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智能制造論文范文第1篇

1.1PLC、壓力傳感器與溫度傳感器的選型基于生產(chǎn)成本和功能等因素的考究，決定采用晶體管型西門子PLC，型號為西門子S7-200CPU224XPDC/DC/DC的繼電器輸出型，滿足本文低壓鑄造控制系統(tǒng)設計的轉(zhuǎn)換精度要求[4]。由于PLC模型選用的是晶體管型PLC，出于高溫測量穩(wěn)定性和安全性因素考慮，決定采用西門子壓力傳感器QBE9000-P16?？紤]低壓鑄造的實際生產(chǎn)狀況和測量精度的要求，溫度傳感器決定采用PT100鉑熱電阻溫度傳感器[5]。

1.2電磁閥、比例閥與觸摸屏的選型查閱電磁閥相關(guān)資料，決定采用廣泛用于鋼鐵冶金，石油化工，礦山電力機械等各種氣動系統(tǒng)中的HOPE77系列氣動換向電磁閥。該系統(tǒng)比例閥要求調(diào)節(jié)和切斷雙重功能，本文采用可靠性高和噪聲小的萬訊QSTP智能電動引進單座高性能調(diào)節(jié)閥，是一種可以顯示連續(xù)控制的氣動調(diào)節(jié)閥，兼具智能控制和PID的相關(guān)功能。觸摸屏選擇靈敏度高、穩(wěn)定的、無漂移操作、串口觸摸接口和內(nèi)部電源取電的ETWOTOUCH19英寸開放式觸摸屏顯示器。

2控制系統(tǒng)軟件設計

2.1實時智能專家系統(tǒng)本文采用G2實時專家系統(tǒng)作為低壓鑄造生產(chǎn)的智能決策系統(tǒng)，圖2為基于G2實時智能專家系統(tǒng)的低壓鑄造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。首先將低壓鑄造生產(chǎn)工藝規(guī)范與質(zhì)量標準輸入到G2實時專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過G2專家系統(tǒng)的NeurOn-Line，快速構(gòu)建和部署關(guān)于低壓鑄造生產(chǎn)過程中的鑄造工藝歷史數(shù)據(jù)和規(guī)范的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并進行訓練，獲取到鑄造產(chǎn)品質(zhì)量與鑄造工藝生產(chǎn)條件之間的某種關(guān)聯(lián)關(guān)系，及時的根據(jù)實時反饋的鑄造生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)條件進行智能改善和控制，以改進并完善原有的鑄造工藝方案，幫助鑄造工藝設計人員更好的預測、控制和優(yōu)化低壓鑄造復雜的工藝過程。應用智能專家系統(tǒng)于低壓鑄造生產(chǎn)的優(yōu)點在于：①通過連續(xù)的、即時的虛擬鑄造產(chǎn)品質(zhì)量，測量獲得質(zhì)量一致性的鑄造產(chǎn)品；②通過精細鑄造生產(chǎn)產(chǎn)品等級來調(diào)節(jié)鑄造生產(chǎn)嚴格遵守生產(chǎn)規(guī)范，減小產(chǎn)品偏離生產(chǎn)工藝與質(zhì)量規(guī)范而造成產(chǎn)品報廢；③在加工能力和能源消耗等約束條件下，優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)濟，并且不會影響產(chǎn)品質(zhì)量；④自動診斷和解決那些費時費力和需要推理的網(wǎng)絡問題，迅速斷定問題的根源[6]。

2.2PLC控制系統(tǒng)設計根據(jù)低壓鑄造模擬電壓輸入模擬量U-T工藝過程輸出曲線編制PLC控制模塊程序。圖3是模擬電壓U-t曲線，包括充型，結(jié)殼，增壓，保壓和降壓等幾個鑄造工藝過程。PLC模塊利用224XP模擬輸入輸出接口，需要通過編制相對應的程序調(diào)節(jié)電源電流來控制比例調(diào)節(jié)閥流量，從而使鑄造過程依據(jù)該曲線進行響應的動作。根據(jù)低壓鑄造模擬電壓U-t工藝歷程曲線，設計如圖4所示的低壓鑄造PLC控制模塊程序設計，在step7軟件上編寫PLC梯形圖，程序如圖5所示。在通訊連接中，將串口連接到拓撲結(jié)構(gòu)窗口，建立HMI與PLC模塊間的通訊參數(shù)。可以通過觸摸屏對低壓鑄造智能專家系統(tǒng)鑄造參數(shù)的預設值進行設定，詳見圖6。點擊開始按鈕觸發(fā)跟蹤預設，得到實時跟蹤過程仿真截圖，每一次取樣周期結(jié)束時，新的結(jié)果數(shù)據(jù)會從PLC讀出來，并在趨勢圖上進行顯示，這樣顯示結(jié)果具有實時性，如圖7所示的模擬結(jié)果顯示所設計的基于智能控制策略的低壓鑄造控制系統(tǒng)具有很好的實時性、準確性和可靠性。

