)所獲得的信息進(jìn)行一定的模糊化處理，以此來減少問題的復(fù)雜程度。模糊集理論是指將經(jīng)典的集合理論模糊化，并引入語(yǔ)言變量和近似推理的模糊邏輯，是一種具有完整的推理體系的智能技術(shù)。一般的模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較類似，由模糊知識(shí)庫(kù)、模糊推理機(jī)和人機(jī)界面等幾個(gè)部分組成，可以這么說模糊系統(tǒng)是模糊理論與專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合體。

3.智能控制在機(jī)械制造系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢(shì)

智能控制的實(shí)施主要有四個(gè)部分，雖然這四個(gè)部分在機(jī)械領(lǐng)域都有不同程度的應(yīng)用，但各自使用的時(shí)候都存在一定的局限。所以目前，要找到一種普遍的有效的方法把這四個(gè)部分有效的結(jié)合到一起應(yīng)用于機(jī)械制造系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，因此，從這可以看出數(shù)控智能組合將成為機(jī)械制造系統(tǒng)新的發(fā)展趨勢(shì)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜合起來，數(shù)字化智能化技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)業(yè)的模式進(jìn)行創(chuàng)新升級(jí)。以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的強(qiáng)力支持下，制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)模式將發(fā)生根本性的變化。因此，無論從哪個(gè)角度考慮，“制造業(yè)數(shù)字化智能化”都是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：

王振宇（1972.2—），河北省石家莊市人，畢業(yè)于河北工學(xué)院機(jī)械系，從事機(jī)電行業(yè)20余年，擁有多年機(jī)械理論及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。