多媒體教學(xué)課件智能制造導(dǎo)論WT制作智能制造導(dǎo)論第1章緒論第2章智能制造的標(biāo)志性技術(shù)第3章智能加工工藝第4章智能制造生產(chǎn)管理第5章智能制造物流管理暨其他管理第6章智能制造案例第7章智能制造的發(fā)展前景展望WT制作智能加工工藝

在科學(xué)的道路上，沒有平坦的大道可走，只有在那崎嶇的小路上努力攀登的人，才有可能到達(dá)光輝的頂點。——卡爾?馬克思

毛澤東主席認(rèn)為，“盡信書，則不如無書”。讀書時，他提倡“四多”，要在讀得多、想得多、寫得多、問得多的基礎(chǔ)上做到學(xué)思結(jié)合。第3章3.1.1

智能加工的概念3.1

智能加工概述1.智能加工的定義

智能加工就是將制造技術(shù)與數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成應(yīng)用于設(shè)計、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期，在制造過程中進(jìn)行感知、分析、推理、決策與控制，實現(xiàn)產(chǎn)品需求的動態(tài)響應(yīng)、新產(chǎn)品的迅速開發(fā)以及對生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)實時優(yōu)化的制造活動的總稱。

建模與仿真使產(chǎn)品設(shè)計日趨智能化

以工業(yè)機(jī)器人為代表的智能制造裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用日趨廣泛

全球生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理創(chuàng)新加速

智能服務(wù)業(yè)模式加速形成2.智能加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

從表面上看，智能加工是一種自動化、復(fù)合化的加工，實際上是借助先進(jìn)的工藝裝備以及檢測、控制手段，實現(xiàn)對加工過程的主動感知和實時判斷，用最優(yōu)的工藝方法和手段獲得最優(yōu)的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

自動化、復(fù)合化

主動檢測感知

主動調(diào)整參數(shù)（幾何參數(shù)、切削參數(shù)、物理參數(shù)）和主動調(diào)整工藝裝備，即自適應(yīng)控制，以得到最優(yōu)的輸出。

高靈敏性、高響應(yīng)速度、強(qiáng)抗擾性、高柔性3.智能加工的技術(shù)特點智能加工具有以下特點3.1.2

智能加工的技術(shù)基礎(chǔ)1.智能加工的自動化、復(fù)合化

自動化生產(chǎn)是人類生產(chǎn)活動中的一種先進(jìn)、完善的高級生產(chǎn)形式，是科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和生產(chǎn)高度發(fā)展的產(chǎn)物，機(jī)械化、自動化機(jī)械設(shè)備替代人的部分勞動。自動化生產(chǎn)時，各種高生產(chǎn)效率的機(jī)械設(shè)備代替了人類繁重的體力勞動．各種自動控制裝置、儀器、計算機(jī)代替了人的操縱管理和部分腦力勞動，整個生產(chǎn)過程可以在無人參與下，自動按最佳狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。自動化生產(chǎn)

自動化生產(chǎn)經(jīng)歷了機(jī)床的變革、刀具的變革、電氣控制和傳感技術(shù)的變革。每次進(jìn)步都使加工精度提高、加工成本降低，自動化加工是依賴工藝系統(tǒng)的進(jìn)步作為支撐的。

復(fù)合加工是指在柔性自動化的數(shù)控加工條件下，當(dāng)工件在機(jī)床上一次裝夾后，能自動進(jìn)行同一類工藝方法的多工序加工（如金屬切削工藝的車、銑、鉆、鏜等加工）或者不同類工藝方法的多工序加工（如切削加工和激光加工），從而能在一臺機(jī)床上順序地完成工件的全部或大部分加工工序。復(fù)合加工復(fù)合加工設(shè)備具有如下特征設(shè)置較少，有時甚至是一次性的復(fù)雜工件能在同一臺機(jī)床上加工，無須多臺機(jī)床減少工件的裝夾次數(shù)加工現(xiàn)場機(jī)床設(shè)備數(shù)量減少，不需要在設(shè)備上投入很多復(fù)合加工機(jī)床的功能是從以下兩個方面實現(xiàn)的：一是設(shè)計的機(jī)床能進(jìn)行一道以上的加工工序；二是通過加速工件裝夾速度來使機(jī)床提高產(chǎn)出效率。

數(shù)控加工的加工過程是自動化的，數(shù)控加工將零件的幾何信息、工藝信息用規(guī)定的代碼編成程序，用程序來控制加工過程。智能加工是在數(shù)控加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，運用機(jī)械手或機(jī)器人使所有過程都是自動化的，并在一臺數(shù)控機(jī)床或幾臺數(shù)控機(jī)床連續(xù)完成幾道工序的全自動化的加工。數(shù)控加工2.智能加工的CAD/CAM、FMC/FMS的完善，

數(shù)控系統(tǒng)的智能化

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(jī)、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。目前．?dāng)?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。

在集成化的基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化的基礎(chǔ)上，綜合了計算機(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(bǔ)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(luò)化的基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

智能加工的CAD/CAM就是轉(zhuǎn)換數(shù)字信息，將建模知識與縞程加工充分地融為一體。CAD技術(shù)是CAD/CAM技術(shù)的基礎(chǔ)，亦是一項理論與實踐相結(jié)合的技術(shù)。智能加工的CAD/CAM

CAD技術(shù)是在計算機(jī)環(huán)境下完成產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新、分析和修改，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。它是一項產(chǎn)品建模技術(shù)，把產(chǎn)品的幾何模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模型，并將其儲存在計算機(jī)內(nèi)供后續(xù)的計算機(jī)輔助技術(shù)所共享，驅(qū)動產(chǎn)品生命周期的全過程。由于CAD具有強(qiáng)大的功能，從而使設(shè)計者的設(shè)計工作更加數(shù)字化、立體化、真實化、正確化，CAD軟件功能越強(qiáng)大，幾何模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型越方便及智能化。待續(xù)

CAM指應(yīng)用計算機(jī)及其交互設(shè)備進(jìn)行制造信息處理的全過程。它不僅包括應(yīng)用計算機(jī)輔助手段編制數(shù)控程序，還包括利用計算機(jī)輔助完成生產(chǎn)前的準(zhǔn)備及生產(chǎn)過程中的管理與控制工作，如計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計（CAPP）、計算機(jī)輔助生產(chǎn)管理（CAPM）、生產(chǎn)過程控制和質(zhì)量監(jiān)控等。CAM自動將幾何參數(shù)通過工藝的設(shè)定轉(zhuǎn)換為自動控制加工的程序，所以CAM軟件功能越強(qiáng)大，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換越真實、方便及智能化。特別是CAM軟件的仿真功能，能隨時在線虛擬加工，從而檢查自動生成的程序的正確性。

實際應(yīng)用中，CAD/CAM是以系統(tǒng)方式出現(xiàn)的，包括商品化CAD/

CAM系統(tǒng)和企業(yè)根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)構(gòu)建的CAD/CAM系統(tǒng)。系統(tǒng)中包括設(shè)計與制造過程的3個主要環(huán)節(jié)，即CAD、CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）和NCP（NumericalControlProgramming）。其中，CAPP和NCP屬于CAM范疇。完善的CAD/CAM系統(tǒng)一般包括產(chǎn)品設(shè)計、工程分析、工藝過程規(guī)劃、數(shù)控編程、工程數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)接口幾個部分，這些部分以不同的形式組合集成從而構(gòu)成各種類型的系統(tǒng)。續(xù)前企業(yè)應(yīng)用CAD/CAM積極開展基于實體特征的智能化加工通過CAD/CAM系統(tǒng)查找實體模型加工特征通過加工特征自動判定加工方法

利用實體模型所能承載的幾何信息、材料信息、工藝信息，自動判斷并調(diào)用所需的參數(shù)基于特征加工技術(shù)的全自動編程

當(dāng)今全球制造業(yè)企業(yè)之間的競爭越來越激烈。企業(yè)要想贏得競爭，就要以市場和用戶為中心，快速地響應(yīng)市場的需求以及滿足用戶的需要。就是要以最短的產(chǎn)品開發(fā)時間（Time）、最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量（QualiIy）、最低的成本（Cost）和價格、最佳的服務(wù)（Service），即所謂的“TQCS”，去贏得用戶和市場，這樣，在智能加工的要求下，迫切需要虛擬制造技術(shù)。

虛擬制造技術(shù)是在計算機(jī)上實現(xiàn)（模擬）產(chǎn)品從設(shè)計、生產(chǎn)到檢驗、使用的全部生命周期，以便檢查和優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程，及時進(jìn)行修改和調(diào)整。在計算機(jī)上設(shè)計、生產(chǎn)的產(chǎn)品是可視化的“數(shù)字產(chǎn)品”，并不需要實際的材料、機(jī)床和能量，易于分析、校驗和修改。只有在一切模擬和檢驗都通過后，才采用最佳的工藝和工廠管理方案，真正進(jìn)行實際產(chǎn)品的生產(chǎn)。待續(xù)

虛擬制造技術(shù)是一種軟件技術(shù)，它填補(bǔ)了CAD、CAM和生產(chǎn)過程管理之間的技術(shù)鴻溝，以在計算機(jī)上制造數(shù)字化的產(chǎn)品為目的，而不直接制造真實的產(chǎn)品。真正的產(chǎn)品，歸根到底，還是需要在車間內(nèi)，由工人用機(jī)床一步一步地制造出來。然而，虛擬制造技術(shù)能夠保證更加多快好省地把實際產(chǎn)品制造出來，使企業(yè)具有較強(qiáng)的市場競爭力。目前，虛擬制造技術(shù)在以下的10個方面應(yīng)用的效果比較明顯，即產(chǎn)品的外形設(shè)計、產(chǎn)品的布局設(shè)計、產(chǎn)品的運動和動力學(xué)仿真、熱加工工藝模擬、加工過程仿真、產(chǎn)品裝配仿真、虛擬樣機(jī)與產(chǎn)品工作性能評測、產(chǎn)品的廣告與推廣、企業(yè)生產(chǎn)過程仿真與優(yōu)化及虛擬研究開發(fā)中心與虛擬企業(yè)。續(xù)前

FMC/FMS是智能加工的重要表現(xiàn)形式，傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)（FMI）應(yīng)運而生。智能加工的FMC/FMS