3小結(jié)

智能制造論文范文第2篇

想象力是人類運用儲存在大腦中的信息進行綜合、分析、推斷和設想的思維能力。在電磁感應現(xiàn)象的教學中，我給學生提了這樣一個問題：既然電流能夠產(chǎn)生磁場，反過來，磁場是否也能產(chǎn)生電流呢？接著我給學生做了一個引導思路的演示實驗：將一根銅線直接繞在條形磁鐵上，銅線的兩端接入檢流計。結(jié)果：無電流產(chǎn)生。此實驗吸引了學生的注意，絕大多數(shù)學生自覺進入思考狀態(tài)，他們會這樣想：有了磁場不一定就有電流產(chǎn)生，那么，怎樣才能得到電流呢？學生的精神狀態(tài)使我想到引導他們發(fā)揮想象的時機已經(jīng)成熟。我又提出了一個問題：假定在剛才的演示實驗中有電流產(chǎn)生，我們將會得出什么結(jié)論？給學生發(fā)揮想象的空間和時間之后，我又引導學生作了如下的推演：假定導體中有電流，那就有電能，電能從何而來，憑空產(chǎn)生。至此，絕大多數(shù)學生就會產(chǎn)生這樣的想法：既然能量不能憑空產(chǎn)生，要得到電流，必須有其它形式的能量向電能轉(zhuǎn)化。此時，我再做課本上電磁感應現(xiàn)象的實驗，很順利地完成了本節(jié)教學任務。通過學生作業(yè)反饋得知，學生對電磁感應理解較為深刻，能較好地應用電磁感應原理。創(chuàng)立具有創(chuàng)造氣氛的情景，恰當設置問題——情境，讓學生充分發(fā)揮想象，調(diào)動其學習的積極性和主動性。

二、利用一題多解，培養(yǎng)發(fā)散思維能力。

有許多物理問題，可以從不同角度，不同方向去思考。有著多種解題途徑。通過比較選出最合理、最簡潔的思路，使學生的發(fā)散思維能力得到訓練。

例：在與磁場垂直的平面內(nèi)放一矩形金屬框，框的一邊AB可緊靠著框架無摩擦地活動。如果AB邊質(zhì)量為m，長度為L，AB邊有效電阻是R（框的其它邊的電阻忽略不計），磁感應強度為B。求當AB邊勻速下落時，它的下落速度是多大？（以上各量均為國際制單位）。本題對職高學生來說，難度較大，作為課堂例題，我引導學生用兩種方法完成。

附圖

〔解法一〕（學生一般只會想到此法）

a.分析受力：如附圖所示F為安培力

b.運動分析：mg＞F時，作加速運動，速度越來越大、F也越來越大，F(xiàn)＝mg時作勻速運動。

于是可由下列方程聯(lián)立求解

ε

ε＝BLV①I＝─②F＝BIL③

R

mgR

mg＝F④解之得：V＝────

B[2]L[2]

解法一完畢之后，我提醒學生能否從能量角度來解答這道題。

提示：勻速運動時，能量轉(zhuǎn)化有何特點？引導分析：勻速運動時，動能不變，重力勢能不斷減少，轉(zhuǎn)化為電能。

〔解法二〕：AB勻速運動時，由于重力勢能的減少全部轉(zhuǎn)化為電能，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化及其守恒有：

ε[2]B[2]L[2]V[2]

mgv＝─＝────────

RR

mgk

V＝────

B[2]L[2]

通過長期一題多解的訓練，學生的發(fā)散思維能力必然會有所長進。

三、加強直觀教學，發(fā)展直覺思維。

所謂直覺思維是指不經(jīng)過一步一步分析而突如其來的領悟或理解。心理學家認為，它是創(chuàng)造性思維活躍的一種表現(xiàn)，是發(fā)明創(chuàng)造的先導。也是百思不解之后，突然獲得的碩果，在創(chuàng)造發(fā)明過程中具有重要的地位，物理學中的很多定律是通過直覺思維獲得的。加強實驗教學，使學生建立直觀的思維形象，有利于接受知識和直覺思維能力的培養(yǎng)。首先要重視演示實驗，因為演示實驗能使學生對新知識有感性、直觀的認識，如在講到自感現(xiàn)象時，就要做好課本上的兩個演示實驗，通過實驗可以看出，當導體中的電流發(fā)生變化時，導體本身就產(chǎn)生了感生電動勢，這個電動勢總是阻礙導體中原來電流變化的；講到電流的磁效應，要做好奧斯特實驗，通過小磁針的偏轉(zhuǎn)，直觀地說明了電流能夠產(chǎn)生磁場。有實驗為基礎，學生就很容易理解。其次，要充分重視學生實驗，能做的實驗要堅決做，通過學生親手做實驗，在動手能力提高的同時，也激發(fā)了學生的求知欲，增強了學習物理的濃厚興趣，為直覺思維能力的提高創(chuàng)造了有利條件。

