《智能制造技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第6章 智能制造裝備

智能制造技術(shù)基礎(chǔ)第6章智能制造裝備本章要點(diǎn)1.概述2.智能數(shù)控機(jī)床3.工業(yè)機(jī)器人4.3D打印設(shè)備5.智能生產(chǎn)線與智能工廠6.智能制造裝備發(fā)展及其應(yīng)用6.1概述16.1概述智能制造概述圖智能制造是人工智能技術(shù)與制造技術(shù)的結(jié)合，是面向產(chǎn)品全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、預(yù)測(cè)、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、成本及交貨期等目標(biāo)優(yōu)化。6.1概述

實(shí)現(xiàn)智能制造的利器就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的工具軟件和制造裝備，包括以下類型：1）計(jì)算機(jī)輔助工具，如CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試，如ICT信息測(cè)試、FCT功能測(cè)試）等；2）計(jì)算機(jī)仿真工具，如物流仿真、工程物理仿真（包括結(jié)構(gòu)分析、聲學(xué)分析、流體分析、熱力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)分析、復(fù)合材料分析等多物理場(chǎng)仿真）、工藝仿真等；3）工廠/車間業(yè)務(wù)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，如ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）/PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）等；4）智能裝備，如高檔數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人、增材制造裝備（3D打印機(jī)）、智能傳感與控制裝備、智能檢測(cè)與裝配裝備、智能物流與倉儲(chǔ)裝備等；5）新一代信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景1、全球智能制造已興起我國(guó)已經(jīng)成為世界工廠，制造業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差異使我國(guó)只能從事勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，效率低、利潤(rùn)少。所以智能制造裝備是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。智能制造裝備系統(tǒng)的主要特征體現(xiàn)了制造業(yè)生產(chǎn)的智能化，意味著從本質(zhì)上提高生產(chǎn)效率，我國(guó)也將大力發(fā)展。智能制造裝備是具有感知、分析、推理、決策和控制功能的制造裝備的統(tǒng)稱，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)在裝備產(chǎn)品上的集成和融合，體現(xiàn)了制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求。智能制造裝備的水平已成為當(dāng)今衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。6.1概述因?yàn)樽灾鲃?chuàng)新不足，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較落后及能源消耗過大等劣勢(shì)，使我國(guó)人力成本較低，只能從事低端制造業(yè)，效率較低，收入較少。而制造業(yè)價(jià)值鏈高端被發(fā)達(dá)國(guó)家控制，能獲取高額利潤(rùn)。所以，制造強(qiáng)國(guó)構(gòu)筑“綠色貿(mào)易壁壘”、“技術(shù)壁壘”，通過嚴(yán)格的市場(chǎng)準(zhǔn)入和限制條件，鉗制欠發(fā)達(dá)國(guó)家制造產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售。美國(guó)目前正在努力重振制造業(yè)。2017年底的稅制改革中，美國(guó)將企業(yè)稅率從35%下調(diào)至21%，令企業(yè)將部分生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到美國(guó)的意愿有所增強(qiáng)，對(duì)我國(guó)制造業(yè)造成嚴(yán)重威脅。2、我國(guó)自主創(chuàng)新不足、與發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)差距較大中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)差距主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

