智能化制造在光學(xué)加工領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要：隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，它已在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。本文解釋了智能制造的含義和光學(xué)加工的特點(diǎn)，并指出了智能技術(shù)在現(xiàn)代光學(xué)加工中的需求。介紹了智能光處理技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題。最后，根據(jù)光學(xué)加工的發(fā)展趨勢(shì)，有必要建立一個(gè)涵蓋整個(gè)光學(xué)加工周期和所有生產(chǎn)要素的智能制造環(huán)境，提高光學(xué)加工管理能力，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：智能化制造;光學(xué)加工;自動(dòng)化

前言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷激烈，光學(xué)加工制造技術(shù)也面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。大口徑光學(xué)鏡的光學(xué)制造非常困難。在新形式下，對(duì)光處理技術(shù)和管理水平提出了更高的要求。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，光學(xué)加工領(lǐng)域必須運(yùn)用智能制造技術(shù)來獲得持續(xù)的突破和發(fā)展。

1 光學(xué)加工智能化的應(yīng)用現(xiàn)狀

中國對(duì)超精密加工設(shè)備的研究始于1960年代后期。近年來，在超精密加工方面，國內(nèi)相關(guān)單位開發(fā)了超精密加工機(jī)床，從加工設(shè)備擴(kuò)展到光學(xué)加工，但在設(shè)計(jì)層面上，新技術(shù)的應(yīng)用，制造工藝，性能穩(wěn)定性，可靠性，功能的完整性和精度指標(biāo)與國外商用機(jī)床仍有一定差距，需要大幅度提高。在超精密光學(xué)加工設(shè)備的研究中，已經(jīng)開發(fā)出各種精密拋光設(shè)備，例如CNC光學(xué)非球面加工機(jī)床，磁流變儀，離子束拋光機(jī)等。但是，在加工精度方面仍然有必要，加工口徑，工藝成熟度和穩(wěn)定性。進(jìn)一步提高。同時(shí)，整個(gè)光學(xué)制造過程的匹配環(huán)節(jié)也存在一定的問題。到目前為止，還沒有整套可用于工業(yè)化的大口徑非球面超精密加工設(shè)備和相應(yīng)的加工技術(shù)，這會(huì)影響整個(gè)工藝流程的完整性。并限制了中，大孔徑光學(xué)非球面元件的高效，高精度工程制造。

數(shù)字處理技術(shù)已經(jīng)在中國光學(xué)處理領(lǐng)域得到初步開發(fā)和應(yīng)用，并取得了一定的應(yīng)用效果。例如，在超聲輕量化銑削加工中已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)字化和自動(dòng)化的基礎(chǔ)研究。小型磨頭加工，智能機(jī)械手加工，離子束加工在硬件使用方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。高精度，高可靠性，高智能的處理測(cè)試設(shè)備，使每個(gè)過程都可以實(shí)現(xiàn)智能編程，仿真和自動(dòng)處理測(cè)試。

2 光學(xué)加工智能化發(fā)展方向以及所面臨的問題

2.1 發(fā)展方向

以“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”為主要指導(dǎo)思想，以國內(nèi)外先進(jìn)制造模式的經(jīng)驗(yàn)為基準(zhǔn)，結(jié)合集團(tuán)“航天制造2025”的要求，結(jié)合光學(xué)加工產(chǎn)品和先進(jìn)光學(xué)的特點(diǎn)該技術(shù)以精密光學(xué)加工為中心，以智能設(shè)備為核心，構(gòu)建智能制造流程，建立基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字仿真處理模式，建立基于制造過程控制和優(yōu)化的智能控制模式，形成了超精密加工。結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)化和信息化中心的精密光學(xué)智能制造。

在光學(xué)加工數(shù)字制造部門中，完成了五個(gè)主要目標(biāo)：智能決策，智能執(zhí)行，虛擬制造，智能生產(chǎn)和智能物流。研究表明，采用數(shù)字工廠技術(shù)可以減少生產(chǎn)過程計(jì)劃時(shí)間;減少設(shè)計(jì)修改并縮短產(chǎn)品發(fā)布周期，從而提高生產(chǎn)能力并降低生產(chǎn)成本。