所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。

柔性可分為瞬時、短期和長期柔性。瞬時柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，自動排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力；短期柔性是指系統(tǒng)在短時期內(nèi)，適應(yīng)加工對象變化的能力，包括在任意時期進(jìn)行混合加工2種以上零件的能力；長期柔性是指系統(tǒng)在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的智能化數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的智能化包含兩個方面的含義

指數(shù)控系統(tǒng)操作維護(hù)時的方便直觀性，即智能數(shù)控系統(tǒng)可以把晦澀的數(shù)控指令變成可視化的圖形，使不懂編程的人通過直觀的圖形指引來編程；

指智能數(shù)控系統(tǒng)的適應(yīng)性，即它具有一定的思維能力，能應(yīng)對環(huán)境和條件的變化做出預(yù)警和調(diào)整。

傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是根據(jù)程序指令控制機(jī)床的運動來完成零件的加工，所有的動作和加工軌跡都是事先通過程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，是一個被動的執(zhí)行者，無法對外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，因而對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。加工智能化呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢自動識別加工特征、帶有工藝規(guī)劃的編程系統(tǒng)自動防止刀具和工件干涉碰撞，并實施相應(yīng)的應(yīng)對策略

對機(jī)床振動情況監(jiān)測，進(jìn)行機(jī)床振動等級評價，借助相宜的抑振算襲或智能主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整自動抑制振動，以提高加工的平穩(wěn)性和刀具壽會

智能化數(shù)控機(jī)床要解決的問題是：如何使數(shù)控機(jī)床根據(jù)當(dāng)前的加工條件和環(huán)境，通過自主判斷和決策以適應(yīng)外界的變化，從而保證加工任務(wù)順利完成。數(shù)控機(jī)床的智能化可分為操作智能化、加工智能化、維護(hù)智能化、管理智能化等幾個層次。待續(xù)自動位置檢測和補(bǔ)償功能，自動補(bǔ)償主軸、立柱、床身等熱變形的影響自動補(bǔ)充潤滑油和抑制噪聲的功能機(jī)床故障診斷及維護(hù)等續(xù)前

智能化數(shù)控系統(tǒng)的配置將根據(jù)不同的目標(biāo)和應(yīng)用場合進(jìn)行選擇和組合，有針對、有選擇地集成智能化技術(shù)，構(gòu)筑由簡單到高級的智能化產(chǎn)品體系。3.智能加工的主動感知與判斷，智能加工的自適應(yīng)控制智能加工的主動感知與判斷

在線檢測：在線檢測也稱為實時檢測，是在加工的過程中對刀具或工件進(jìn)行實時檢測，并依據(jù)檢測的結(jié)果做出相應(yīng)的處理。

機(jī)床檢測：位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。機(jī)床的位置檢測分為，直接測量和間接測量。

傳感器技術(shù)的應(yīng)用：在智能加工中用傳感器檢測和控制機(jī)床位置和速度，檢測機(jī)器人的機(jī)械手壓力。智能加工的自適應(yīng)控制

自適應(yīng)是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化調(diào)整其自身，使得其行為在新的或者已經(jīng)改變了的環(huán)境下，達(dá)到最好或者至少是容許的特性和功能，這種對環(huán)境變化具有適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)稱為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。由于自適應(yīng)控制的對象是那些存在不定性的系統(tǒng)，因而這種控制應(yīng)首先能在控制系統(tǒng)的運行過程中。通過不斷地測量系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)、輸出或性能參數(shù)，逐漸了解和掌握對象；然后根據(jù)所得的過程信息，按一定的設(shè)計方法，作出控制決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或控制作用。

自適應(yīng)是靠神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)元控制器對復(fù)雜、變化的穩(wěn)定受控對象能實現(xiàn)快速無超調(diào)的調(diào)節(jié)與跟蹤，有很強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，它是一個多輸入單輸出的非線性處理單元。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則是指由大量與生物神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)細(xì)胞相類似的人工神經(jīng)元互聯(lián)而組成的網(wǎng)絡(luò)，或由大量像生物神經(jīng)元的處理單元并聯(lián)互聯(lián)而成，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有某些智能和仿人控制功能。自適應(yīng)控制的主要功能大幅提高加工效率；保護(hù)刀具、機(jī)床、工件不受損壞；實時監(jiān)控、記錄切削加工狀況；提高加工效率，降低制造成本。4.智能加工的新方法

隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械制造工藝的內(nèi)涵和外延不斷發(fā)生變化，常規(guī)工藝不斷優(yōu)化并普及，原來十分嚴(yán)格的工藝界限和分工，如下料和加工、毛坯制造和零件加工、粗加工和精加工、冷加工和熱加工等在界限上逐步趨于淡化，在功能上趨于交叉，各種先進(jìn)加工方法不斷出現(xiàn)和發(fā)展。

智能加工的出現(xiàn)及其發(fā)展，導(dǎo)致了新的加工方法、新的加工設(shè)備、新的刀具出現(xiàn)，將改變或顛覆未來的加工方式。最具代表的是以銑代車、代鏜工藝的出現(xiàn)，使工藝更加復(fù)合化，加工更加自動化。機(jī)器人出現(xiàn)在切削加工領(lǐng)域，也是智能加工發(fā)展的結(jié)果。3.2.1

智能加工中人與設(shè)備的關(guān)系3.2

智能加工設(shè)備1.

智能加工中人的角色與任務(wù)“數(shù)據(jù)人”將可能成為技術(shù)人員的第一個新角色。人在智能加工中的角色數(shù)據(jù)巡檢員將成為技術(shù)人員的第二個新角色。決策者、數(shù)據(jù)評估者、監(jiān)督者和創(chuàng)新者將是技術(shù)人員的第三個新角色。

從正在使用的大量數(shù)據(jù)中，選擇針對企業(yè)不同人員集成有意義的信息。人的重要任務(wù)是利用大數(shù)據(jù)

把獲得的數(shù)據(jù)以合適的方式整合呈現(xiàn)，讓員工更正確地理解生產(chǎn)過程的實際狀況。

為手機(jī)、平板電腦、顯示器等不網(wǎng)的數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備不同的數(shù)據(jù)。

為不同企業(yè)提供如供應(yīng)鏈管理等一類可參考的數(shù)據(jù)。人可以進(jìn)行可視化生產(chǎn)故障預(yù)測人可以解決大數(shù)據(jù)處理中的信息安全問題人們還可以進(jìn)行疊加信息的處理人的另一個作用是支持工業(yè)設(shè)備的全球聯(lián)網(wǎng)2.智能制造條件下的人機(jī)交互

按照智能制造的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)系統(tǒng)中所有設(shè)備和加工對象都要具備信息交換和信息處理的功能，稱為M2M技術(shù)。設(shè)備與設(shè)備之間相互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備與企業(yè)管理平臺之間相互聯(lián)網(wǎng)，甚至設(shè)備與云端相互聯(lián)網(wǎng)。而還有一個非常重要的聯(lián)網(wǎng)就是設(shè)備與人的合作“聯(lián)網(wǎng)”，稱為人機(jī)變互。智能加工的核心就是人機(jī)交互人機(jī)交互可以通過直接操控或借助中間體進(jìn)行實施生產(chǎn)期間，人的首要任務(wù)就是預(yù)先進(jìn)行工藝建模，設(shè)定一個加工工藝路線。設(shè)備的自主或自治生產(chǎn)過程是實時按照工藝建模中的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，而人對生產(chǎn)的監(jiān)督也以工藝建模的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)。人機(jī)交互就是人機(jī)相互協(xié)調(diào)、相互深度合作的過程。

機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了。企業(yè)在工作環(huán)境殊、勞動強(qiáng)度大的崗位用機(jī)器人來替代人。機(jī)器人具有通用性和特殊性。它可以完成一般意義上的裝配、加工、焊接和搬運等，如果將機(jī)器人輸入/輸出的信息與人的信息開展交互，使機(jī)器人產(chǎn)生認(rèn)知能力或感知能力時就開啟了機(jī)器人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人可以成為技術(shù)人員的助手，人可以靈活地直接指揮機(jī)器人完成具體工作，這種使用機(jī)器人的做法特別適用于個性化產(chǎn)品，而且可以節(jié)約成本。

人與機(jī)器信息交互的目的就是利用機(jī)器人完成新的任務(wù)或在加工流程中直接控制機(jī)器人。正因為如此，智能加工中人與機(jī)器將建立新的越來越密切的關(guān)系。智能加工中人與機(jī)器將建立新的密切關(guān)系

傳統(tǒng)機(jī)器人的使用通常有兩種方法。一種是生產(chǎn)現(xiàn)場編程，另一種是離線編程。

未來的智能加工可實現(xiàn)對不同機(jī)器人單元的輸入進(jìn)行集中的分析服務(wù)，通過互聯(lián)在云端的機(jī)器人數(shù)據(jù)處理中心使機(jī)器人具有一定的認(rèn)知能力，還會提供優(yōu)化的解決方案。

現(xiàn)在已取消了機(jī)器人防護(hù)欄，安裝了激光傳感器或光柵器等安全傳感器，以保障人的安全。在未來智能加工實施中，機(jī)器人與技術(shù)人員之間會無縫配合，這就需要研究新的安全措施來保障人身安全，包括機(jī)器人的工作邊界管理。人與機(jī)器人的交互主要是信息數(shù)據(jù)交互人與機(jī)器人親密合作的安全問題智能加工要求機(jī)器人具有應(yīng)變能力、適應(yīng)性、靈活性機(jī)器人的智能加工中的新應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)為智能加工提供了基礎(chǔ)

工廠中所有設(shè)備與設(shè)備之間互聯(lián)互通、設(shè)備與人之間互聯(lián)互通、人與人之間互聯(lián)互通、并與云端資源互聯(lián)互通，構(gòu)建了完整的互聯(lián)網(wǎng)+制造的新體系。人機(jī)交互可以直接與機(jī)器設(shè)備交互，也可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)間接與機(jī)器設(shè)備交互，:因此掌握虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)成為技術(shù)人員的新技能綜合分析，在智能加工領(lǐng)域人的作用

解讀理解多樣化的大數(shù)據(jù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化處理使其成為能與現(xiàn)實生產(chǎn)對接的有效數(shù)據(jù)通過調(diào)用敏感的重要信息和數(shù)據(jù)，監(jiān)管生產(chǎn)過程和質(zhì)量預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)建模，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬生產(chǎn)過程

采用動態(tài)可視化移動終端收集和使用數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)流檢查設(shè)備故障或預(yù)測故障，需要時對生產(chǎn)過程進(jìn)行干預(yù)，提供實時的人工支撐

建立學(xué)習(xí)型生產(chǎn)組織，在人機(jī)交互的平臺上不斷提高生產(chǎn)率，滿足個性化批量定制，創(chuàng)新生產(chǎn)模式和服務(wù)模式等

智能加工設(shè)備主要包括智能制造設(shè)備、智能檢測與裝配設(shè)備、智能物流設(shè)備等，它融合了先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)，具有自學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，能夠感知自身的加工狀態(tài)，監(jiān)視、診斷并修正偏差，對所加工工件的質(zhì)量進(jìn)行智能化評估，它是自動化數(shù)控機(jī)床結(jié)合智能控制實現(xiàn)工藝優(yōu)化的智能化、數(shù)字化設(shè)備。智能加工設(shè)備的概念3.2.2

智能加工設(shè)備概述1.