四、激發(fā)學生強烈的求知欲望，積極發(fā)展創(chuàng)造性思維。

古希臘哲學家柏拉圖和亞里士多德認為：積極的創(chuàng)造思維，往往是在人們感到“驚奇”時，在情感上燃燒起來對這個問題追根究底的強烈的探索興趣時開始的，因此，要激發(fā)學生創(chuàng)造性學習的欲望，首先就必須使他們具有強烈的求知欲。

1.采用問題教學法，引起學生需要。例如，我在講變壓器時，提出這樣的問題：現(xiàn)有用電設備，電動機額定電壓380V或220V，照明電路和家用電器額定電壓220V，機床照明只需36V以下電壓，電子設備中還需多種電壓，而高壓輸電則需要用110KV或220KV，如果采用許多輸出電壓不同的發(fā)電機來給它們分別供電，存在什么問題？言語不多，卻象磁石一般吸引住了學生，使他們的學習動機由潛伏狀態(tài)轉(zhuǎn)入活躍狀態(tài)，調(diào)動了學生的學習積極性，激發(fā)了求知欲。

智能制造論文范文第3篇

關(guān)鍵詞：機械制造；智能化技術(shù)；體系

一、機械制造技術(shù)的發(fā)展

在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，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時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體。機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1性能發(fā)展方向

(1)高速高精度高效化。

速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化。

包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大?？刹眉粜詮?，便于滿足不同用戶的需求；群拉系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。

(3)工藝復合性和多軸化。

以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工。正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。

(4)實時智能化。

早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展。由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。

2.2功能發(fā)展方向

(1)用戶界面圖形化。

用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前Internet、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術(shù)，也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。

(2)科學計算可視化。

科學計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語育表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數(shù)自動設定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

(3)插補和補償方式多樣化。

多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償?shù)取?/p>

(4)內(nèi)裝高性能PLC。

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序?qū)崅?cè)，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

(5)多媒體技術(shù)應用。

多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領域。應用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。

2.3體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

(1)集成化。

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度，應用LED平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點?？蓪崿F(xiàn)超大尺寸顯示。應用先進封裝和互連技術(shù)，將半導體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進性能，減小組件尺寸，掘高系統(tǒng)的可靠性。

(2)模塊化

硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標準化，根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

(3)網(wǎng)絡化

機床聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作，通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。

智能制造論文范文第4篇

論文摘要：智能制造是當今世界制造業(yè)的重要發(fā)展方向，它在全球范圍內(nèi)都得到了廣泛的應用和研究。文章從對智能制造的定義開始，介紹了智能制造的概念以及智能制造系統(tǒng)的特點及應用，然后通過分析智能制造在國內(nèi)外的發(fā)展，結(jié)合我國實際情況介紹了智能制造在我國的發(fā)展趨勢。

1智能制造簡介

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。以智能制造技術(shù)（Intelligent Manufacturing Technology，IMT）為基礎組成的系統(tǒng)叫做智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing System，IMS），它具有以下特征:

①具有獲取信息并以此來決定自身行為的能力。要具有獲取信息并以此來決定自身行為的能力，也就是需要智能系統(tǒng)對信息具有一定的分辨能力，這要求系統(tǒng)的模型必須建立在相應的知識庫上，系統(tǒng)運用知識庫來決定自身行為。

②實現(xiàn)人機一體化。實現(xiàn)人機一體化就是使人和智能機器在制造過程中相互協(xié)作，在此系統(tǒng)中不能把人間單的當作操作者來看待，要意識到此時人和智能機器是平等的，可以認為他們是為了完成某些項工作而進行合作的兩個個體，他們需要做的就是運用各自的特長來完成任務。

③擁有學習能力和自我維護能力。產(chǎn)品制造是在不斷發(fā)展和變化的，因此在制造過程中所需要的知識也不斷的增加，同時在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)故障，為了更好的適應社會對產(chǎn)品制造的要求，需要智能制造系統(tǒng)擁有學習能力和自我維護能力。

智能制造在現(xiàn)代制造業(yè)中應用廣泛，主要包含產(chǎn)品智能設計、加工過程智能監(jiān)控、產(chǎn)品在線智能測量、機器故障智能診斷、制造系統(tǒng)的知識處理與信息處理、制造系統(tǒng)的智能運行管理與決策等方面。