一是自主創(chuàng)新不足。我國(guó)裝備制造業(yè)在自主創(chuàng)新方面明顯不足，完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品稀缺，原創(chuàng)技術(shù)及基礎(chǔ)研究較少，關(guān)鍵技術(shù)及核心部件依賴進(jìn)囗，對(duì)外依存度較高。

二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)待改善。體現(xiàn)在中低端產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)業(yè)的保障能力不能得到有效滿足，尤其是先進(jìn)裝備及核心部件、高性能材料以及高技術(shù)制造工藝等方面，導(dǎo)致我國(guó)裝備制造業(yè)中低端市場(chǎng)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重。

三是能源消耗較大。由于長(zhǎng)期的粗放式發(fā)展，而且受制于在環(huán)保技術(shù)開發(fā)、環(huán)境保護(hù)投入、企業(yè)社會(huì)責(zé)任制度建設(shè)缺失等方面與制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相差較大。中國(guó)裝備自給率雖然達(dá)到了85%，但主要集中在中低端領(lǐng)域。中國(guó)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)與國(guó)外的技術(shù)差距至少在10年以上。裝備制造業(yè)是國(guó)之重器，是制造業(yè)的基石。美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本等世界發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛實(shí)施了以重振制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，頒布了一系列以智能制造為核心的國(guó)家戰(zhàn)略。2018年11月，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類（2018）》，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)被納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)覆蓋范圍3、人口紅利遞減人口老齡化、工資高企導(dǎo)致勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)減弱，智能制造提高生產(chǎn)效率勢(shì)在必行。近幾年中國(guó)勞動(dòng)力人口逐年遞減，2013年中國(guó)勞動(dòng)力人口為73.9%，預(yù)計(jì)至2023年將降至70%左左右。同時(shí)，

近幾年，我國(guó)城鎮(zhèn)私營(yíng)企業(yè)人員年平均工資不斷上漲，2018年全國(guó)城鎮(zhèn)私營(yíng)單位就業(yè)人員年平均工資為49574元，比上年增加3814元，名義增長(zhǎng)8.3%，用工成本上漲迫使企業(yè)主動(dòng)選擇智能裝備節(jié)省人工成本。而隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本不斷降低，成本回收期逐年減少，從2012年成本回收期為5.2年，至2020年有望下降至0.77年。

1、智能制造裝備已經(jīng)形成了完善的產(chǎn)業(yè)鏈，包括關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件、智能化高端裝備、智能測(cè)控裝備和重大集成裝備四大環(huán)節(jié)。

智能制造系統(tǒng)集成我國(guó)智能制造裝備市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀6.1概述目前，我國(guó)的智能制造裝備主要分布在工業(yè)基礎(chǔ)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。在政策東風(fēng)吹拂下，我國(guó)正在形成珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海和中西部四大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，產(chǎn)業(yè)集群將進(jìn)一步提升各地智能制造的發(fā)展水平。2、智能化高端裝備市場(chǎng)份額高智能化高端裝備在我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)中處于核心環(huán)節(jié)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的重要支撐，是推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵引擎。近幾年，我國(guó)智能化高端裝備仍占據(jù)最高份額，關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件份額提升。