智能加工設(shè)備的概念及其特征智能加工設(shè)備具備的功能

除了運用數(shù)控閉環(huán)控制系統(tǒng)確保設(shè)備精度外，還具備誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?/p>

在加工制造的過程中，能邊加工邊檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析及自行調(diào)整

通過集成視覺、重力、壓力、溫度等傳感器的信息，實行自主加工、自主裝配，并實現(xiàn)人機(jī)交互

通過AGV（AutomatedGuidedVehicle，物流運輸），為智能化加工提供有力保證智能設(shè)備的特征優(yōu)勢項目具

體

內(nèi)

涵優(yōu)化工藝，創(chuàng)建品牌通過通過對生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)收集、分析、智能決策，找出最佳工藝參數(shù)和加工方案，調(diào)整工藝過程中影響產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)能和合格率指標(biāo)的各種控制參數(shù)，使企業(yè)能夠更快、更好地生產(chǎn)出更有成本優(yōu)勢、更有技術(shù)競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，創(chuàng)建品牌。實時監(jiān)測，保證質(zhì)量通過智能檢測裝置，對加工過程進(jìn)行實時監(jiān)控，對工件的加工狀態(tài)如零件表面粗糙度、尺寸精度、質(zhì)量精度等進(jìn)行實時分析；同時，還利用自身的自動反饋補(bǔ)償功能對微觀條件變化引起產(chǎn)品質(zhì)量下降進(jìn)行糾正；自身的工藝模擬功能通過提前模擬、發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險，對工藝參數(shù)優(yōu)化，有效改善和提高產(chǎn)品質(zhì)量。提高效率，降低成本通過對加工過程的智能監(jiān)控，提前識別潛在風(fēng)險，實時對刀具、加工狀態(tài)等進(jìn)行分析，保證加工設(shè)備正常運行，保證加工狀態(tài)穩(wěn)定、可靠，提高效率，降低成本。實施設(shè)備預(yù)知維護(hù)利用設(shè)備的智能分析和監(jiān)測裝置，實施設(shè)備維護(hù)預(yù)知管理，對設(shè)備的隱性故障、潛在風(fēng)險進(jìn)行預(yù)報，提前進(jìn)行處理；通過大數(shù)據(jù)分析，快速監(jiān)測生產(chǎn)過程中的異常問題，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。智能加工設(shè)備的優(yōu)勢技

術(shù)

特

性具

體

內(nèi)

涵人機(jī)交互性智能加工設(shè)備以人為中心，設(shè)備與人既是獨立又是緊密相聯(lián)的，人機(jī)交互通過操作界面進(jìn)行。加工設(shè)備接受加工指令后，即根據(jù)既定加工工藝路線及加工工藝指標(biāo)按質(zhì)、按量、按時完成加工任務(wù)，并提供必要的加工信息。虛擬現(xiàn)實性智能加工設(shè)備以數(shù)字化技術(shù)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過建模與仿真等技術(shù)，生成三維虛擬模型，供技術(shù)人員和操作人員運用智能加工設(shè)備模擬實體，以判定加工工藝的可行性及加工效果，并對隨后的改進(jìn)方案提供參考信息和依據(jù)。凸顯“三自”性智能加工設(shè)備充分顯示了智能制造系統(tǒng)的“自我學(xué)習(xí)”“自我分析”“自我決策”的“三自”能力和特性。由于智能制造數(shù)據(jù)庫儲存有大量實用可靠的數(shù)據(jù)，智能加工設(shè)備在運行過程中只要提供被加工零件的具體技術(shù)參數(shù)和質(zhì)量指標(biāo)，便會自己從數(shù)據(jù)庫中獲取加工信息，順利完成任務(wù)。可嵌入擴(kuò)展性隨著智能制造技術(shù)的飛速發(fā)展，智能制造系統(tǒng)雖然已有多個不同的功能模塊，但客戶需求多樣化、技術(shù)改良經(jīng)常化，智能加工設(shè)備有的需要與其它設(shè)備組成一個集群體，為保證信息的互聯(lián)互通，智能設(shè)備具有統(tǒng)一的能擴(kuò)展、可嵌入的通信接口，以適應(yīng)個性化生產(chǎn)需要，適應(yīng)迭代、更新升級的需要。使用靈活方便智能加工設(shè)備功能不再單一，它可以靈活地將多種不同功能的智能加工設(shè)備組合成集群體，便得用途靈活、多樣，且整體積小，能適應(yīng)當(dāng)今社會的個性化定制生產(chǎn)。智能加工設(shè)備的特征智能加工設(shè)備的分類智能切削加工設(shè)備智能增材加工設(shè)備智能檢測設(shè)備

以先進(jìn)制造技術(shù)的數(shù)控切削加工機(jī)床為基礎(chǔ)，再融入數(shù)字化、智能化等系統(tǒng)，對機(jī)械加工過程實施自動化控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、決策等。這類設(shè)備是實現(xiàn)智能加工制造的關(guān)鍵設(shè)備。增材制造（AdditiveManufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機(jī)輔助設(shè)計、材料加工與成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積、制造出實體物品的制造技術(shù)。

智能檢測是利用計算機(jī)及相關(guān)儀器，實現(xiàn)檢測過程的智能化和自動化。智能檢測技術(shù)指能自動獲取信息，并利用有關(guān)知識和策略，采用實時動態(tài)建模在線識別、人工智能專家系統(tǒng)等技術(shù)，對被測對象（過程）實現(xiàn)檢測、監(jiān)控、自診斷和自修復(fù)的技術(shù)。待續(xù)智能加工設(shè)備的分類智能物流設(shè)備智能裝配設(shè)備

這里主要是指與智能加工設(shè)備交互聯(lián)動的、滿足智能加工需要的自動化搬運車、智能倉儲、搬運工業(yè)機(jī)器人等，能協(xié)助完成智能化生產(chǎn)操作，幫助提高工作效率、減少人工干預(yù)，實現(xiàn)物流供需智能化。

主要是指流水生產(chǎn)線上實行智能的自動化組裝的設(shè)備，是一些具有智能視覺識別等智能檢測技術(shù)的智能裝配設(shè)備。續(xù)前智能加工設(shè)備的現(xiàn)狀智能加工設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

而今的智能加工設(shè)備在數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的環(huán)境下，均具備數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、處理等能力，并能實施大數(shù)據(jù)共享。當(dāng)前，改造傳統(tǒng)設(shè)備、使用智能設(shè)備進(jìn)行智能加工的大也格局也在形成，智能加工設(shè)備遍地開花的景象方興未艾。智能加工設(shè)備的發(fā)展趨勢虛擬制造技術(shù)快速普及使用加工設(shè)備的維護(hù)數(shù)據(jù)收集凸顯重要性人機(jī)交互系統(tǒng)更加成熟甚至不可或缺2.

智能機(jī)床智能機(jī)床的功能

能夠感知其自身的狀態(tài)和加工能力，并能夠進(jìn)行自我標(biāo)定，預(yù)測機(jī)床在不同狀態(tài)下所能達(dá)到的加工精度。

能夠監(jiān)視和優(yōu)化自身的加工行為，能夠發(fā)現(xiàn)甚至預(yù)測加工誤差并補(bǔ)償誤差（自校準(zhǔn)、自診斷、自修復(fù)和自調(diào)整），使機(jī)床在最佳加工狀態(tài)下完成加工。

能夠?qū)λ庸すぜ馁|(zhì)量進(jìn)行評估。它可根據(jù)在加工過程中獲得的數(shù)據(jù)或在線測量的數(shù)據(jù)估計出最終產(chǎn)品的精度。

具有自學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)加工中和加工后獲得的數(shù)據(jù)更新機(jī)床的應(yīng)用模型。智能機(jī)床配置的功能模塊高級工藝控制模塊（APS）操作者輔助模塊（OSS）智能機(jī)床的功能模塊改進(jìn)了工件的加工質(zhì)量增加了刀具壽命檢測刀柄的平衡程度識別危險的加工方法延長主軸的使用壽命改善加工工藝的可靠性APS的優(yōu)點待續(xù)主軸保護(hù)模塊（SPS）智能熱控制模塊（ITC）移動通信模塊（RNS）續(xù)前工藝鏈管理模塊（CWMS）自動監(jiān)測主軸狀況能及早發(fā)現(xiàn)主軸故障最佳地計劃故障檢修時間，可避免主軸失效后的長時間停機(jī)這些模塊的功能將根據(jù)需要不斷地擴(kuò)展，可根據(jù)需要，增加一個或多個測量設(shè)備或所需數(shù)量的加工中心。最終。整個工藝鏈全部通過多機(jī)管理系統(tǒng)控制。智能數(shù)控機(jī)床的模塊配置智能機(jī)床（IM）模塊可用于所有已運行數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床上