2智能制造在中國制造業(yè)的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2.1國內(nèi)外智能制造的發(fā)展狀況

自20世紀80年代智能制造提出以來，世界各國都對智能制造系統(tǒng)進行了各種研究，首先是對智能制造技術(shù)的研究，然后為了滿足經(jīng)濟全球化和社會產(chǎn)品需求的變化智能制造技術(shù)集成應用的環(huán)境——智能制造系統(tǒng)被提出。智能制造系統(tǒng)是1989年由日本提出的，隨后還于1994年啟動了先進制造國際合作項目，包括了公司集成和全球制造、制造知識體系、分布智能系統(tǒng)控制、快速產(chǎn)品實現(xiàn)的分布智能系統(tǒng)技術(shù)等[1]。近年來，各國除了對智能制造基礎技術(shù)進行研究外，更多的是進行國際間的合作研究。 　在我國對智能制造的研究也早在上世紀八十年代末就已開始。在最初的研究中在智能制造技術(shù)方面取得了一些成果，而進入21世紀以來的十年當中智能制造在我國迅速發(fā)展，在許多重點項目方面取得成果，智能制造產(chǎn)業(yè)也初具規(guī)模。總的來說我國在智能制造方面的發(fā)展是不錯的，近年來國家和各大制造企業(yè)對智能制造的發(fā)展也越來越重視，越來越多的研究項目成立，研究資金也大幅增長。

2.2智能制造在我國的發(fā)展趨勢

在我國制造業(yè)未來的發(fā)展中，智能制造必將扮演更加重要的角色。我國必將由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，這就要求我國制造業(yè)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)化，這就要求我們必須控制能源消耗的增長，而通過智能制造系統(tǒng)能夠更加充分的利用原材料，有助于我國制造業(yè)向集約型轉(zhuǎn)化。要發(fā)展好智能制造，我們首要的任務是盡快建立起智能制造的理論體系，理論體系是整個智能制造的基礎，也是全面發(fā)展智能制造的前提。在建立理論體系的同時技術(shù)體系也要相應的建立起來，智能制造系統(tǒng)是以智能制造技術(shù)為基礎建立起來的，它以智能制造技術(shù)為基石。最后，結(jié)合我國制造業(yè)實際情況，建立符合我國制造業(yè)發(fā)展需要的特色智能制造系統(tǒng)。

3結(jié)語

隨著全球制造業(yè)的發(fā)展，智能制造也將隨之不斷發(fā)展，這是制造系統(tǒng)由能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型所帶來必然的結(jié)果。在這個全球化的智能制造浪潮中，我國當然也不落人后，我國一些高等院校已進行相關(guān)研究，隨著國家和各大制造企業(yè)對智能制造的認識加深，相信將會有越來越多的人力物力將會投入智能制造的研究當中，最終得以在全國范圍形成濃厚的研究氛圍，國家、企業(yè)、高校之間相互合作，統(tǒng)籌規(guī)劃、集中優(yōu)勢，最終形成符合我國制造業(yè)發(fā)展的智能制造系統(tǒng)。

智能制造論文范文第5篇

（安徽省新技術(shù)推廣站，合肥 230061）

摘要：我國制造業(yè)規(guī)模居世界第一位，但大而不強，能力過剩和結(jié)構(gòu)性短缺反差強烈，高端裝備的核心、關(guān)鍵零部件受制于人，成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級瓶頸。國內(nèi)大部分企業(yè)以傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已達到極限水平，難以滿足高端裝備對核心、關(guān)鍵零部件的精密、小體積、高靠性等要求。信息技術(shù)與制造業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、深度融合正在引領制造業(yè)向智能制造變革。

本文以提高零部件的裝配精度為切入點，探索在現(xiàn)有加工設備的條件下，利用成熟的精密測量、數(shù)據(jù)存儲和計算機軟硬件等技術(shù)，以傳統(tǒng)選配工藝和全零件測量數(shù)據(jù)為基礎，解決傳統(tǒng)選配方案憑經(jīng)驗和判斷性測量，難以確定本企業(yè)最優(yōu)分組數(shù)和最佳裝配精度，實現(xiàn)企業(yè)的制造工藝向擁有核心靈魂的原始創(chuàng)新跨越，突破高端裝備核心、關(guān)鍵零部件的制造瓶頸。

關(guān)鍵詞 ：高端裝備核心零部件; 性能; 裝配精度; 集成創(chuàng)新

收稿日期：2015-06-30，修回日期：2015-08-04

作者簡介：楊成，男，安徽省新技術(shù)推廣站推廣二室主任。上海交通大學機械制造及工藝專業(yè)畢業(yè)，長期從事企業(yè)信息化和技術(shù)創(chuàng)新體系建設的推廣工作。對企業(yè)信息化和技術(shù)創(chuàng)新體系建設內(nèi)容、步驟及實施方法論有一定造詣，形成了一套數(shù)據(jù)分析、建模及異常數(shù)據(jù)模型優(yōu)化的方法論，主持編制了安徽省地方標準《中小企業(yè)成長性評價》（DB34/T 2330 ～ 32）。