智能制造裝備存在的3大問題：一是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在差距。我國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，新型傳感、先進(jìn)控制等核心技術(shù)受制于人，在新技術(shù)和新產(chǎn)品的研發(fā)上，多數(shù)仍跟國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，技術(shù)上仍存一定的差距。二是企業(yè)規(guī)模小，競(jìng)爭(zhēng)力弱。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)在我國(guó)起步晚，國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)數(shù)量少，產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)小，競(jìng)爭(zhēng)力弱，缺乏具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)，僅少數(shù)企業(yè)發(fā)展到一定的實(shí)力。三是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，缺乏行業(yè)內(nèi)的支持。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，行業(yè)內(nèi)的配套企業(yè)整體實(shí)力較弱。一些優(yōu)勢(shì)企業(yè)在系統(tǒng)的整體技術(shù)與集成能力上有所突破，但一些核心部件的制造仍缺乏國(guó)內(nèi)企業(yè)的配套支持，仍受制于國(guó)外企業(yè)。智能制造裝備細(xì)分行業(yè)根據(jù)德勤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國(guó)工業(yè)企業(yè)智能制造五大部署重點(diǎn)依次為：數(shù)字化工廠（63%）、設(shè)備及用戶價(jià)值深挖（62%）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（48%）、重構(gòu)生態(tài)及商業(yè)模式（36%）以及人工智能（21%）。從相關(guān)技術(shù)來看，受訪企業(yè)所關(guān)注的相關(guān)技術(shù)包括工業(yè)軟件、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等。工業(yè)機(jī)器人人力成本的上漲是推動(dòng)電子行業(yè)機(jī)器換人的主要因素；同時(shí)，隨著工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的加速帶來了工業(yè)機(jī)器人價(jià)格的下降。據(jù)全球預(yù)測(cè)和定量分析公司牛津經(jīng)濟(jì)研究院（Oxford

Economics）發(fā)布的報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)未來10年，機(jī)器人將代替全球2000萬個(gè)制造業(yè)崗位，每一個(gè)新機(jī)器人進(jìn)入勞動(dòng)力市場(chǎng)，將平均有1.6名制造工人被替換。其中，中國(guó)已占據(jù)世界工業(yè)機(jī)器人的五分之一，每三個(gè)進(jìn)入勞動(dòng)力市場(chǎng)的新機(jī)器人中就有一個(gè)安裝在中國(guó)。到2030年，中國(guó)將有1400萬機(jī)器人被投入使用，較世界其它地區(qū)處于領(lǐng)先地位。我國(guó)智能制造裝備市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀6.1概述3、關(guān)鍵裝備發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)工業(yè)機(jī)器人約占全球市場(chǎng)份額三分之一，連續(xù)六年成為全球第一大應(yīng)用市場(chǎng)。2018年，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量達(dá)到14.8萬臺(tái)，占全球產(chǎn)量的38%以上。根據(jù)中國(guó)電子學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)144億美元，其中中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)42.5億美元，占比達(dá)到29.5%。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造可實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造業(yè)價(jià)值鏈的智能化，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。2018年中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到5313億元，根據(jù)中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的測(cè)算，預(yù)計(jì)到2020年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到萬億量級(jí)。