主動振動控制（AVC）——將振動減至最小，以免影響加工精度、表面粗糙度、刀具磨損和加工效率智能熱屏障（ITS）——實行熱位移控制，可對誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償，使其值為最小智能安全屏障（ISS)——防止部件碰撞，一旦將發(fā)生碰撞，機(jī)床立即停機(jī)馬扎克語音提示（MVA）——語音信息系統(tǒng)，當(dāng)工人手動操作和調(diào)整時，用語音進(jìn)行提示，以減少由于工人失誤而造成的問題智能數(shù)控加工機(jī)床

NC即數(shù)字控制，在機(jī)床領(lǐng)域指用數(shù)字化信號對機(jī)床運動及加工過程進(jìn)行控制的一種自動化技術(shù)

數(shù)控機(jī)床是一種采用數(shù)字化信號以一定的編碼形式通過數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)自動加工的機(jī)床3.典型智能加工設(shè)備介紹數(shù)控加工機(jī)床概述數(shù)控機(jī)床的組成框圖

帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，又稱為自動換刀數(shù)控機(jī)床，機(jī)床刀庫帶有絲錐、鉆頭、鉸刀和銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對工件進(jìn)行加工的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工中心的特點數(shù)控加工中心工序集中，可連續(xù)對工件各表面自動進(jìn)行加工自動化程度高，能高速定位，能控制機(jī)床自動更換刀具，實現(xiàn)了機(jī)電一體化能減少工件的裝夾次數(shù)，避免因工件多次定位產(chǎn)生的累積誤差，還可節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)加工此外，切削力大；并可進(jìn)行深孔加工

指4軸以上的數(shù)控加工，將數(shù)控銑、數(shù)控鏜和數(shù)控鉆等功能組合在一起，能同時控制4個以上坐標(biāo)軸的聯(lián)動，其中具有代表性的是5軸數(shù)控加工。工件在一次裝夾后，可以對加工面進(jìn)行銑、鏜、鉆等多工序加工，有效地避免了由于多次裝夾造成的定位誤差，提高加工精度；并且能夠縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。數(shù)控加工中心的特點多軸數(shù)控加工機(jī)床減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工精度擴(kuò)大工藝范圍，減少工裝夾具數(shù)量和占地面積縮短生產(chǎn)過程鏈，簡化生產(chǎn)管理縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，提高新產(chǎn)品的研發(fā)成功率有利于制造系統(tǒng)的集成化

高速加工的速度比常規(guī)加工速度幾乎高出一個數(shù)量級，凡是切削速度、進(jìn)給速度高于常規(guī)值5~10倍以上的數(shù)控機(jī)床即為高速切削數(shù)控機(jī)床。高速切削的關(guān)鍵技術(shù)高速切削數(shù)控機(jī)床高速主軸電動機(jī)高速進(jìn)給高性能刀具技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)高速加工工藝

高速切削加工的優(yōu)勢為：切削力小、熱變形小、殘留應(yīng)力小、精度高、工序減少、材料切除率高等

數(shù)控加工機(jī)床、數(shù)控加工中心、多軸數(shù)控加工機(jī)床、高速切削數(shù)控機(jī)床還只能算是先進(jìn)制造加工設(shè)備，必須在現(xiàn)有數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸由機(jī)械運動的自動化向信息控制的智能化方向發(fā)展，才算智能數(shù)控加工設(shè)備。智能數(shù)控機(jī)床的特點智能數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢可以實現(xiàn)智能感知、智能決策和智能執(zhí)行實施網(wǎng)絡(luò)通信

智能數(shù)控機(jī)床不但使機(jī)床操作變得簡單、安全，而且借助現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)等，已經(jīng)部分實現(xiàn)了機(jī)床的智能化加工。智能復(fù)合加工技術(shù)及設(shè)備

應(yīng)用機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力、流體力學(xué)和聲波等多種能量，在加工過程中同時運用兩種或者多種加工方法，通過不同的作用原理對加工部位進(jìn)行改性和去除的加工技術(shù)。復(fù)合加工技術(shù)概述復(fù)合加工技術(shù)的特點

利用高能量密度的束流作為熱源，對材料或構(gòu)件進(jìn)行激光加工、電子束加工、離子束加工等加工的先進(jìn)特種加工技術(shù)

高能束加工技術(shù)利用高能束熱源、高能量密度，可精密控制微焦點和高速掃描的技術(shù)特性，實現(xiàn)對材料和構(gòu)件的深穿透、高速加熱和高速冷卻的全方位加工，可滿足高新技術(shù)產(chǎn)品對高比強(qiáng)度、高精度、高速度、大功率、小型化、能夠在惡劣環(huán)境下可靠工作的要求。高能束加工技術(shù)正朝著高精度、大功率、高速度和自動控制的方向發(fā)展。

利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、增材加工及微加工等的一門加工技術(shù)。激光加工及設(shè)備名

稱作

用激光工作物質(zhì)包括激活粒子與基質(zhì)。為了形成穩(wěn)定的激光，首先必須要有能夠形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的發(fā)光粒子——激活粒子。它們可以是分子、原子或離子。這些激活粒子有些可以獨立存在，有些則必須依附于某些材料。為激活粒子提供寄存場所的材料稱為基質(zhì)，它們可以是固體或液體。泵浦源泵浦源的作用是對激光工作物質(zhì)進(jìn)行激勵,產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。不同的激光工作物質(zhì)往往采用不同的泵浦源。光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔的作用主要有以下兩個方面:產(chǎn)生和維持激光振蕩、改善輸出激光的質(zhì)量。諧振腔由放置在激光工作物質(zhì)兩邊的兩個反射鏡組成，其中之一是全反射鏡，另一個則作為輸出鏡用，是部分反射，部分透射的半反射鏡激光器的組成

按工作物質(zhì)激光器可以分為固體、氣體、液體、光纖及半導(dǎo)體激光器等。另外，根據(jù)激光輸出方式又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大。用于工業(yè)材料加工的主要有固體激光器、CO，激光器等。固體激光器的基本結(jié)構(gòu)固體激光器特

點紅寶石激光器屬于三能級系統(tǒng)，機(jī)械強(qiáng)慶大，能承受高功率密度，亞穩(wěn)態(tài)壽命長，可獲得大能量輸出，尤其是大能量單模輸山。但其閾值較高，輸出性能受濕度變化明顯，不宜連續(xù)及高重復(fù)率運行，只能作為低重復(fù)率脈沖器件。Nd:YAG激光器屬于四能級系統(tǒng)，熒光量子效率高、閾值低，并且其有熱穩(wěn)定性能良好、熱導(dǎo)率高、硬度大、化學(xué)性能穩(wěn)定等特點，是三種固體激光器中唯一能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)的激光器，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料加工釹琥璃激光器屬四能數(shù)系統(tǒng)，具有較寬的熒光諧線，熒光壽命長，易積累粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得大能量輸出，容易加工。但其熱導(dǎo)率較低，故只能在脈沖狀態(tài)下工作。固體微光器的性能特點比較

高功率CO2激光器是在常溫下，CO2分子大部分處于基態(tài)，在電激勵條件下主要是通過電子碰撞直接激發(fā)和共振轉(zhuǎn)移激發(fā)。SlabCO2激光器的結(jié)構(gòu)

大功率半導(dǎo)體激光器則是以半導(dǎo)體材料（主要是化合物半導(dǎo)體）光工作物質(zhì)，以電流注入作為激勵方式的一種小型化激光器雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LD激光器的基本結(jié)構(gòu)激光加工的特點非接觸加工對加工材料熱影響區(qū)小加工靈活可以進(jìn)行微區(qū)加工可以透過透明介質(zhì)對密封容器內(nèi)的工件進(jìn)行加工可以加工高硬度、高脆性、高熔點的金屬及非金屬材料

在智能化和自動化水平下，激光加工不僅提高了生產(chǎn)的質(zhì)量，同時也減少了工人的繁復(fù)勞動，能夠很好地滿足現(xiàn)在制造業(yè)的規(guī)模化批量生產(chǎn)要求。

在真空條件下，電子槍中的電子經(jīng)加速和聚焦后產(chǎn)生能量密度為106~109W/cm2的細(xì)束流，將其高速沖擊到工件表面上極小的部位，在幾分之一微秒的時間內(nèi)，其能量大部分會轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，從而通過這種方式來去除材料。也可以利用能量密度較低的電子束轟擊高分子材料，切斷或重新聚合其分子鏈，從而使高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分子量產(chǎn)生變化，以便進(jìn)行加工。電子束加工及設(shè)備

電子束流是由高壓加速裝置在真空條件下形成束斑極小的高能電子流，屬于高能密度束流（HEDB），真空電子束的功率密度大于106W/cm2，極限功率為300kW。電子束加工是以高能電子束流作為熱源，對工件或材料實施特殊的加工，是一種完全不同于傳統(tǒng)機(jī)械加工的新工藝。

電子束打孔電子束加工原理電子束加工的應(yīng)用

電子切割

電子焊接

利用工具端面做超聲頻振動，磨料在超聲波振動作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用與超聲波空化作用的綜合結(jié)果，其中磨料的連續(xù)沖擊是主要的。超聲波加工及設(shè)備

機(jī)械效應(yīng)超聲波加工的原理

空化作用

熱效應(yīng)

化學(xué)效應(yīng)超聲波加工原理

超聲波切削加工超聲波加工的應(yīng)用

超聲波焊接加工

超聲波振動加工

超聲波復(fù)合加工智能超聲波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)功能框圖智能增材技術(shù)及設(shè)備如前所述，增材制造（AM）俗稱3D打印，融合了計算機(jī)輔助設(shè)計、材料加工與成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積、制造出實體物品的制造技術(shù)。概述增材制造成型原理

基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系。通過設(shè)計或掃描建立3D模型，根據(jù)一定的坐標(biāo)軸將3D模型分層切片，然后按原始位置逐層打印并堆疊在一起，以形成一個實體3D模型。增材制造關(guān)鍵技術(shù)材料單元的控制技術(shù)設(shè)備的再涂層技術(shù)高效制造技術(shù)

