一．概述
機(jī)床工具行業(yè)是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)行業(yè)。機(jī)床是裝備制造業(yè)智能制造的工作母機(jī)，沒有機(jī)床的智能化，就無法實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)的智能制造。加快發(fā)展智能機(jī)床，是實(shí)施《中國(guó)制造2025》打造制造強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。
智能機(jī)床是具有自感知、自決策、自診斷、自調(diào)節(jié)、自適應(yīng)和即時(shí)網(wǎng)絡(luò)通訊功能的高技術(shù)機(jī)床，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成與深度融合的產(chǎn)物。智能機(jī)床是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的高級(jí)形態(tài)。目前，技術(shù)先進(jìn)國(guó)家在機(jī)床監(jiān)控、測(cè)量、補(bǔ)償、診斷、加工優(yōu)化等智能化技術(shù)的突破，為智能機(jī)床的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著科技不斷創(chuàng)新，智能機(jī)床作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能終端，將成為智能生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵加工設(shè)備。
我國(guó)處于數(shù)控機(jī)床的發(fā)展階段，在高速、高精、多軸聯(lián)動(dòng)控制、多通道復(fù)合加工、網(wǎng)絡(luò)通訊等數(shù)控技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平比較存在一定差距。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)尚處于起步階段，我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)的絕大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床還不具備智能化功能。近年來，經(jīng)過行業(yè)科研攻關(guān)，某些智能化技術(shù)開始試驗(yàn)和應(yīng)用，并取得積極成果。
二．格局悄然演變
1.國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)在智能化功能的研發(fā)上取得可喜進(jìn)展
華中數(shù)控、廣州數(shù)控、大連光洋、沈陽高精和航天數(shù)控等5家數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)在04專項(xiàng)的支持下，自主研發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過多年努力，5家企業(yè)均攻克了數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)、高速高精、多軸聯(lián)動(dòng)、總線技術(shù)、納米插補(bǔ)等一批高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從模擬接口、脈沖接口到全數(shù)字總線控制、高速高精的技術(shù)跨越。智能化技術(shù)主要涉及：空間誤差補(bǔ)償、熱補(bǔ)償、振動(dòng)補(bǔ)償、多軸控制、RTCP編程、多通道同步控制、虛軸插補(bǔ)、電子齒輪箱、平滑處理、鏡像功能、加加速度控制、刀具智能管理、設(shè)備智能維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷、加工參數(shù)優(yōu)化、智能生產(chǎn)管理技術(shù)等。我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)聯(lián)合研制的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NCUC-Bus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，已獲批了5項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并獲得省部級(jí)發(fā)明一等獎(jiǎng)。以華中數(shù)控為例，公司組織了400多人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過6年多的艱苦奮戰(zhàn)，終于攻克了高速高精控制技術(shù)、多軸多通道技術(shù)、五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)等一批關(guān)鍵技術(shù)，在平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等技術(shù)方面形成了自身的特色和亮點(diǎn)。
沈陽機(jī)床集團(tuán)通過與上海同濟(jì)大學(xué)合作組建自己的研究院，從底層技術(shù)源代碼算法做起，歷時(shí)5年，投入近12億多元巨資，研制成功i5數(shù)控系統(tǒng)，建立了iSESOL云平臺(tái)，形成了基于iSESOL云平臺(tái)的智能機(jī)床互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架。i5數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了操作、編程、維護(hù)和管理的數(shù)字智能制造控制，管理智能化工具可以提供車間級(jí)的生產(chǎn)管理信息，能夠?qū)崟r(shí)收集機(jī)床信息，掌握設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行設(shè)備效率分析、成本分析、工單計(jì)劃、生產(chǎn)趨勢(shì)分析等管理，具有通過手機(jī)終端訪問車間管理功能。沈陽機(jī)床集團(tuán)通過充分利用的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和i5數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，支撐了商業(yè)模式的創(chuàng)新，帶動(dòng)了i5數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。