1 裝備制造轉(zhuǎn)型升級的瓶頸和機遇

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。經(jīng)過幾十年快速發(fā)展，我國制造業(yè)規(guī)模躍居世界第一位，但制造業(yè)大而不強，總體仍處于國際分工和產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，尤其在經(jīng)濟增速放緩以及市場需求下降的今天，高端裝備核心、關(guān)鍵零部件為發(fā)達國家所掌控，受制于人的矛盾會愈發(fā)突出，能力過剩和結(jié)構(gòu)性短缺反差強烈，加劇了產(chǎn)業(yè)“國退洋進”風險，嚴重制約了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，是制造業(yè)“由大變強”的瓶頸。如挖掘機的液壓系統(tǒng)和發(fā)動機兩項組成的核心零部件就占成本的42%，工業(yè)機器人三大核心零部件減速器、控制器和伺服電機占成本的75%，市場份額占據(jù)了國內(nèi)70% 以上，且外商憑借市場壟斷制定了大量“霸王條款”，要求國內(nèi)企業(yè)提前訂貨期，甚至延長訂單交貨期等，嚴重影響了行業(yè)正常生產(chǎn)秩序。

當前，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革?；谛畔⑾到y(tǒng)的智能裝備、數(shù)字車間和智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革?？珙I域、跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，為高端核心、關(guān)鍵零部件等重點領域關(guān)鍵共性技術(shù)的突破提供了新的路徑。本文以提高零部件裝配精度為切入點，將現(xiàn)代精密測量、大數(shù)據(jù)存儲計算與傳統(tǒng)的選配工藝融合，探索跨領域跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的新路徑。

2 改善零部件裝配精度的理論思考

高端裝備的核心、關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)復雜、精密度高，且要求體積小、重量輕、噪音低、振動小、可靠性高、運行平穩(wěn)和壽命長。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對產(chǎn)品的性能指標提出了越來越高的要求。在制造上，業(yè)內(nèi)基本是提高零件的加工精度或裝配精度來解決。作為本身精密度要求極高的產(chǎn)品，大部分零件的加工精度己經(jīng)達到了當前生產(chǎn)設備的極限水平。如果再提高零件的加工精度，勢必要對加工設備更新?lián)Q代，這將使生產(chǎn)成本以指數(shù)級增加，如沒有批量和高技術(shù)工人保障，不具有可行性。在現(xiàn)有的生產(chǎn)設備的條件下，調(diào)整裝配工藝是可行的途徑。

對傳統(tǒng)手工模式而言，調(diào)整精密產(chǎn)品的裝配工藝難度極高。一方面，精密產(chǎn)品零件數(shù)量多、精度高，且零件間配合關(guān)系復雜，任何細微差錯都會體現(xiàn)在產(chǎn)品的最終性能上；另一方面，調(diào)整選配方案，無論是方案設計、驗證工作量，還是執(zhí)行過程中的測量、保管、運輸和分組等工作量都將呈指數(shù)倍增加。隨著高精度檢測、計算機和存儲技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡化、數(shù)字化和智能化閉環(huán)制造系統(tǒng)成為高端制造的發(fā)展方向，制約選配方案優(yōu)化的零件檢測量、檢測精度、人工分組計算驗證工作量和生產(chǎn)成本等制約因素得到了很大改善。

3 關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 傳統(tǒng)的裝配工藝

（1）機械裝配。

按照設計的技術(shù)要求，實現(xiàn)機械零件或部件的連接，組合成機器。機械裝配是機器制造的重要環(huán)節(jié)，裝配工作的好壞對機器的效能、修理的工期、工作的勞力和成本等都起著非常重要的作用。零件的裝配有互換、選配、修配和調(diào)整4 種配合方法，批量生產(chǎn)主要是互換法和選配法。

（2）互換法。

裝配的同一種零件能互換裝入。零件加工公差要求嚴格，它與配合件公差之和應符合裝配精度要求，裝配質(zhì)量穩(wěn)定可靠，裝配過程簡單，裝配效率高，易于實現(xiàn)自動裝配,便于組織流水作業(yè)，產(chǎn)品維修方便，主要適用于生產(chǎn)批量大的產(chǎn)品。但是對設備精度要求較高，尤其組成環(huán)數(shù)較多時，組成環(huán)的制造公差規(guī)定得嚴，零件制造困難，加工成本高。