為提高效率，增材制造與傳統(tǒng)切削制造結(jié)合，發(fā)展材料累加制造與材料去除制造復(fù)合制造技術(shù)方法增材制造的優(yōu)勢小批量定制產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力直接從3DCAD模型生產(chǎn)，不需要工具和模具，沒有轉(zhuǎn)換成本方便共享，且方便組件和產(chǎn)品的修改與定制節(jié)約材料；利用廢料；且具有回收性新穎、復(fù)雜的自由形式的封閉結(jié)構(gòu)和通道結(jié)構(gòu)等，都可實現(xiàn)減少了庫存風(fēng)險增材制造的基本步驟增材制造的數(shù)據(jù)處理三維模型的建立三維模型的近似處理三維模型的切片處理輪廓的制造典型增材制造工藝立體光刻選擇性激光燒結(jié)熔融沉積成型3D打印詳見后續(xù)立體光刻

又稱光固化成型，是選擇性地用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到如液態(tài)光敏樹脂等光固化材料表面，使之發(fā)生聚合反應(yīng)，再由點到線、由線到面順序凝固，完成一個層面的繪圖作業(yè)，然后升降臺在垂直方向移動一個層片的高度，再固化另一個層面。選擇性激光燒結(jié)

又稱激光選區(qū)燒結(jié)，是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪撒在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完，鋪上新的一層材料，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。熔融沉積成型

以石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲等絲狀材料為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進(jìn)行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。3D打印案例（3DP）和平面打印非常相似，連打印頭都是直接用平面打印機(jī)。此內(nèi)容已在第2章的“智能制造的支撐技術(shù)”中作了一些介紹，在此從略。在海軍艦艇上的應(yīng)用在航天科技中的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用其他行業(yè)同樣成就卓著3D打印在智能制造中的發(fā)展趨勢應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用于產(chǎn)品制造逐步做到真正滿足個性化、定制化、高精度的需求智能制造流水線

組建智能流水線必須先制訂好智能加工工藝、投入智能加工設(shè)備、組建智能物流系統(tǒng)、創(chuàng)建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、培訓(xùn)智能制造流水線生產(chǎn)作業(yè)管理人員等等。

流水線的智能加工設(shè)備除了完成對零件的生產(chǎn)加工，還具備刀具磨損補(bǔ)償、刀具壽命預(yù)警。加工過程中設(shè)備出現(xiàn)故障或質(zhì)量超差，智能流水線均能作出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取一定的不影響正常的措施。刀具壽命預(yù)警、智能流水線工作簡圖智能加工設(shè)備信息管理系統(tǒng)構(gòu)造簡圖

智能加工設(shè)備是流水線的關(guān)鍵設(shè)備，它主要由信息采集及處理系統(tǒng)、分析與決策系統(tǒng)以及具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。智能加工設(shè)備與其他設(shè)備交流簡圖

在智能流水線中，智能加工設(shè)備與其他設(shè)備的信息交流功能是實現(xiàn)智能制造的重要環(huán)節(jié)。

經(jīng)濟(jì)高效性原則智能加工設(shè)備的維修保養(yǎng)原則

及時可靠性原則全生命周期性原則可推廣拓展性原則

智能化診斷原則

數(shù)字可視化3.2.3

智能加工設(shè)備維修技術(shù)1.

智能加工設(shè)備的維修保養(yǎng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和日常維護(hù)制度智能加工設(shè)備維修保養(yǎng)注意事項必須針對電柜門散熱通風(fēng)、定期檢查等維護(hù)工作智能加工設(shè)備自身配備有存儲電池，需要對其開展定期更換智能加工設(shè)備的機(jī)械部件，應(yīng)參照傳統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)進(jìn)行進(jìn)行經(jīng)常性的“漏油、漏液、漏氣”檢查檢測技術(shù)智能加工設(shè)備維修保養(yǎng)所依靠的技術(shù)控制系統(tǒng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)加工前對加工設(shè)備狀態(tài)做好評估和預(yù)測智能加工設(shè)備的階段性維護(hù)保養(yǎng)加工過程中對加工設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和分析加工完成后對加工設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)儲存設(shè)備狀態(tài)記錄，做好整理分析清理殘渣，進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)對易用損件進(jìn)行檢修，查驗庫存情況，及時報備2.

智能加工設(shè)備的故障處理智能加工設(shè)備的故障處理模型故障處理模型案例某智能加工設(shè)備電機(jī)故障預(yù)測模塊1.常規(guī)制造工藝3.3.1經(jīng)典加工工藝概述

智能制造是實現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化和創(chuàng)新，是信息化與工業(yè)化深度融合的進(jìn)一步提升。智能制造融合了信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)。智能制造的核心其實是實現(xiàn)制造工藝科學(xué)化、最優(yōu)化。

常規(guī)制造工藝是指常規(guī)機(jī)械制造領(lǐng)域中使用的一般制造工藝。這些工藝都是經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐形成的基本制造工藝，主要包括車削、鉆削、鏜削、刨削、銑削和磨削。3.3加工工藝的智能優(yōu)化2.特種加工技術(shù)

特種加工是依靠特殊能量（如電能、化學(xué)能、光能、聲能、熱能等）來進(jìn)行加工的方法，用以解決一些高熔點、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高韌性等用傳統(tǒng)加工方法難以加工的新材料以及一些高精度、高速度、耐高溫、耐高壓等特殊結(jié)構(gòu)零件的加工問題。其加工方法主要有電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工等。3.高速切削

指采用超硬材料的刀具和磨具，利用能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)。基本概念

在常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題，通過高速切削加工的應(yīng)用得到了解決。其切削速度、進(jìn)給速度相對于傳統(tǒng)的切削加工，以級數(shù)級提高，切削機(jī)理也發(fā)生了根本的變化，高速切削時，工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失，不但成倍提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率，而且進(jìn)一步改善了零件的加工精度和表面質(zhì)量，還能解決常規(guī)加工中某些特殊材料難以解決的加工問題。技術(shù)特點技術(shù)特點具

體

內(nèi)

涵生產(chǎn)效率有效提高高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率，單位時間材料切除率大大提高，可使加工時間大幅減少。大大降低切削力高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因而切削力較小，可減少剛性較差的零件的加工變形，使一些薄壁類精細(xì)工件的切削加工成為可能。加工質(zhì)量得到提高高速旋轉(zhuǎn)時刀具切削的激勵頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄。殘余應(yīng)力小，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。降低加工能耗，節(jié)省制造資源由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的加工時間短，從而提高了能源和設(shè)備利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例。簡化了加工工藝流程高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工。高速切削的技術(shù)特點關(guān)鍵技術(shù)高速主軸單元

高速切削機(jī)床主軸通常是在高于10000r/min的條件下高速運轉(zhuǎn)，在這樣高速運轉(zhuǎn)的條件下，以寬調(diào)速交流變頻電動機(jī)來實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床主軸的變速，從而使機(jī)床主傳動的機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化。在超高速數(shù)控機(jī)床中，幾乎無一例外地采用了主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，即采用無外殼電動機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電動機(jī)主軸（Build-inMotorSpindle），從而實現(xiàn)了變頻電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。高速主軸單元的支承軸承有滾動軸承、氣浮軸承、液體靜壓軸承和磁浮軸承四種類型。高速主軸軸承常用的潤滑方式有油脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑等方式。高速主軸單元如圖所示。高速進(jìn)給系統(tǒng)

實現(xiàn)高速切削加工要求機(jī)床工作臺有較高的進(jìn)給速度和運動加速度。直線電動機(jī)直接驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)沒有機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，沒有機(jī)械剛性摩擦，幾乎沒有反向間隙，提供了更高的進(jìn)給速度和更好的加減速特性，定位精度高，因而得到普遍應(yīng)用。此外，高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用小螺距、大尺寸，優(yōu)質(zhì)滾珠絲杠或粗螺距的多頭滾珠絲杠，可獲得較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速速度。高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)也趨向數(shù)字化、智能化和軟件化。新型機(jī)床結(jié)構(gòu)

高速切削要求機(jī)床系統(tǒng)中的部件都必須先進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下4個方面：①機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性高。②主軸和刀柄的剛性高。③控制單元要求采用32位或64位并行處理器。④可靠性與加工工藝高。高速CNC控制系統(tǒng)高速加工的CNC控制系統(tǒng)必須具有較高的運算速度和控制精度，以滿足復(fù)雜曲面型面的高速加工要求。高速切削刀具系統(tǒng)

高速切削所產(chǎn)生的熱量更多地向刀具傳遞，要求刀具具有良好的熱穩(wěn)定性。此外，由于高速切削時的離心力和振動的影響，刀具必須進(jìn)行嚴(yán)格的動平衡。在刀具設(shè)計時必須根據(jù)高速切削的要求，綜合考慮刀具材料的強(qiáng)度、剛度、精度以及耐磨性等因素。

高速切削常用刀具有：硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具加工狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

指對高速切削加工切削力、切削熱、刀具狀態(tài)及工件加工質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)控的傳感器技術(shù)，將高速切削加工過程中的切削力、切削熱、刀具狀態(tài)及工件加工質(zhì)量等進(jìn)行綜合建模，并對刀具狀態(tài)以及加工質(zhì)量進(jìn)行預(yù)報。高速切削數(shù)據(jù)庫

需要根據(jù)高速機(jī)床性能、工件材料性能、工件幾何形狀、刀具材料性能、刀具幾何參數(shù)、夾具、工件加工質(zhì)量要求等建立高速加工條件下的高速切削數(shù)據(jù)庫，有助于高速切削技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。高速切削技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用于大批量生產(chǎn)領(lǐng)域的加工；應(yīng)用于薄壁和細(xì)長類零件的加工；應(yīng)用于各種難加工材料的加工；應(yīng)用于超精密微細(xì)加工。智能加工的高速切削智能高速切削的本質(zhì)是，不同工件材料切削加工時的線速度進(jìn)入高速切削的速度區(qū)間，從而獲得優(yōu)于常規(guī)切削速度下的加工質(zhì)量和效率。智能高速切削必須使用智能刀具。智能高速切削應(yīng)采用智能加工工藝。3.3.2加工工藝的智能規(guī)劃