2.數(shù)控機(jī)床主機(jī)的智能化進(jìn)程加快
一批數(shù)控機(jī)床主機(jī)制造企業(yè)通過科技攻關(guān)，在主機(jī)上集成應(yīng)用智能化技術(shù)，提高了數(shù)控機(jī)床的使用性能。主要智能化功能有：主軸監(jiān)控和溫度補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)部件的位置補(bǔ)償和熱補(bǔ)償、加工件在機(jī)精度檢測(cè)和補(bǔ)償、刀具磨損和破損在機(jī)監(jiān)控、防碰撞功能；同時(shí)開發(fā)智能化應(yīng)用軟件，應(yīng)用于自動(dòng)編程、仿真、加工參數(shù)優(yōu)化、自適應(yīng)控制等取得進(jìn)展。
如沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份公司開發(fā)的TGK46100高精度坐標(biāo)鏜床采用溫度傳感器、溫度模塊等，通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控主軸系統(tǒng)的發(fā)熱變形和熱補(bǔ)償，其五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)型具有反向間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償和體積補(bǔ)償功能。
秦川機(jī)床工具集團(tuán)最新開發(fā)的數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)采用高精度同步控制技術(shù)和電子齒輪箱等，整機(jī)操作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卡、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)磨削及修正砂輪自動(dòng)控制，機(jī)床配置了壓力、振動(dòng)、位置、溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)床狀態(tài)，提供的智能磨削軟件提高了機(jī)床磨削性能，方便用戶使用。
機(jī)床行業(yè)最新開發(fā)的高精度單向走絲線切割機(jī)床，配置了六軸數(shù)控系統(tǒng)及無電解智能電源、自動(dòng)穿絲及恒張力機(jī)構(gòu)、溫度補(bǔ)償裝置、電火花線切割加工工藝數(shù)據(jù)庫等。
機(jī)床行業(yè)最新開發(fā)的五軸數(shù)控工具磨床，配置專用數(shù)控系統(tǒng)和工具磨削專用軟件，具有復(fù)雜型面加工數(shù)學(xué)建模和自動(dòng)編程、工件和砂輪在線檢測(cè)、磨削尺寸補(bǔ)償、砂輪修正補(bǔ)償、磨削工藝及工藝參數(shù)優(yōu)化等智能化功能，提升了整機(jī)智能化水平。
3.具有一定智能功能的國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床示范應(yīng)用效果明顯
如由武漢華中數(shù)控股份有限公司、東莞勁勝精密組件股份有限公司等企業(yè)共同建設(shè)的東莞勁勝移動(dòng)終端智能制造示范車間，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)產(chǎn)、自主化的智能制造，被選為全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范交流會(huì)的唯一示范現(xiàn)場(chǎng)。整個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)一年建設(shè)，目前已建成擁有10條自動(dòng)化鉆攻生產(chǎn)線的智能車間，智能車間包括180臺(tái)配置華中數(shù)控HNC-818AM系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)高速高精鉆攻中心、81臺(tái)國(guó)產(chǎn)華數(shù)機(jī)器人、30臺(tái)RGV、10臺(tái)AGV小車、1套全自動(dòng)配料檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)搭載全國(guó)產(chǎn)化的工業(yè)軟件系統(tǒng)，包括華中數(shù)控新一代云數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)、CAPP、APS高級(jí)排程系統(tǒng)、MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)、三維虛擬仿真系統(tǒng)等。該車間應(yīng)用華中數(shù)控系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)機(jī)床，具備智能管理、智能調(diào)試、智能補(bǔ)償、智能加工、健康保障、網(wǎng)絡(luò)銷售平臺(tái)、租賃服務(wù)、云端工廠等功能。同時(shí)，武漢華中數(shù)控股份有限公司在武漢建立了“數(shù)控加工大數(shù)據(jù)中心”，可通過無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶車間生產(chǎn)線相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、加工優(yōu)化、健康診斷等智能化功能，提升了為用戶服務(wù)的水平。