作為推動(dòng)制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的重要抓手，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的理念和重要性逐漸被產(chǎn)業(yè)界所認(rèn)識(shí)，全球各類產(chǎn)業(yè)主體積極布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以搶占發(fā)展制高點(diǎn)。在政策、技術(shù)等因素的推動(dòng)下，中國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)一批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，產(chǎn)業(yè)體系已初步完善。人工智能人工智能+制造業(yè)——?jiǎng)?chuàng)造“智造”新業(yè)態(tài)。中國(guó)人工智能邁向了2.0階段，以通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系在一起的一套巨大的智能系統(tǒng)為標(biāo)志。從智能制造業(yè)角度出發(fā)，人工智能技術(shù)正在深入改造制造行業(yè)。新一代人工智能技術(shù)與制造業(yè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合，成為應(yīng)用市場(chǎng)一大亮點(diǎn)，催生了智能裝備、智能工廠、智能服務(wù)等應(yīng)用場(chǎng)景。近年來，中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，跟據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)，2015年到2018年中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模復(fù)合平均增長(zhǎng)率為54.6%，高于全球平均水平（約36%）。2018年，中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到415.5億元。其中，企業(yè)技術(shù)集成與方案提供、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域據(jù)發(fā)展火熱。截至2019年2月，人工智能企業(yè)廣泛分布在18個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，上述兩個(gè)領(lǐng)域企業(yè)數(shù)占比最高，分別達(dá)到15.7%和10.5%。3D打印其集合了大規(guī)模生產(chǎn)的高效和手工生產(chǎn)的靈活等優(yōu)點(diǎn)，制造業(yè)的全流程都可以引入3D打印，能實(shí)現(xiàn)制造過程的高效率和低成本，代表了智能制造的未來發(fā)展方向。近年來，我國(guó)3D打印行業(yè)發(fā)展迅速，從2013年3.2億美元的市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展到2018年的23.6億美元，5年的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到49.1%。2018年國(guó)內(nèi)3D打印行業(yè)收入排名第一的先臨三維營(yíng)收為3.63億元，僅為國(guó)際巨頭Stratasys的7%，進(jìn)口替代還有較大提升空間。激光切削金屬切削機(jī)床是目前主流的機(jī)床產(chǎn)品，全球銷量占全部機(jī)床的比例達(dá)到52.48%。2018年我國(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)銷同比分別下降24%和25%，2019年上半年均同比下降了10%左右。激光加工作為一種高精度、高效率的材料加工方式，隨著激光設(shè)備技術(shù)提升，應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)于傳統(tǒng)刀具式金屬切削機(jī)床的替代率有望不斷提升。假定激光切削比傳統(tǒng)金屬切削機(jī)床效率提升3倍，則保有量上限合計(jì)約325萬臺(tái)，假定滲透率分別達(dá)到15%、25%、50%，單臺(tái)激光器均價(jià)為26/13/6.5萬元，測(cè)算得用于金屬切削的激光器市場(chǎng)空間總?cè)萘孔罡呖蛇_(dá)4000億元。智能制造系統(tǒng)解決方案智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商在智能制造的推進(jìn)過程中起到至關(guān)重要的作用。2017年，中國(guó)智能制造系統(tǒng)解決方案市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1280億元，同比增長(zhǎng)20.8%；2018年市場(chǎng)規(guī)模約為1560億元，同比增長(zhǎng)21.9%。