采取智能加工的生產(chǎn)方式，零件的工藝規(guī)程會與普通的工藝規(guī)程有所區(qū)別工藝過程發(fā)生改變1.加工工藝規(guī)程的智能化工藝規(guī)程的形式發(fā)生改變工序設(shè)計發(fā)生改變工序內(nèi)容發(fā)生改變加工階段、切削參數(shù)的選取及走刀方式的規(guī)劃發(fā)生改變在智能加工中，由于多數(shù)情況下要使用上下料機(jī)器人，夾具要求是自動動作的，這樣才能適應(yīng)柔性制造單元的各部分的動作節(jié)拍和動作程序的要求在智能加工中，大多采用在線自動量具在智能加工中，新的加工方法的出現(xiàn)（如銑螺紋、銑螺紋退刀槽、銑孔等）改變了工件工序的加工方式成組技術(shù)成組技術(shù)就是將許多各不相同，但又具有相似性的事物，按照一定的準(zhǔn)則分類成組，使若干種事物能夠采用同一解決方法，將相似的事物集中起來加以處理，可以減少重復(fù)性勞動和提高效率，從而達(dá)到節(jié)省人力、時間和費用的目的。

成組技術(shù)被公認(rèn)為是解決多品種、小批量生產(chǎn)的有效途徑。可充分利用數(shù)控系統(tǒng)和CAD/CAM軟件的功能。成組技術(shù)在制造工藝中主要用于編制成組工藝規(guī)程，設(shè)計成組工藝裝備，建立柔性制造系統(tǒng)，并且有利于實現(xiàn)計算機(jī)輔助工藝、工裝設(shè)計等。智能加工工藝規(guī)程的方向在將來的智能加工中，“基于特征的數(shù)控技術(shù)加工工藝的決策支持”是工藝規(guī)程的方向

基于對數(shù)據(jù)集成和數(shù)控技術(shù)加工工藝決策系統(tǒng)效率的要求，必須建立一種全新的信息承載體，該承載體不但能夠承載傳統(tǒng)的幾何信息，而且能夠承載工藝昕需要的其他信息，包括特征幾何信息和工藝特征信息兩大類系統(tǒng)需要對數(shù)控技術(shù)加工知識進(jìn)行總結(jié)抽象，以達(dá)到計算機(jī)存儲的要求，才能使得數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計系統(tǒng)得到知識的支持，從而達(dá)到對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計的輔助待續(xù)有了特征信息作為系統(tǒng)輸入，并建立了數(shù)控技術(shù)加工的知識庫與資源庫，系統(tǒng)就具備了對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計決策過程進(jìn)行輔助的基本條件

整個決策過程的核心是數(shù)控技術(shù)加工方法鏈的決策過程。由于本系統(tǒng)采用的數(shù)控技術(shù)加工工藝知識庫主要是依據(jù)不同的特征建立相對應(yīng)的加工方法鏈，所以數(shù)控技術(shù)加工工藝輔助決策的推理機(jī)制主要是采取演繹推理的形式。

數(shù)控技術(shù)加工工藝輔助決策推理方式是利用特征設(shè)計所給出的特征信息來匹配數(shù)控技術(shù)加工知識庫中符合條件的加工方法鏈，由用戶確定使用哪個數(shù)控技術(shù)加工方法鏈作為理想的加工方法鏈。續(xù)前工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)提取工藝數(shù)據(jù)清洗工藝數(shù)據(jù)變換工藝數(shù)據(jù)挖掘2.加工工藝數(shù)據(jù)規(guī)劃的一般流程主要由數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)挖掘和結(jié)果解釋評估等部分組成解釋評估工藝數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)挖掘的首要步驟是數(shù)據(jù)抽取，即把數(shù)據(jù)從工藝數(shù)據(jù)庫中抽取出來并以一定的格式存于一個中間數(shù)據(jù)存儲器。確定通過工藝數(shù)據(jù)挖掘所期望獲得的結(jié)果，即建立數(shù)據(jù)挖掘的目標(biāo)定義出合理的目標(biāo)模型，保證挖掘的質(zhì)量通過定義工藝數(shù)據(jù)抽取語言，規(guī)范對模型元數(shù)據(jù)、模型元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源元數(shù)據(jù)的關(guān)系描述3.加工工藝數(shù)據(jù)挖掘與信息采集技術(shù)工藝數(shù)據(jù)的自動抽取具體過程

CAPP系統(tǒng)通常具備工藝信息庫的建立與維護(hù)、工藝設(shè)計與管理的功能，企業(yè)應(yīng)用CAPP系統(tǒng)后，將整個工藝設(shè)計過程的數(shù)據(jù)都存儲在CAPP數(shù)據(jù)庫中。為了提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，進(jìn)而提高挖掘結(jié)果的質(zhì)量，需要對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，消除所選工藝數(shù)據(jù)的噪聲，保證工藝數(shù)據(jù)的完整性和一致性。工藝數(shù)據(jù)的預(yù)處理

工藝數(shù)據(jù)預(yù)處理是進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)挖掘前的工藝數(shù)據(jù)處理過程，根據(jù)工藝數(shù)據(jù)情況的不同可以有不同的處理過程。常用的工藝數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)主要有CAPP數(shù)據(jù)庫到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換技術(shù)、工藝數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、工藝數(shù)據(jù)變換技術(shù)等。工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)挖掘是工藝信息采集最重要的步驟。依據(jù)工藝信息采集的目標(biāo)確定工藝數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)和目的，根據(jù)工藝設(shè)計領(lǐng)域的要求確定采集的工藝信息類型選擇與確定采用什么樣的挖掘算法來實現(xiàn)搜索工藝數(shù)據(jù)中的模式和選擇相應(yīng)算法的參數(shù)，分析工藝數(shù)據(jù)并產(chǎn)生一個特定的模式或數(shù)據(jù)集工藝數(shù)據(jù)的挖掘目前，應(yīng)用在工藝信息采集方面的數(shù)據(jù)挖掘算法主要有支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分類、聚類、回歸分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則等。工藝數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果是數(shù)目很多的工藝模式，而這些工藝模式中有很多噪聲，需要依據(jù)用戶需求對模式進(jìn)行評估，以確定有效的、有用的模式，去掉不切題的模式，并將其轉(zhuǎn)換為有用模式。工藝信息采集的最終目的是為用戶服務(wù)的，所以還需要對模式進(jìn)行解釋，把工藝數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果轉(zhuǎn)換成易于人們理解的表達(dá)形式。經(jīng)過對模式評估、解釋之后，用戶可以理解的、符合實際和有價值的模式就形成資料。工藝資料解釋評估加工工藝知識庫包含加工工藝規(guī)則庫和加工工藝實例庫兩大部分，分別存儲了用于不同工藝設(shè)計階段所需要的資料，具有層次化、模塊化、典型推理性和不確定性的特征。加工工藝信息的推理與檢索是在加工工藝設(shè)計過程中利用加工工藝信息來解決加工工藝設(shè)計中問題的過程。首先，要在加工工藝信息中找到與問題答案接近的加工工藝信息，為了找到相近的解，必須對問題和工藝信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化的描述，即定義檢索約束和表示工藝信息；然后，通過智能檢索算法找到相近的加工工藝信息作為參考或樣板，并對其加以智能修訂來獲得工藝設(shè)計的解。4.基于加工工藝知識庫的工藝信息推理層次化、模塊化的加工工藝知識庫加工工藝信息的智能推理與檢索加工工藝信息的智能推理策略加工工藝信息的智能推理控制策略主要解決加工工藝信息推理過程中工藝信息的選擇與應(yīng)用的順序問題正向推理控制策略。其基本思想是，從已有的工藝信息、工藝實例和工藝數(shù)據(jù)出發(fā)，尋找可用工藝信息，通過沖突消解選擇可用工藝信息，執(zhí)行選擇的工藝信息，改變求解狀態(tài)，逐步求解直至問題解決。續(xù)前反向推理控制策略。其基本思想是：先假設(shè)一個結(jié)論，然后在工藝信息庫中找出那些結(jié)論部分和這個目標(biāo)相關(guān)的工藝信息集，再檢查工藝信息是否符合每條工藝信息的條件……混合推理控制策略。其思想為：先使用正向推理幫助選擇初始目標(biāo)，即從已知加工工藝事實演繹出部分結(jié)果，據(jù)此選擇一個結(jié)論，然后通過反向推理求解該結(jié)論。待續(xù)加工工藝信息的智能搜索算法

加工工藝信息的搜索方法分為盲目搜索和啟發(fā)式搜索。盲目搜索方法有廣度優(yōu)先搜索法和深度優(yōu)先搜索法，啟發(fā)式搜索方法有最好優(yōu)先搜索算法、局部擇優(yōu)搜索算法、與或樹的啟發(fā)式算法等。續(xù)前

在搜索中，工藝信息通常可以看成具有層次關(guān)系的樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即從某一節(jié)點出發(fā)的有向圖，搜索就是從該節(jié)點出發(fā)對有向圖的遍歷，搜索的目標(biāo)是尋找某些滿足一定條件的節(jié)點的集合。深度優(yōu)先搜索法是一種一直向下的搜索策略，它只對有限狀態(tài)空間類問題具有算法性，但是無可采納性：而廣度（寬度）優(yōu)先搜索法是從樹根向下一級一級依次無窮盡搜索的方法，只要存在目標(biāo)節(jié)點，就一定可以找到，因此它具有可采納性，只是搜索效率低。3.3.3加工性能的智能預(yù)測加工過程幾何仿真1.基于加工過程仿真的產(chǎn)品工藝性能可視化預(yù)測

加工過程幾何仿真技術(shù)是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，目前常用的建模方法有線框建模法、直接實體造型法、基于圖像空間的建模方法和離散矢量求交法。

直接實體造型法是直接用數(shù)學(xué)方法描述幾何體，保存幾何實體全部幾何信息，計算結(jié)果精確，可用于進(jìn)行各種幾何測量和處理。

基于圖像空間的建模方法是在窗口坐標(biāo)（視坐標(biāo)）下按平行透視原理進(jìn)行計算，其算法類似于計算機(jī)圖形學(xué)中的Z-Buffer消隱算法，該法在CAD/CAM軟件中應(yīng)用較普遍。

離散矢量求交法針對基于圖像空間建模方法和直接實體造型法的不足，用獨立的投影平面代替屏幕平面將幾何體離散，用離散點處的矢量代替幾何實體數(shù)據(jù)。加工過程物理仿真