大連光洋科技工程有限公司與北京動(dòng)力機(jī)械研究所（航天科工集團(tuán)3院31所）合作，致力于采用04專項(xiàng)在數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)等方面以及立式五軸加工中心等方面取得成果的應(yīng)用推廣，結(jié)合航天復(fù)雜、核心零部件的工藝制造需求開展了深入合作。2013年8月，在大連光洋科技工程有限公司向北京動(dòng)力機(jī)械研究所交付了2臺(tái)不同規(guī)格的高速高精度五軸立式加工中心。至今，這兩臺(tái)承載04專項(xiàng)多項(xiàng)成果的五軸機(jī)床已經(jīng)完成了多個(gè)批次、多個(gè)品種的航發(fā)關(guān)鍵零部件的加工，支持了北京動(dòng)力機(jī)械研究所的軍工生產(chǎn)任務(wù)。在成功應(yīng)用示范作用下，北京動(dòng)力機(jī)械研究所推廣10多臺(tái)大連光洋科技工程有限公司立式五軸加工中心。大連光洋科技工程有限公司先后與哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)、貴州黎陽航空發(fā)動(dòng)機(jī)、湖南株洲南方動(dòng)力等軍工企業(yè)簽訂合同，進(jìn)一步擴(kuò)大專項(xiàng)成果在航空航天中的應(yīng)用示范。
4.國(guó)內(nèi)首個(gè)智能制造裝備項(xiàng)目通過驗(yàn)收
由云南CY集團(tuán)有限公司承擔(dān)的工信部首個(gè)“智能制造裝備項(xiàng)目”——《高檔數(shù)控車床制造數(shù)字化車間的研制與示范應(yīng)用》于2016年8月通過驗(yàn)收。該項(xiàng)目建設(shè)期3年，總投資3.5億元，由生產(chǎn)線內(nèi)加工和生產(chǎn)線外加工兩部分組成，生產(chǎn)線內(nèi)加工主要承擔(dān)零件的精加工，生產(chǎn)線外加工主要承擔(dān)零件的部分半精加工及上線前工藝驗(yàn)證。項(xiàng)目由91臺(tái)套設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)混流柔性制造、自動(dòng)上下料、產(chǎn)品自動(dòng)識(shí)別和跟蹤、在線自動(dòng)檢測(cè)、產(chǎn)品流向智能控制、智能故障診斷、加工參數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理信息化。該項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)備數(shù)控化率100%，生產(chǎn)效率由月產(chǎn)100臺(tái)提高到300臺(tái)，生產(chǎn)線人員減少57.5%，能耗降低38.4%，零件關(guān)鍵工序交驗(yàn)合格率由64%提高到96%，零件制造精度和穩(wěn)定性顯著提高，項(xiàng)目實(shí)施取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目是近年來機(jī)床行業(yè)應(yīng)用智能生產(chǎn)線制造機(jī)床的首例，具有示范意義。
5.“數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)驗(yàn)證”項(xiàng)目啟動(dòng)
隨著“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床及相關(guān)數(shù)字化裝備將得到大力發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的智能化升級(jí)，智能制造標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)戰(zhàn)略中起著至關(guān)重要的基礎(chǔ)性作用，而這一切都依賴于數(shù)控機(jī)床裝備的互聯(lián)互通。實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)互通，相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是決定性要素。智能制造，標(biāo)準(zhǔn)先行，要實(shí)現(xiàn)機(jī)床的智能化，首先要解決好數(shù)控機(jī)床之間的互聯(lián)互通及保障信息安全前提下的信息協(xié)同共享的標(biāo)準(zhǔn)問題。在中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的組織下，列入工信部智能標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃的“數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)驗(yàn)證”項(xiàng)目已經(jīng)按計(jì)劃開展有效工作。
三．“智能制造”發(fā)展與展望
“智能制造”是國(guó)家戰(zhàn)略——“中國(guó)制造2025”確定的重點(diǎn)工程之一，“數(shù)控機(jī)床和智能機(jī)器人”是“中國(guó)制造2025”確定的發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)領(lǐng)域。“智能制造”是基于新一代信息通訊技術(shù)與現(xiàn)代制造技術(shù)融合的新型制造模式，是新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，是“中國(guó)制造2025”確定的搶占未來制高點(diǎn)的主攻方向。在國(guó)家“863”、“04專項(xiàng)”、“智能制造”等科技專項(xiàng)支持下，機(jī)床行業(yè)要有計(jì)劃地開展“智能機(jī)床技術(shù)及智能制造系統(tǒng)研究”，推動(dòng)“智能制造”模式的應(yīng)用。
1.數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)研究