受益于用戶數(shù)字化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，用于研發(fā)、物流、服務(wù)等環(huán)節(jié)的智能制造系統(tǒng)解決方案也在加強(qiáng)，相關(guān)環(huán)節(jié)智能制造系統(tǒng)解決方案的應(yīng)用比例有所提升。排名前五位的智能制造系統(tǒng)解決方案的是：柔性裝配系統(tǒng)、加工環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)、智能輸送系統(tǒng)、智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)以及企業(yè)資源計(jì)劃（ERP），占比分別為18%、13%、10%、9%、8%。智能制造裝備主要特征6.1概述智能裝備制造將體現(xiàn)在五大方向：（1）生產(chǎn)方式的智能化，在生產(chǎn)方式上，智能工廠及智能設(shè)備的普及和配備才能真正實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。（2）管理實(shí)現(xiàn)智能化需要在生產(chǎn)管理及物流管理等領(lǐng)域結(jié)合人工智能等實(shí)現(xiàn)機(jī)器賦能，讓管理效率同時(shí)有更大程度提升。（3）產(chǎn)品的智能化體現(xiàn)在芯片、傳感器、機(jī)器視覺等新型人工智能產(chǎn)業(yè)。（4）定制化生產(chǎn)和產(chǎn)品追溯將成為智能制造的新業(yè)態(tài)新模式。（5）服務(wù)將同步實(shí)現(xiàn)智能化，具體體現(xiàn)在在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷及云服務(wù)方面?？傮w來看，實(shí)現(xiàn)徹底智能化制造裝備主要?dú)v經(jīng)三個(gè)階段，智能工廠到數(shù)字化工廠最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠。2016裝備制造領(lǐng)域十大亮點(diǎn)1、載人航天工程再續(xù)佳績(jī):神舟十一號(hào)載人飛船及天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室等發(fā)射成功2、我國(guó)已形成較為完整北斗產(chǎn)業(yè)體系:北斗芯片跨入40納米新時(shí)代行業(yè)應(yīng)用方面，已在關(guān)系國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全的重點(diǎn)領(lǐng)域開展北斗行業(yè)/區(qū)域示范應(yīng)用，在海上運(yùn)輸、氣象、漁業(yè)、公共安全、民政減災(zāi)救災(zāi)、林業(yè)等11個(gè)行業(yè)進(jìn)行示范，在珠三角、京、陜、湘、貴、鄂、蘇等17個(gè)區(qū)域的示范正全力實(shí)施。僅在已完成的交通公路運(yùn)輸示范項(xiàng)目中，就已在長(zhǎng)途客車、旅游包車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車等重點(diǎn)領(lǐng)域累計(jì)推廣安裝300萬套北斗兼容終端。3、科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)突破：我國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡落成啟用4、國(guó)產(chǎn)中低速磁浮鐵路發(fā)展喜人：長(zhǎng)沙、北京最搶眼5、大飛機(jī)領(lǐng)域重大成果：全球在研最大水陸兩棲飛機(jī)總裝下線作為當(dāng)今世界在研的最大一款水陸兩棲飛機(jī)，AG600機(jī)身長(zhǎng)37米、翼展達(dá)38.8米，與波音737相當(dāng)。最大起飛重量53.5噸，最大巡航速度500公里／小時(shí)，最大航時(shí)12小時(shí)，最大航程4500公里。6、數(shù)控機(jī)床新亮點(diǎn)：世界首創(chuàng)i5智能機(jī)床M8系列問世2016年中國(guó)數(shù)控機(jī)床展上沈陽機(jī)床集團(tuán)首次推出世界首創(chuàng)平臺(tái)型i5智能機(jī)床M8系列成為亮點(diǎn)，平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全部六種類型的i5智能機(jī)床的接入。據(jù)了解，得益于沈陽機(jī)床自主研發(fā)的i5技術(shù)，iSESOL平臺(tái)上已經(jīng)接入數(shù)千臺(tái)i5智能裝備。7、新能源汽車強(qiáng)勢(shì)發(fā)展：產(chǎn)銷量繼續(xù)保持全球領(lǐng)先8、工業(yè)機(jī)器人銷量繼續(xù)增長(zhǎng)：3C與汽車成主戰(zhàn)場(chǎng)焊接和釬焊是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用的第二大領(lǐng)域，約占總銷量的13.8%。3C制造業(yè)和汽車制造業(yè)是國(guó)內(nèi)產(chǎn)機(jī)器人的主要市場(chǎng)。從應(yīng)用行業(yè)看，3C制造業(yè)和以汽車零部件及配件制造、汽車整車制造為代表的汽車制造業(yè)，在國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人銷售總量中的占比最高，分別占30%和12.6%。特別是3C制造業(yè)，占比較上年同期提高近20個(gè)百分點(diǎn)。9、光伏裝機(jī)躍居世界首位：總量突破4318萬千瓦。10、超級(jí)計(jì)算機(jī)顯神威峰值運(yùn)算速度超過10億億次。6月20日，在最新發(fā)布的第47屆超級(jí)計(jì)算500強(qiáng)排行榜上，我國(guó)自主研制的“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)成為新的世界冠軍。