2.2 面臨的問題

進(jìn)口的數(shù)字處理設(shè)備在一定程度上提高了生產(chǎn)效率和處理質(zhì)量，但缺乏匹配的有效制造過程管理和實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和分析以及物理處理之前的虛擬處理功能。因此，迫切需要開發(fā)軟實(shí)力并結(jié)合軟件和硬件。具體來說，仍然存在以下問題：

（1）全周期生產(chǎn)過程缺乏統(tǒng)一的監(jiān)控機(jī)制，缺乏對(duì)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，分析處理機(jī)制，導(dǎo)致生產(chǎn)過程信息的透明度不足，影響了車間精細(xì)化管理水平。

（2）車間規(guī)劃效率和資源利用率有待提高，過程質(zhì)量信息缺乏全面有效的控制。

（3）物流流程缺乏有效，安全的管理方法，影響了整個(gè)加工周期。

（4）虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的制造模式轉(zhuǎn)換不夠徹底，工藝設(shè)計(jì)仿真方法還不完善，虛擬制造方法尚未建立，仿真精度制約了生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。

（5）光學(xué)加工生產(chǎn)單位設(shè)備，材料與人員之間的信息交換尚未建立，信息流效率低下，影響了生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高。

3 針對(duì)光學(xué)加工智能化發(fā)展問題的解決對(duì)策

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能決策，人員，設(shè)備，物資等的實(shí)時(shí)管理，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)大數(shù)據(jù)分析，預(yù)警可能的問題和決策，從而使全周期生產(chǎn)過程成為動(dòng)態(tài)，透明，集中和可控制的管理模式。

（2）實(shí)現(xiàn)智能執(zhí)行，通過智能化的生產(chǎn)調(diào)度將車間現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃調(diào)整率降低到15%以下，提高生產(chǎn)調(diào)度的科學(xué)性和有效性，通過100%統(tǒng)一管理生產(chǎn)資源提高資源利用率，并獲得過程質(zhì)量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的有效管理，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作制造的實(shí)現(xiàn)以及精益生產(chǎn)管理模型的建立。

（3）開展虛擬制造技術(shù)的研究與應(yīng)用。在將單步過程仿真的精度提高50%以上的基礎(chǔ)上，提前實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的處理，并在虛擬環(huán)境中預(yù)先模擬處理過程和全鏈接過程以制作物理對(duì)象加工計(jì)劃，資源，物流等資源的整體布局更加科學(xué)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了工藝設(shè)定周期，節(jié)省了材料成本，節(jié)省了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期的30%。

（4）實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，采用智能化加工，仿真，測(cè)試，工裝和物流設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)傳感設(shè)備，數(shù)字終端，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)過程之間信息的互聯(lián)互通，加速信息流的速度。縮短生產(chǎn)周期。

（5）實(shí)現(xiàn)智能物流管理，實(shí)現(xiàn)從原材料采購，生產(chǎn)加工過程到成品倉儲(chǔ)的智能物流，優(yōu)化車間物流管理流程，確保裝卸安全，節(jié)省裝卸時(shí)間。

結(jié)論

光學(xué)元件的精密加工從全過程的角度分析了存在的問題，并提出建立一個(gè)涵蓋光學(xué)加工整個(gè)生命周期和所有生產(chǎn)要素的智能制造環(huán)境，從而可以從光學(xué)加工中實(shí)現(xiàn)制造管理模式。基于經(jīng)驗(yàn)的自動(dòng)化管理模式到定量化基于數(shù)據(jù)分析的智能閉環(huán)管理模式的轉(zhuǎn)換，過程設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)了從單元級(jí)物理模擬驗(yàn)證模式到全鏈接虛擬模擬驗(yàn)證模式的轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)了從工藝級(jí)單點(diǎn)操作模式到整個(gè)加工流程的轉(zhuǎn)換，具有完整的數(shù)據(jù)共享的操作模式轉(zhuǎn)換，從而增強(qiáng)了光學(xué)加工管理能力，提高了生產(chǎn)效率。

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作者簡介：肖博智，男，1974.1，漢族，本科，無職稱，研究方向：光學(xué)元器件。