加工過程物理仿真是在實際加工之前分析與預(yù)測各參數(shù)的變化及干擾因素對加工過程的影響，揭示加工過程的實質(zhì)，分析產(chǎn)品的成形性能，輔助在線檢測與在線控制，進(jìn)行工藝規(guī)程的優(yōu)化。加工過程物理仿真模型尚需完善加工過程物理仿真系統(tǒng)缺乏通用性加工過程物理仿真系統(tǒng)實用性差

加工過程物理仿真的主要內(nèi)容包括加工過程中實際切削力的變化規(guī)律、整個工藝系統(tǒng)的動態(tài)變化特點、刀具磨損、產(chǎn)品的成形性能、工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的影響及危險、異常情況（如切削顫振等）的預(yù)測等方面。未能與幾何仿真充分結(jié)合存在問題

只有加工過程幾何仿真與物理仿真的有機(jī)結(jié)合，才能構(gòu)成完整的虛擬加工過重仿真系統(tǒng)Kriging近似模型2.基于近似響應(yīng)面模型的產(chǎn)品工藝性能智能預(yù)測基于雙層更新Kriging模型的產(chǎn)品工藝性能智能預(yù)測

產(chǎn)品加工工藝優(yōu)化設(shè)計模型求解過程中往往需反復(fù)迭代并獲取目標(biāo)和約束醴中產(chǎn)品的性能指標(biāo)值，計算量巨大或?qū)嶒灣杀靖甙骸?/p>

為提高求解效率，可通過實驗設(shè)計獲取足夠多有代表性的樣本點，建立預(yù)測給定加工工藝條件下成形產(chǎn)品各性能指標(biāo)值的近似響應(yīng)面模型，以用于加工工藝優(yōu)化模型的求解。

近似表達(dá)為一個隨機(jī)分布函數(shù)和一個多項式之和，通過求解得到的值構(gòu)成的Kriging模型為擬合精度最優(yōu)的近似模型

為保證給定加工工藝條件下產(chǎn)品工藝性能預(yù)測的準(zhǔn)確性，采用雙層更新策略：首先，在設(shè)計空間全局誤差和局部誤差最大區(qū)域加入樣本點，更新近似模型確保全局精度滿足需求；然后，搜索近似最優(yōu)解并將其補(bǔ)入樣本點，再次更新近似模型，以確保近似最優(yōu)解附近區(qū)域的精度滿足要求。評價指標(biāo)初始權(quán)重確定3.基于模糊變權(quán)法的產(chǎn)品工藝性能智能綜合評價

產(chǎn)品性能包含很多方面，其具體指標(biāo)隨著用戶對產(chǎn)品功能需求的變化而改變。

對產(chǎn)品的表面性能進(jìn)行評價時，因其表面缺陷種類眾多，專家不能憑經(jīng)驗直接確定各缺陷因素的權(quán)重值，而往往通過對這些因素進(jìn)行兩兩比較來確定其相對重要性。采用層次分析法構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，經(jīng)過數(shù)學(xué)運算，可間接得到各缺陷因素的權(quán)重

選定n種可能缺陷作為產(chǎn)品工藝性能的評價因素，分析各缺陷因素的關(guān)系，建立遞階層次結(jié)構(gòu)；基本步驟

對同一層中各缺陷因素關(guān)于上—層某一評價準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣，計算各缺陷因素的初始權(quán)重，建立遞階層次結(jié)構(gòu)變權(quán)效用函數(shù)的設(shè)計

為真實地反映設(shè)計者對產(chǎn)品工藝性能進(jìn)行綜合評估時動態(tài)變化的模糊決策思維，采用變權(quán)模式來定義各缺陷因素的權(quán)重，通過否定、激勵和調(diào)整因子的設(shè)計．懲罰較劣的指標(biāo)，激勵較優(yōu)的指標(biāo)，并通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)因子來控制懲罰和激勵的力度。產(chǎn)品優(yōu)劣的評定

假定有m種待考察的產(chǎn)品加工工藝方案，對于給定的各種工藝方案，專家根據(jù)實驗結(jié)果評估其相應(yīng)的n種缺陷的嚴(yán)重程度，并將其表示為三元模糊數(shù)，從而獲得模糊關(guān)系矩陣。于是，可采用逼近理想點排序法（TOPSIS）評定各工藝方案下成形制品的工藝性能等級，將各工藝方案根據(jù)其與理想方案的貼近度大小進(jìn)行排序，以選取最優(yōu)的可行方案。算法描述

基于模糊變權(quán)法的工藝性能綜合評價算法具體步驟如下選定產(chǎn)品工藝性能的評價因素集采用層次分析法確定成形制品各類缺陷因素的初始權(quán)重確定各候選工藝方案下產(chǎn)品各類缺陷的嚴(yán)重程度，并采用三角模糊數(shù)進(jìn)行描述，構(gòu)造模糊決策矩陣根據(jù)產(chǎn)品缺陷的嚴(yán)重程度計算變權(quán)計算各加工工藝方案的模糊評價向量計算最嚴(yán)重和最輕微兩種缺陷極限狀態(tài)向量計算各加工工藝方案下產(chǎn)品工藝性能與上述兩極限狀態(tài)向量之間的距離，利用計算出的各工藝方案的產(chǎn)品工藝性能指數(shù)，并進(jìn)行優(yōu)選3.3.4加工參數(shù)的智能優(yōu)選加工藝參數(shù)優(yōu)化問題建模的變粒度策略1.

基于變粒度的加工工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型構(gòu)建

產(chǎn)品加工工藝參數(shù)的優(yōu)化需考慮產(chǎn)品質(zhì)量、原材料和能源的利用率、生產(chǎn)效率等眾多因素，加工工藝參數(shù)優(yōu)化過程中需確定的工藝參數(shù)繁多，因而是一個復(fù)雜工程系統(tǒng)的優(yōu)化問題。為獲得令人滿意的工藝方案，即采用一種由粗到細(xì)、逐步求精的“變粒度”或“變復(fù)雜度”的方法來處理。

所謂粒度，是指人類在解決和處理復(fù)雜問題時把大量復(fù)雜信息按其各自的特征和性能劃分而成的簡單信息塊。待續(xù)

從粒度的角度看，工藝設(shè)計者在對產(chǎn)品加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時往往需從若干不同粒度的世界分析問題，并尋求較為理想的解。其設(shè)計過程主要分為兩步：

明確所要達(dá)到的工藝設(shè)計目標(biāo)，并確定待考察的工藝參數(shù)變量

搜尋并獲取符合工藝設(shè)計目標(biāo)的工藝參數(shù)變量續(xù)前

工藝參數(shù)優(yōu)化過程中，設(shè)計者穿梭于不目粒度的信息世界中，通過反復(fù)實驗、修改工藝參數(shù)，確認(rèn)并調(diào)整所獲取或已經(jīng)獲取的信息或知識，而這些行為均由預(yù)期的工藝優(yōu)化目標(biāo)來驅(qū)動。加工工藝參數(shù)的變粒度多目標(biāo)優(yōu)化模型

對于工藝參數(shù)、工藝優(yōu)化目標(biāo)和約束函數(shù)繁多的加工工藝參數(shù)優(yōu)化問題，設(shè)計者難以一次性地準(zhǔn)確給出其最優(yōu)解，而往往是先在較為宏觀的層次上根據(jù)自身所積累的設(shè)計經(jīng)驗給出該優(yōu)化問題的粗粒度描述并進(jìn)行求解，通過反復(fù)實驗、修改工藝參數(shù)方案獲得對該工藝優(yōu)化問題不斷深人且規(guī)范化、完整化的認(rèn)識，逐漸細(xì)化描述該問題的粒度，最終獲得細(xì)粒度工藝參數(shù)優(yōu)化模型的最優(yōu)解。

采用變粒度策略構(gòu)建加工參數(shù)優(yōu)化問題所需的不同粒度模型的數(shù)量取決于該工藝參數(shù)問題的復(fù)雜度。對于工藝參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)量相對較少的優(yōu)化問題，只需建立粗粒度和細(xì)粒度兩種模型進(jìn)行求解；而對于工藝參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)個數(shù)較多的優(yōu)化問題，則需建立粗粒度、中粒度、細(xì)粒度乃至微粒度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。內(nèi)外表參數(shù)設(shè)計2.基于信噪比與TOPSlS的加工參數(shù)多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計

產(chǎn)品加工過程中涉及的工藝參數(shù)眾多，難以直接確定對產(chǎn)品質(zhì)量起決定作用的主要因素，因此，需先利用無交互作用的二水平正交表安排實驗，將各工藝參數(shù)的兩個水平分別選在中心和邊界位置，通過方差分析篩選出對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的若干個工藝參數(shù)作為穩(wěn)健設(shè)計中的可控因素，然后根據(jù)具體情況確定各可控因素的水平數(shù)和水平值，選擇合適的正交表進(jìn)行內(nèi)表實驗設(shè)計。

加工工藝參數(shù)在產(chǎn)品制造過程中可能受外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生誤差，故將上述篩選出的主要工藝參數(shù)（即可控因素）的誤差作為噪聲因素，即內(nèi)外表參數(shù)設(shè)計中噪聲因素與可控因素的數(shù)目相同。對于內(nèi)表的每組工藝參數(shù)方案，均考慮噪聲因素的基本值、上下偏差共三個水平，采用正交表安排其外表實驗，以深入分析產(chǎn)品加工過程中各可控因素的誤差對產(chǎn)品質(zhì)量的不良影響。信躁比計算

信噪比是日本田口玄一博士提出的衡量產(chǎn)品穩(wěn)健性的指標(biāo)，信噪比越大則產(chǎn)品越穩(wěn)健。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量特性的不同，信噪比函數(shù)具有三種不同形式。考慮到基于流動分析獲得的產(chǎn)品質(zhì)量特性指標(biāo)反映了產(chǎn)品中各類缺陷的嚴(yán)重程度，具有望小特性。

采用內(nèi)外表參數(shù)設(shè)計法進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計時，總實驗次數(shù)為內(nèi)外表實驗次數(shù)的乘積。因此需要進(jìn)行大量實驗。若對每次實驗方案均采用仿真分析軟件進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測，則在獲取各實驗方案下產(chǎn)品質(zhì)量特性指標(biāo)值的過程中必然涉及大規(guī)模的數(shù)值計算。且耗時過長。為克服此不足，在篩選出對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的主要工藝參數(shù)后，采用均勻設(shè)計表安排足夠次數(shù)的流動分析實驗，利用所獲得的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析，建立預(yù)測給定工藝參數(shù)方案下產(chǎn)品各質(zhì)量特性指標(biāo)值的二次多項式回歸模型，以避免內(nèi)外表實驗過程中反復(fù)進(jìn)行流動分析，并快速獲得計算信噪比所需的各質(zhì)量指標(biāo)值。穩(wěn)健優(yōu)化計算

確定產(chǎn)品的質(zhì)量評價指標(biāo)并利用流動分析求得各實驗方案下產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)值后，即可利用上式計算出內(nèi)表所有加工工藝方案下產(chǎn)品各質(zhì)量指標(biāo)所對應(yīng)的規(guī)范化信噪比，構(gòu)建樣本矩陣，然后運用TOPSIS求得各工藝方案相對于理想空間點逼近程度的大小，進(jìn)而獲得各設(shè)計方案的穩(wěn)健性能指數(shù)，并選出穩(wěn)健最優(yōu)的工藝設(shè)計方案。優(yōu)化問題描述回歸預(yù)測模型構(gòu)建內(nèi)外表實驗設(shè)計信噪比計算和決策矩陣生成算法步驟基于TOPSIS的加工參數(shù)穩(wěn)健性優(yōu)劣評定3.3.5智能加工過程的智能監(jiān)測機(jī)器視覺檢測方法與步驟1.