而“神威·太湖之光”采用的處理器是由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程中心研制成功的，全面采用國(guó)產(chǎn)眾核處理器和操作系統(tǒng)，是軟硬件完全國(guó)產(chǎn)化的超級(jí)計(jì)算機(jī)。也是我國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后全球第三個(gè)采用自主CPU建成千萬億級(jí)別超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)家。6.2智能數(shù)控機(jī)床26.2.1智能數(shù)控機(jī)床概念6.2.3智能機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)6.2.4智能機(jī)床及其應(yīng)用案例6.2.2智能制造與i5智能機(jī)床6.2.1智能數(shù)控機(jī)床概念智能數(shù)控機(jī)床概述圖智能機(jī)床指的是以人為核心，在一定程度上科學(xué)合理的應(yīng)用智能決策、智能執(zhí)行以及自動(dòng)感知等方式。智能機(jī)床能對(duì)其自身的職能監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、自動(dòng)感知以及最終決策，確保整個(gè)加工制造過程趨向于高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低耗、優(yōu)質(zhì)等目標(biāo)。智能機(jī)床借助溫度、加速度和位移等傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)床工作狀態(tài)和環(huán)境的變化，實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，優(yōu)化切削參數(shù)，抑制或消除振動(dòng)，補(bǔ)償熱變形。智能機(jī)床是工廠網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)/終端，可實(shí)機(jī)床之間和車間管理系統(tǒng)的相互通信，提高生產(chǎn)系統(tǒng)效率和效益。生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)機(jī)床與機(jī)床、機(jī)床與各級(jí)管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信，機(jī)床融入企業(yè)的組織和管理。當(dāng)前，世界領(lǐng)先的機(jī)床制造廠商都在大力研發(fā)智能機(jī)床產(chǎn)品，智能化已經(jīng)成為高端數(shù)控機(jī)床的標(biāo)志。機(jī)床智能化解決的主要問題是：（1）提高加工效率，優(yōu)化切削參數(shù)，抑制振動(dòng)，充分發(fā)揮機(jī)床的潛力。（2）提高加工精度，防止熱變形、測(cè)量機(jī)床的空間精度并加以自動(dòng)補(bǔ)償。（3）保證機(jī)床運(yùn)行安全，防止刀具、工件和部件相互碰撞和干涉。（4）改善人機(jī)界面，擴(kuò)大數(shù)控系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)其他各類輔助加工和管理功能。山崎馬扎克于1981年在世界上首次實(shí)現(xiàn)了以日常用語、并且是以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行編程，開發(fā)研制出MAZATROL數(shù)控系統(tǒng)。此后于1998年推出了世界上首次問世的將PC和CNC融為一體的64位CPU數(shù)控系統(tǒng)，以及目前最新的并廣泛在MAZAK機(jī)床產(chǎn)品上搭載使用的具有高度智能化的MAZATROLMATRIX數(shù)控系統(tǒng)。MAZAK智能化功能主要有以下幾個(gè)方面：1.人機(jī)對(duì)話編程在數(shù)控系統(tǒng)中內(nèi)置專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可根據(jù)加工零件材質(zhì)及形狀描繪，自動(dòng)生成最佳的加工模式，刀具選擇和切削條件參數(shù)。同時(shí)可以在機(jī)床上進(jìn)行模擬加工，確認(rèn)走刀路徑的正確性和模擬加工時(shí)間,大幅降低操作人員編程難度和試加工準(zhǔn)備效率。2.智能振動(dòng)抑制技術(shù)采用加速度計(jì)調(diào)整其時(shí)間常數(shù)與機(jī)械特性匹配（機(jī)械固有振動(dòng)頻率），可以將機(jī)床加減速引起的機(jī)械振動(dòng)消除，在提升了加工表面質(zhì)量的同時(shí)也大幅減少刀具的磨損。3.智能熱屏障技術(shù)以機(jī)床溫度為基準(zhǔn)溫度，通過熱變位補(bǔ)償、主軸冷卻裝置同時(shí)控制，使得長(zhǎng)時(shí)間加工精度保持穩(wěn)定。4.虛擬加工機(jī)床、工件、刀具3D模型下，實(shí)現(xiàn)加工程序與實(shí)際加工環(huán)境一樣模擬加工。從而在實(shí)際加工前，檢查加工中可能出現(xiàn)的干涉、加工使用的刀具以及實(shí)際機(jī)床模型在模擬加工時(shí)可以實(shí)際顯現(xiàn)。