——開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)的研制，具體包括支持溫度、振動(dòng)、RFID等傳感器介入的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，基于高級(jí)語言的智能化數(shù)控系統(tǒng)解釋器等。
——基于開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)智能加工技術(shù)的創(chuàng)新研究，包括熱誤差補(bǔ)償、進(jìn)給率自適應(yīng)、故障診斷等技術(shù)的研究。
——開發(fā)有關(guān)應(yīng)用軟件如優(yōu)化編程及仿真技術(shù)，研制開放式應(yīng)用軟件平臺(tái)，支持第三方管理軟件，如能效，能量管理的嵌入、優(yōu)化加工程序，提高機(jī)床加工效能。
——智能傳感器和智能功能部件的研發(fā)。
2.數(shù)控機(jī)床智能化及智能機(jī)床開發(fā)
數(shù)控機(jī)床適應(yīng)高效高精加工、生產(chǎn)系統(tǒng)信息集成和智能控制需求，開發(fā)在線智能檢測(cè)技術(shù)、機(jī)床智能診斷和智能維護(hù)技術(shù)、基于智能制造技術(shù)的加工優(yōu)化技術(shù)、根據(jù)加工數(shù)據(jù)調(diào)整自身的應(yīng)用模式和工作模式的自適應(yīng)技術(shù)等，以及基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通訊功能和服務(wù)能力，開發(fā)智能金屬切削機(jī)床和智能化成形裝備。
3.“智能制造”模式的研究和應(yīng)用
開展制造網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化車間與智能制造系統(tǒng)的智能制造模式研究和應(yīng)用。采用CAD-CAPP-CAM等數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和制造信息能夠貫穿制造、管理、質(zhì)量全過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）；建立制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)全過程閉環(huán)管理；建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能充分采集制造進(jìn)度、質(zhì)量檢驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息；建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不同裝備之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和有效集成；企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）安全運(yùn)行，其中供應(yīng)鏈管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)采購、外協(xié)、物流的管理與優(yōu)化。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)、管理和決策的智能優(yōu)化等。
綜上所述，“智能制造”作為中國(guó)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)方向，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持、新技術(shù)革命推動(dòng)和市場(chǎng)需求牽引等綜合作用下，機(jī)床行業(yè)的“智能制造”將步入加速成長(zhǎng)期。“智能制造”的發(fā)展將對(duì)傳統(tǒng)制造體系帶來猛烈沖擊，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生深刻變革，如推動(dòng)制造業(yè)由批量化生產(chǎn)向個(gè)性化定制生產(chǎn)趨勢(shì)發(fā)展；由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化異地協(xié)同生產(chǎn)趨勢(shì)發(fā)展；由傳統(tǒng)制造企業(yè)向跨業(yè)融合企業(yè)趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。價(jià)值鏈重點(diǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)移，掌握核心技術(shù)的企業(yè)將發(fā)揮主導(dǎo)作用。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，機(jī)床工具行業(yè)面臨市場(chǎng)需求升級(jí)的緊迫需求，經(jīng)過新技術(shù)革命的洗禮，機(jī)床行業(yè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式將逐步轉(zhuǎn)變，從單純提供“硬件”向同時(shí)提供“硬件和軟件”轉(zhuǎn)變，從提供“單機(jī)”向提供“系統(tǒng)解決方案”轉(zhuǎn)變，從“以質(zhì)取勝”向“以智取勝”轉(zhuǎn)變，“軟硬兼施，以智取勝”將成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制勝之道。
“數(shù)控機(jī)床—數(shù)控機(jī)床智能化—智能機(jī)床—智能制造車間—智能制造工廠—智能制造大系統(tǒng)”的技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，為機(jī)床行業(yè)展示了美好的發(fā)展前景。毋庸置疑，“智能機(jī)床”將成為智能制造體系中的核心裝備，加快發(fā)展“智能機(jī)床”，是實(shí)施《中國(guó)制造2025》打造制造強(qiáng)國(guó)的首要任務(wù)。