（3）選配法。

對于組成環(huán)數(shù)少而裝配精度又要求特別高的機器結(jié)構(gòu)，為了提高加工經(jīng)濟性，將精度高的零件的加工公差放寬,然后按照實際尺寸的大小分成若干組, 使各對應的組內(nèi)相互配合的零件仍能按配合要求實現(xiàn)互換裝配。特點：①零件的制造精度不高，卻可獲得很高的裝配精度；②組內(nèi)零件可以互換，裝配效率高；③憑經(jīng)驗和判斷性測量來分組，在很大程度上取決于人的技術(shù)水平，不易準確控制裝配精度；④零件的分組數(shù)不宜太多，否則會因零件測量、分類、保管和運輸工作量的增大而使生產(chǎn)組織工作變得相當復雜；⑤難以控制各組零件數(shù)完全匹配，多余零部件浪費大。

3.2 數(shù)字化精密量具的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

數(shù)字化測量是高端制造的關(guān)鍵技術(shù)。高環(huán)境適應性、亞微米、納米級測量儀器從計量室進入生產(chǎn)現(xiàn)場，為高端制造網(wǎng)絡化、數(shù)字化和智能化奠定了的基礎。

（1）數(shù)字化量具發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。

在生產(chǎn)實踐中，根據(jù)普通的工件精度要求，一般使用直尺、游標卡尺和千分尺等測量工具數(shù)字顯示已基本普及，位移傳感器的測量精度從微米量級向納米量級提升已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。Heindenhain、日本三豐及SONY 等國外公司近年來都相繼推出精度達到納米級的光柵式長度計，北京標普公司采用了有自主知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)的SGG-01 型0.1 納米測長儀, 分辨力達0.1nm，示值誤差±（3+0.03L）nm。

量具基本都有數(shù)據(jù)通訊接口，但這些測量手段的準確率和效率往往與操作者的經(jīng)驗和工作態(tài)度有關(guān)，難以滿足一些現(xiàn)代化生產(chǎn)制造場合的高效的在線100％檢測要求，同時測量的數(shù)據(jù)極少在線存儲。

（2）機器視覺引領高精度尺寸測量。

基于機器視覺的檢測技術(shù)，以其自動化、非接觸、高可靠性和多工件多尺寸（長度、距離、角度、形狀和位置）高精度測量，不受操作者的疲勞度、責任心和經(jīng)驗等因素影響的特點，在國內(nèi)外制造業(yè)得到了深入研究和廣泛應用。測量儀從檢驗室進入車間、對生產(chǎn)現(xiàn)場零部件100%檢測成為發(fā)展趨勢。目前機器視覺測量精度已經(jīng)達到亞微米級以上，能夠滿足絕大部分高精度零部件的檢測要求。

德國MAHR 公司、瑞士TESA 公司和日本三豐公司等三維視像測量系統(tǒng)，儀器分辨力0.01μm，測量精度XY 軸（0.3+L/1000）μm，Z 軸（1+2L/1000）μm。國內(nèi)西安愛德華、東莞萬濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也有類似產(chǎn)品，貴陽新天光電公司的儀器測量精度達到（1.0+L/100）μm。

3.3 數(shù)據(jù)存儲發(fā)展現(xiàn)狀與演變趨勢

數(shù)據(jù)存儲是增長最快的半導體技術(shù)。每12 到18 個月，存儲能力就會提升一倍。如今，臺式機硬盤存儲容量最高可達4TB，這意味著能裝下1 萬張照片或562 個小時的高清視頻。硬盤制造商希捷表示，到2020 年，熱輔助磁記錄技術(shù)將給世界帶來60TB 臺式機硬盤，足夠存儲12 萬張照片或6,750 小時高清視頻。

與有著60 年悠久歷史的硬盤驅(qū)動器技術(shù)不同，NAND 閃存技術(shù)還很年輕，有很大的發(fā)展提升空間。如今，NAND 閃存的存儲能力以每年175% 的速度增長。

MicroSD NAND 存儲卡的體積比指甲還小，存儲容量卻超過100 億字節(jié)。

大數(shù)據(jù)時代，云存儲(Cloud Storage) 應運而生。與傳統(tǒng)存儲設備相比，云存儲不再僅是一個硬件，而是一個由網(wǎng)絡設備、存儲設備和應用軟件等多個部分組成的復雜系統(tǒng)?！霸拼鎯深嵏泊疟P陣列所代表的傳統(tǒng)存儲需求。”基于x86 服務器的分布式存儲系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)和閃存的廣泛普及，以及軟件定義的存儲技術(shù)等，都使云存儲能夠以更低的成本快速向前發(fā)展。數(shù)據(jù)量的大小由TB 級增長至PB 級，云環(huán)境下的大數(shù)據(jù)存儲成為未來的發(fā)展趨勢。

