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智能制造數控系統很關鍵

來源:中國自動化網 瀏覽次數: 日期:2017年7月11日 18:39

  隨著德國工業4.0的提出,智能制造成為制造技術發展的主攻方向。

  中國制造2025和美國工業互聯網等都從國家的戰略角度明確了智能制造的核心地位,并且相互間技術的交流與標準融合不斷加深。特別是我國從制造大國向制造強國的轉型更加迫切,著力發展智能裝備和智能產品,推進生產過程智能化,成為實現中國制造2025目標的關鍵,其中十大重點領域就包括高檔數控機床和機器人,所以面向智能制造的數控技術成為需要優先解決的重要課題。

  實現智能制造的核心是信息處理和物理過程的深度融合,傳統制造過程主要是在實體空間依靠生產設備制造產品,設備和過程本身很少或不產生數據,即使很少的數據信息也處于割裂狀態,制造效率和自動化程度的提高主要靠物理設備。隨著網絡信息技術的發展,逐步發展為通過物聯網和互聯網進行人與人、人與機、機與機的協同和交互模式,進一步建立物理設備和過程的數字模型,不斷進行仿真和優化,提高生產效率和效益,這就是所謂的CPS(CyberPhysicalSystems)信息物理融合系統。面向智能制造的數控系統必然是以CPS為基礎構建,它不再僅僅是機床設備的控制系統,而是成為工廠甚至整個智慧城市的一個智能節點。

  什么是智能制造目前還沒有統一的認識,相關文獻主要從智能制造具有的特征方面來描述。1988年日本通產省(MITI)提出智能制造系統(intelligentmanufacturingsystem,IMS)的設想,1989年形成國際合作項目正式文件,旨在21世紀全球化的大趨勢下通過國際合作共同研發新一代制造系統,迎接新世紀全球變化的挑戰。20世紀90年代IMS項目對未來工廠的構思,已經大致涵蓋今天智能制造的內涵。

  智能制造是一個系統,它不僅僅是智能技術的組合,也不僅僅局限在生產制造的業務領域,它是以融合了當前最新技術,貫穿研發、制造、客戶服務等的全價值鏈領域。所以數控系統的智能化就不能僅僅從制造環節本身考慮,提高其工藝柔性、質量和效率,還要從整個系統的角度考慮。特別是我國數控系統廠商和研究機構,在傳統制造技術本身落后于先進發達國家,如何在新模式和理念的引導下實現超越成為數控系統發展的新路徑。基于互聯網和計算機技術的“互聯網+”恰是技術升級中一個非常重要突破點。如何發揮中國的互聯網和制造融合的優勢將會成為制造業轉型升級的重要路徑。

  在中國信息物理系統白皮書中提出的構成CPS的四大核心要素,“一硬”(感知和自動控制)、“一軟”(工業軟件)、“一網”(工業網絡)、“一平臺”(工業云和智能服務平臺),通過狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行四個過程解決生產制造、應用服務過程中的復雜性和不確定性問題,提高資源配置效率,實現資源優化(圖1)。狀態感知就是通過各種各樣的傳感器感知物質世界的運行狀態;實時分析就是通過工業軟件實現數據、信息、知識的轉化;科學決策就是通過大數據平臺實現異構系統數據的流動與知識的分享;精準執行就是通過控制器、執行器等機械硬件實現對決策的反饋響應。

  CPS具有明顯的層級特征,小到一個智能部件、一個智能產品,大到整個智能工廠都能構成信息物理系統。信息物理系統建設的過程就是從單一部件、單機設備、單一環節、單一場景的局部小系統不斷向大系統、巨系統演進的過程。CPS分為單元級、系統級、系統之系統SoS(SystemofSystems)級三個層次。雖然數控機床可看成由多個具有單元級的主軸單元、進給單元以及冷卻系統等單元組成,但這些單元在系統中不具獨立承擔任務的功能,所以將數控系統看成單元級CPS更容易理解制造系統及制造生態系統的三層架構。

CPS本質

  在互聯網技術的推動下,越來越多的新興商業模式不斷涌現。其中最具代表性的就是“分享經濟”,它給我們帶來了基于分享模式的新業態,例如在汽車、房產等領域出現的APP打車、APP租房等互聯網的分享應用模式。在制造業,互聯網和新經濟模式如何落地?如何適應“分享經濟”將會成為一個重要的研究內容。

  智能手機的出現使得互聯網相關產業進入了一個爆發式的增長,新興商業模式不斷出現,智能終端在技術上的突破在其中起到了極其重要的作用,所有互聯網相關的應用和技術都離不開通過智能終端與人建立的鏈接。而在機床行業中,鏈接人與設備的智能終端正是數控機床的大腦數控系統,所以以CPS架構研發面向智能制造的數控系統,并以此構建起制造生態系統是實現智能制造的可行路線。

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