智能制造與先進數控技術分析

岳偉先 于志山 李曉冉

（濱州職業學院，濱州 256600）

我國整體經濟的持續性發展，為制造業領域帶來了全新改變。一方面，基于“工業4.0”“智慧+”等一系列理念的應用，有效改變了當前制造業的發展格局，從產品設計、數控制造等一系列流程實現了現代化的管控目標。另一方面，借助現代化的技術發展趨勢，從智能制造和數控技術等層面逐步滲透，有效革新傳統產業的生產、加工模式，實現了產業智能化和創新化，有效推動了整個工業體系的蛻變。

1 智能制造和先進數控技術的基本論述

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產品的制造和加工，完成智慧生產的目標和訴求。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自主學習功能，利用強大的搜索能力和信息分析能力實現對產品制造功能的多 層解讀[1]。

數控技術是利用數字信息實現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、網絡通信技術以及光機電技術等內容實現現代技術的集成化，能夠滿足高精度、高效率及全自動等制造要求，在工業制造領域具有不可估量的意義和作用。先進數控技術是近年來數控技術的重要創新，集合制造加工技術和數字化控制系統，實現設備控制能力的進一步升級。特別是對于微米級、納米級等產品加工能力，有助于高效實現數控技術的產業升級和技術革新[2]。

2 智能制造和先進數控技術的發展現狀

智能制造雖然發展歷史較短，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業升級和技術升級，以此提升國內的制造業水平。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、分布智能系統控制以及快速產品實現的分布智能系統技術研究，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“工業智能工程”等創新理念，并且在智能機械人、無人駕駛及智慧交通等領域中展現出卓爾不凡的成效。“十四五”規劃的落實，進一步強化了對智能制造產業的重視，提高了對該領域的投資力度[3]。

先進數控技術是現代科學技術創新發展的重要內容，且隨著微電子、計算機等一系列內容的融合，實現了產業的爆發式增長。目前，美國、德國、日本是數控技術的引領者，無論是其產業技術的豐富程度還是產業發展的智能化水平都遠超其他國家。我國數控技術雖然起步較晚，但是隨著國家加大對數控技術的投入力度，自1979 年起成功實現了“彎道超車”。特別是在2010 年后，國內數控技術實現巨大的飛躍和創新，包括航天航空、國防軍工等領域。控制技術的有效升級帶動了整個產業鏈的蓬勃發展，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容，都得到了常態化的發展和建設[4]。

3 智能制造和先進數控技術的實踐應用

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，能夠對環境變化進行動態捕捉，有效實現海量信息的匯集和分析。結合量子測量技術、納米聚合物傳感技術及光纖傳感技術等，能夠實現穩定的感知效應。另一方面，新型傳感技術體現了智能制造技術的核心和重點，能夠對微弱信號進行動態捕捉，彌補了傳統傳感技術的缺失和空白[5]。

3.1.2 模塊化、嵌入式控制技術

基于現代工業制造的需求和標準，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、不同結構的軟件模塊進行匯總和融合，以微內核操作系統和開放式系統開展對應的功能設計，將語言組織系統、人機控制系統等內容進行關聯，實現系統功能的有效植入，并且設定系統的格式、環境、控制標準，以滿足工業智能制造的實際需求[6]。

3.1.3 先進控制和優化技術

智能制造領域中，工業產業的大規模數據分析和數據評估需要有序實現和開展，同時需要借助大型控制設備對各項數據的結論進行驗證和分析。數據的多樣性和內容的繁雜性，必然會增加數據分析的難度。借助先進控制技術和優化技術能夠識別和分析海量數據，降低數據計算的煩瑣程度，有效實現對數據信息的精細化管理。

3.1.4 系統協同技術

大型制造項目中，智能制造技術中的系統協同技術能夠進一步對系統方案的設定模式進行調節和分析，統一對應的操作界面和設計界面，將統一的工作序列進行規整和處理，提高處理速度和處理水平。協同處理技術是現代智能制造領域的重點，能夠實現多個功能模塊的統一化管理，提高制造設備的管理水平。圖1 為某工廠制造領域協同技術的應用現場。

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的檢測和分析能夠有效實現設備運行問題智能檢測，包括遠程檢測技術、故障檢測技術、狀態分析技術、自動調控技術、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，而且能夠為后續的設備維護提供必要的參考。

3.1.6 即時通信網絡技術

即時通信網絡技術主要解決網絡系統傳輸的連續性和高效性，既要保障數據傳輸通道的暢通和穩定，又要降低數據的延遲概率，實現數據信息無縫銜接。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，能夠改善網絡信息數據的傳輸效果，提高信息傳輸的水平和質量。

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，實現對安全性、功能性、價值性的多元檢測，有效助力設備后續的改進和升級，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運行問題，實現設備相關數據的有效提升。

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展。以光刻機為例，它是現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業中尚處于空白，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為某企業智能制造的識別技術設備。

3.2 新進數控技術的實踐應用

新進數控技術的實踐應用主要在制造行業、信息行業、醫療設備行業以及軍事行業中應用廣泛。以制造行業為例，它是數控技術最早的應用領域。數控技術主要肩負產品研發以及設備加工、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控技術的應用重點。數控技術還能夠實現焊接、裝配及噴涂等操作，能夠對設備進行自動切割等，滿足設備加工的多種需求。

在信息行業，先進數控技術結合計算機網絡、通信技術、衛星遙感技術及遙控技術等一系列內容實現對納米級、微米級的技術加工，有效助力芯片產業光刻機產業等設備的加工和制造，是現代信息行業發展的重要基礎。先進的數控技術能夠不斷進行產業的技術革新，提高產業的加工水平。以芯片產業為例， 3 nm 的芯片產業是目前國際領域的行業先驅，預計在2025 年前預計突破1 nm 的芯片制造技術，實現信息行業質的蛻變。

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

在軍事裝備領域，數控技術的應用為傳統的軍事裝備領域提供了新的技術創新，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控技術，是國際領域的先進技術。

4 結語

智能制造與先進數控技術對于我國經濟產業的發展發揮了不可估量的作用，借助二者的創新性和實踐作用，能夠在多個領域發揮關聯作用，激發各個產業蓬勃發展，促進行業革新蛻變，實現我國智能制造領域的騰飛。