4 大數(shù)據(jù)環(huán)境下的選配工藝技術(shù)實現(xiàn)

4.1 前期準備

（1）建立機器視覺檢測線或利用現(xiàn)有數(shù)字化量具100% 測量加工零件精度，并在線存儲，建立全部零件加工精度數(shù)據(jù)庫，積累海量的零部件精度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，找到各零件基本尺寸、公差和偏差穩(wěn)定的分布概率。

（2）制定產(chǎn)品精度提升的目標，確定組成環(huán)零件組的基本尺寸、偏差和配合公差，按照產(chǎn)品裝配圖進行數(shù)字裝配，仿真運行，檢查、驗證驗證各組成環(huán)精度可行性；并根據(jù)裝配合格率、零件剩余率和生產(chǎn)效率，建立優(yōu)化模型，經(jīng)反復優(yōu)化，確定加工零件分組數(shù)和選配公差。

（3）預測投入產(chǎn)出，確定建立數(shù)字化檢測線和自動分揀生產(chǎn)線的可行性。

4.2 過程優(yōu)化

（1）建立數(shù)字化檢測線和自動分揀生產(chǎn)線，保證零件加工精度100% 的記錄和存儲。

（2）實施基于物聯(lián)網(wǎng)的庫房庫位管理，對全部零部件可識別分類包裝。庫管人員只需將生產(chǎn)指令、數(shù)量輸入電腦，系統(tǒng)會自動匹配各組別零件的庫存數(shù)量，選擇最佳的組別，并將所需零部件從庫位上取出，送往裝配車間。

（3）詳細記錄每個產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，建立產(chǎn)品可追溯檔案；盡可能多地收集客戶對產(chǎn)品的滿意度，對客戶返廠產(chǎn)品進行質(zhì)量分析和記錄。

（4）按照裝配合格率、零件剩余率、生產(chǎn)效率、客戶滿意度和返廠產(chǎn)品質(zhì)量等因素，準確及時掌握工藝系統(tǒng)的工作狀態(tài)和誤差變化趨勢，持續(xù)完善優(yōu)化模型、優(yōu)化加工零件選配公差和分組數(shù)

（5）產(chǎn)品升級。利用國家的扶持政策，充分發(fā)揮科研機構(gòu)理論研究優(yōu)勢，構(gòu)建經(jīng)實踐驗證的產(chǎn)品全生命周期的大數(shù)據(jù)平臺，研究全生命周期數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型及現(xiàn)場運行過程檢測技術(shù)、面向故障與效率的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，形成面向產(chǎn)品的海量實踐數(shù)據(jù)和理論研究深度融合的產(chǎn)學研合作，實現(xiàn)產(chǎn)品從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創(chuàng)新跨越。

5 大數(shù)據(jù)環(huán)境下的選配工藝的意義

5.1 低投入、高產(chǎn)出，突破制造業(yè)“由大變強”的瓶頸增加的檢測、工藝優(yōu)化和分揀設備的投入，相對研發(fā)試制高端裝備核心、關(guān)鍵零部件巨額的研發(fā)成本微不足道。零部件制造廠商轉(zhuǎn)換產(chǎn)品升級換代觀念，走從中低端向中高端的策略，即企業(yè)以現(xiàn)有滿足主機廠中低端產(chǎn)品，通過優(yōu)化裝配工藝，主動提高產(chǎn)品的性能指標，必然完全滿足主機廠中低端產(chǎn)品的要求，一方面使主機廠用戶在原機型無障礙采用，經(jīng)一段時間應用后，以“實效”樹立主機廠的信心，逐步推動主機廠在高端機型的核心、關(guān)鍵零部件上應用；另一方面，零部件制造廠商通過海量數(shù)據(jù)的積累，不斷優(yōu)化裝配工藝，形成具有真正靈魂的、穩(wěn)定的、難以模仿的工藝，保證產(chǎn)品的性能質(zhì)量，形成經(jīng)濟增長新動力，塑造國際競爭優(yōu)勢。

5.2 效益驅(qū)動，推動零部件制造廠商智能工廠建設

通過零部件制造廠商將新一代信息技術(shù)與裝配過程融合，建立零部件加工精度和裝配過程的數(shù)字化——建設數(shù)字化裝配車間，形成的產(chǎn)學研合作經(jīng)驗，其成果可有效樹立企業(yè)兩化深度融合的信心，推動企業(yè)進一步推進信息技術(shù)與制造過程深度融合，建立從毛坯、粗加工、熱處理、精加工、毛刺和飛邊清理打磨等到零件加工全過程的數(shù)字化，并在海量數(shù)據(jù)積累的基礎上，持續(xù)優(yōu)化改造現(xiàn)有加工工藝流程，在有限的設備投入下，實現(xiàn)零件的加工精度或裝配精度雙向提高——建設智能工廠，全面提升企業(yè)的資源配置優(yōu)化、實時在線優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細化和智能決策科學化水平，新一輪產(chǎn)業(yè)競爭中，搶占智能制造這一制高點。