加工過程的機(jī)器視覺檢測參考基準(zhǔn)檢測方法需要一個參考標(biāo)準(zhǔn)模型，這是從原始設(shè)計文檔中獲得的，待檢查的對象被掃描然后與標(biāo)準(zhǔn)模型對比，可以很容易地檢測出待檢查對象的缺陷。這種方法的缺點是參考圖像存儲需要大量空間，且檢測時需要精確對準(zhǔn)，對于照明條件也十分敏感。非參考基準(zhǔn)檢測方法不需要任何參考模型，也稱為設(shè)計規(guī)則檢測方法，使用設(shè)計規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)來檢測掃描對象的特征。非參考基準(zhǔn)檢測方法可以避免參考基準(zhǔn)檢測方法的缺點，但可能會錯過不違反設(shè)計規(guī)則的缺陷。混合檢測方法融合了上述兩種檢測方法的特點，但其缺點在于使用過程太過復(fù)雜。檢測方法檢測步驟步驟具體內(nèi)容圖像采集通過工業(yè)相機(jī)獲取的圖像，包含所需信息并以數(shù)字化形式表達(dá)和存儲圖像處理

圖像獲取后，需要對其進(jìn)行預(yù)處理，以去除背景噪聲和不需要的信息。這一步驟也可應(yīng)用圖像復(fù)原技術(shù)，用以校正由采集系統(tǒng)（如工業(yè)相機(jī)）引入的幾何變形，以提高圖像質(zhì)量特征提取

一組已知的圖像信息的模式或特點，包括大小、位置、通過邊緣檢測的輪廓和連接，區(qū)域填充信息等。特征獲取需兼顧一些不重疊或不相關(guān)的特征，從而實現(xiàn)更好的分類：特征可以通過統(tǒng)計或其他計算技術(shù)(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊系統(tǒng))進(jìn)行分析，結(jié)果用于圖像的描述分析決策

將特征變量組合成新特征變量組可以減小特征量，盡管初始特征數(shù)量可能很大，但是數(shù)據(jù)的基本維數(shù)或固有維數(shù)也可能非常小。決策第一步是通過降低特征空間維數(shù)以達(dá)到問題的固有維數(shù)，使減小的特征集更接近最后決策。最終的特征識別、特征種類和計算值，取決于系統(tǒng)的具體應(yīng)用。例如，在加工過程的視覺檢測中，系統(tǒng)通過把待檢測量與已知圖像模板進(jìn)行比對，可以確定加工的零件是否滿足特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，該決策（如模型匹配）涉及閾值定義、統(tǒng)計分析或分類處理等方法機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)的部件組成，特別是PC平臺、聯(lián)網(wǎng)、備份和存儲美術(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化。PC平臺上運行功能強(qiáng)大的圖形用戶界面環(huán)境，與圖像處理加速器提供了以低成本構(gòu)建的強(qiáng)大的、用戶界面友好的機(jī)器視覺環(huán)境，它是機(jī)器視覺的核心技術(shù)。

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)開發(fā)將軟件和硬件工具整合成一個完整的應(yīng)用程序，在各種軟件和硬件廠商發(fā)行的各種組件的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來。。隨著新的硬件傳感器、采集卡和計算機(jī)的應(yīng)用，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)中高復(fù)雜度的算法可以實時開發(fā)出來。

機(jī)器視覺檢測的硬件系統(tǒng)主要采用商業(yè)產(chǎn)品，而不是定制開發(fā)，這減少了開發(fā)新產(chǎn)品的工作量和風(fēng)險，并允許對新硬件直接運用。特點具體體現(xiàn)多流程級別的支持

機(jī)器視覺檢測軟件必須能處理低級別（如濾波、閾值）、中等級別（如分割、特征計算）和高級別（如物體識別、圖像分類等）的檢測任務(wù)。操作簡便

圖形化用戶界面、可視化編程和代碼生成是實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)的典型特征，圖像處理功能必須按類型和范圍進(jìn)行分類，使一名非專業(yè)人員也可以實現(xiàn)相應(yīng)功能的選擇。動態(tài)范圍和幀速率支持

新類型的傳感器（如CMOS傳感器）提供高動態(tài)范圍和更快的圖像采集速率（例如，每像素16位而不是8位），處理軟件必須支持變幀率情況下高動態(tài)范圍的圖像處理。可擴(kuò)展性

軟件系統(tǒng)必須能夠以新的或更好的算法取代舊的算法，容易適配應(yīng)用程序的新要求，而無須額外的編程工作。專用硬件支持

軟件系統(tǒng)必須能夠適配硬件工作，以緩解計算密集型應(yīng)用中處理速度的問題。一旦過程呈現(xiàn)出高度時間約束或計算密集的特點，并超出了主處理器的處理能力，專用硬件（如DSP、專用集成電路、FPGA等）就會被啟用來減輕處理速度的問題。機(jī)器視覺檢測的軟件系統(tǒng)的特點機(jī)床熱特性檢測2.

加工過程的熱特性檢測與辨識

數(shù)控機(jī)床熱特性測量數(shù)據(jù)主要包括：機(jī)床各內(nèi)熱源作用下各部件的溫升、熱變形、溫度場變化和達(dá)到熱平衡時間等數(shù)據(jù)。數(shù)控機(jī)床熱特性檢測儀器和檢驗工具主要包括具有合適測量范圍、分辨率、熱穩(wěn)定性和精度的位移測量系統(tǒng)熱特性檢測儀器具有足夠分辨率和精度的溫度傳感器數(shù)控采集裝置檢測棒用來安裝位移傳感器的夾具

由于數(shù)控機(jī)床熱源的復(fù)雜性、多樣性，同時在機(jī)床的實際加工中出于成本考慮，對機(jī)床溫度傳感器測點的布置要求是

傳感器要盡可能地少溫度檢測點的布置

要確定所布置的傳感器能夠盡可能準(zhǔn)確地反映機(jī)床總體熱特性變化

為了充分發(fā)揮傳感器的性能，各個傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)要盡可能獨立，和其他傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)耦合度要小

最大限度提高后續(xù)熱變形計算的準(zhǔn)確性，要求傳感器測得的位置溫度相對于熱變形比較敏感，以降低測量誤差對熱變形的影響為了方便對后續(xù)溫度場監(jiān)控，可采用如下方法進(jìn)行測點的優(yōu)選通過數(shù)控機(jī)床熱特性數(shù)值模擬分析方法獲得機(jī)床的溫度場及熱變形計算待考察的測點之間溫度相關(guān)性系數(shù)，根據(jù)相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行分組求出待考察測點的熱敏感度，根據(jù)熱敏感度選擇每組中熱敏感度最大的位置作為熱特性監(jiān)控測點的實際布置位置。如果要求布置的測點個數(shù)小于分組數(shù)目，將每組中熱敏感度最大的點按熱敏感度由大到小排序，按要求布置的測點個數(shù)取靠前的測點即可

機(jī)床溫度場及熱變形是指在通過布置溫度傳感器及位移傳感器獲得測點的溫度及刀尖對于工件的位移，將測量中的所有測點作為最終熱特性監(jiān)控測點的初始待選測點。

機(jī)床溫度場及熱變形是指在通過布置溫度傳感器及位移傳感器獲得測點的溫度及刀尖對于工件的位移，將測量中的所有測點作為最終熱特性監(jiān)控測點的初始待選測點。

通過檢測獲得待測點的溫度變化情況X和刀尖位置相對于工件的變形量δ，設(shè)測量時按固定的采樣頻率進(jìn)行采樣，共采集N次，則第i個測點的溫度變化序列可表示為Xi={Xi1,Xi2,Xi3,…,Xi1N}。刀尖位置相對于工件的變形量可表示為Δ={δ1,δ2,δ3,…,δN}

機(jī)床主軸熱特性快速辨識方法通過對主軸上各溫度測量點上溫度數(shù)據(jù)的處理，獲取關(guān)鍵點的溫升曲線，實現(xiàn)熱特性快速辨識。機(jī)床主軸熱特性快速辨識方法包括以下步驟機(jī)床主軸熱特性快速辨識

在機(jī)床主軸上布置n個溫度測量點，在采樣間隔△t下得到各時間n個溫度測量點的溫度值，采樣次數(shù)為m，得到溫度采樣矩陣為（{T(t1)}，{T(t2)}，…，{T(tm)}，）

設(shè)定延時時間τ，τ=gΔt，g為正整數(shù)，s=m-2τ。

構(gòu)造兩個溫度采樣序列：

(Z)n×s=（{{T(t1)}-{{T(t1+τ)}，{{T(t2)}-{T(t2+τ)}}，…，{{T(ts)}-{T(ts+τ)}}}）n×s

(Z)n×s=（{{T(t1+τ)}-{{T(t1+2τ)}，{{T(t2+τ)}-{T(t2+2τ)}}，…，{{