5.3 零件精度分組工藝不可復制，成功經(jīng)驗可推廣

基于企業(yè)個性化設備和人員加工出零部件海量精度數(shù)據(jù)的概率分布，并根據(jù)裝配合格率、零件剩余率、生產(chǎn)效率、客戶滿意度和返廠產(chǎn)品質(zhì)量等因素，確定組成環(huán)分組數(shù)，每組零件的基本尺寸、配合公差等工藝參數(shù)和優(yōu)化模型是企業(yè)產(chǎn)品的核心靈魂，同行企業(yè)簡單復制無效，也就是企業(yè)的核心知識沉淀不可復制，可以有效保護企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。本文以提高裝配精度為切入點，技術(shù)創(chuàng)新上，需要將現(xiàn)代精密測量、大數(shù)據(jù)存儲計算與傳統(tǒng)的選配工藝融合，實施跨領域跨行業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，企業(yè)可完成海量的數(shù)據(jù)采集和存儲，提出客戶的要求，大量的理論研究、數(shù)字仿真、模型提煉優(yōu)化等研究工作，企業(yè)不具優(yōu)勢，勢必要引進專業(yè)研究機構(gòu)，進行產(chǎn)學研合作。因此，通過項目實施，總結(jié)出的實施方法論，采用的檢測設備，數(shù)字仿真軟件、優(yōu)化模型規(guī)則的提煉方法等，以及形成的專家團隊，可在行業(yè)內(nèi)共享，推動行業(yè)內(nèi)企業(yè)從模仿設計向擁有核心靈魂的原始創(chuàng)新跨越。

6 結(jié)語

我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，經(jīng)濟增速放緩，市場需求下降，資源和環(huán)境約束不斷強化，勞動力等生產(chǎn)要素成本不斷上升的環(huán)境下，整機生產(chǎn)企業(yè)在核心、關(guān)鍵零部件受制于人的背景下，難以繼續(xù)通過內(nèi)部挖潛以及產(chǎn)品提價等方式部分的轉(zhuǎn)嫁上游供貨商提高配件價格產(chǎn)生的高成本，維持較穩(wěn)定的盈利能力；而新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，基于信息物理系統(tǒng)的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。以市場需求為導向，利用相關(guān)領域的創(chuàng)新成果，通過創(chuàng)新鏈的資源配置，實施跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，建立以企業(yè)為主體，政產(chǎn)學研用相結(jié)合的制造業(yè)創(chuàng)新體系，是可以突破制造業(yè)核心、關(guān)鍵零部件的瓶頸，促進制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化，走創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展道路。

《智能制造》雜志征稿通知

一、征文范圍

1. 數(shù)字化設計與制造

2. 智能設計理論、方法及系統(tǒng)

3. 自動化與現(xiàn)代制造系統(tǒng)

4. 機器人技術(shù)及應用

5. 虛擬設計與虛擬樣機

6. 網(wǎng)絡化控制與制造技術(shù)

7. 綠色設計與綠色制造中的智能技術(shù)

8. 智能加工、智能檢測與控制

9. 數(shù)字企業(yè)與數(shù)字化工廠

10. 制造系統(tǒng)建模、運行、控制、優(yōu)化與調(diào)度

11. 先進制造模式與戰(zhàn)略

12. 制造信息與知識處理

13. 數(shù)控技術(shù)與數(shù)字化裝備

14. 現(xiàn)場總線與無線傳感網(wǎng)技術(shù)

注：以上內(nèi)容范疇供參考，圍繞智能制造全領域，具體題目請自擬。

二、論文遴選、刊錄出版和基本要求

1.《智能制造》編輯部組織編委會有關(guān)專家，對投稿進行審查、遴選，擇優(yōu)刊登。審查遴選期限為自編輯部收到稿件后的三個月。

對于刊登的論文，編輯部提供正式錄用通知。

2. 論文內(nèi)容必須是作者未正式發(fā)表過的研究成果，論文主題與智能制造相關(guān)，投稿作者須恪守學術(shù)道德規(guī)范，文責自負，嚴禁一稿多投及中途撤稿。論文字數(shù)4000 ～ 7000 字。

3. 論文應包括以下項目：論文題目；作者簡介（200 字以內(nèi)，包括姓名、工作單位、通信地址、電話、手機、電子信箱等）；中文摘要、

關(guān)鍵詞 、標題和正文、

參考文獻。

三、編輯部投稿聯(lián)系方式

聯(lián)系人：張友蘋