5.智能安全保護(hù)手動(dòng)操作時(shí)的誤操作引起的干涉可以使用此功能來防止。手動(dòng)操作時(shí)，3D模型同時(shí)檢查，干涉前停止。6.智能語音導(dǎo)航CNC內(nèi)部設(shè)置揚(yáng)聲器，通過真人語音向操作者提示作業(yè)。機(jī)床開機(jī)后從問候語開始到操作注意事項(xiàng)，讓操作人員面對(duì)的不再是冷冰冰的機(jī)器，而是一個(gè)可以互動(dòng)的工作伙伴。7.智能維護(hù)保養(yǎng)支持（1）機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的記錄，包括自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，停機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間，故障維修時(shí)間等。（2）機(jī)床部件單元運(yùn)行狀況管理，比如主軸總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，ATC換刀次數(shù)等。（3）圖解維修支持，可在機(jī)床發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，顯示畫面自動(dòng)彈跳出故障點(diǎn)的位置、報(bào)警號(hào)和報(bào)警說明。（4）消耗品管理，可對(duì)各類機(jī)床所需油品、濾網(wǎng)濾芯等消耗品設(shè)定壽命周期，自動(dòng)提醒作業(yè)人員及時(shí)進(jìn)行更換。（5）主軸運(yùn)轉(zhuǎn)管理，可對(duì)主軸的負(fù)載、溫度及振動(dòng)等進(jìn)行有效監(jiān)控管理，使其可靠穩(wěn)定運(yùn)行。8.智能遠(yuǎn)程診斷通過電信3G網(wǎng)絡(luò)建立起用戶機(jī)床和設(shè)備廠家服務(wù)的無線連接。當(dāng)用戶機(jī)床發(fā)生定義范圍內(nèi)的故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息會(huì)以郵件形式自動(dòng)發(fā)送至MAZAK的售后服務(wù)中心；在線服務(wù)中心人員根據(jù)報(bào)警信息和用戶聯(lián)絡(luò)，并通過無線遠(yuǎn)程方式指導(dǎo)客戶排除故障。9.智能化生產(chǎn)管理軟件將技術(shù)、銷售、生產(chǎn)及管理的各個(gè)部門網(wǎng)絡(luò)化，通過在部門之間的信息共享，縮短生產(chǎn)的周期時(shí)間，從而大幅度降低成本。例如，不僅能在加工機(jī)器上從相關(guān)部門獲取或者查詢圖樣信息、加工信息及裝夾信息，還能利用加工機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、進(jìn)展情況等數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理、并且還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。MAZAK開發(fā)應(yīng)用了智能生產(chǎn)中心CPC軟件（CYBERPRODUCTIONCENTER)，有效地解決了機(jī)械加工工廠最實(shí)際和困擾生產(chǎn)效率的４個(gè)方面問題。1.MatrixCam智能程序編輯管理(1)在電腦端使用圖樣導(dǎo)入輔助及人機(jī)對(duì)話的方式編輯機(jī)床切削所需的程序。(2)程序編制完成可以三維模擬檢查加工程序，展開刀具清單和機(jī)加工時(shí)間。(3)統(tǒng)一的程序管理功能，同時(shí)可以將程序、工時(shí)、刀具清單等信息進(jìn)行存儲(chǔ)。(4)程序編輯完成后可以自動(dòng)決定刀具接近位置、自動(dòng)決定切削條件。2.CyberSchedule智能日程管理(1)根據(jù)每臺(tái)機(jī)床的狀況全自動(dòng)排產(chǎn)。(2)根據(jù)編程軟件計(jì)算出的工時(shí)信息確定完成時(shí)間。(3)遇到緊急加工的零件可以手工調(diào)整作業(yè)計(jì)劃。(4)可以將作業(yè)計(jì)劃直接下達(dá)給相關(guān)機(jī)床。(5)同時(shí)可以把作業(yè)準(zhǔn)備傳遞給機(jī)床。(6)機(jī)床可在客戶端中填寫制造記錄。3.CyberToolManagement智能刀具管理（1）對(duì)機(jī)床內(nèi)刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行同步顯示。（2）對(duì)每一把刀具的壽命進(jìn)行監(jiān)控。（3）獨(dú)立的刀具數(shù)據(jù)庫可將工廠內(nèi)所有刀具納入管理。（4）根據(jù)作業(yè)計(jì)劃為相關(guān)機(jī)床進(jìn)行刀具作業(yè)準(zhǔn)備。（5）可以在管理端添加或刪除機(jī)床上的刀具信息。（6）可以跟對(duì)刀儀連接進(jìn)行刀具數(shù)據(jù)更新。4.CyberMonitor智能監(jiān)控管理（1）對(duì)機(jī)床開動(dòng)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。（2）對(duì)每一時(shí)刻的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行記錄。（3）對(duì)機(jī)床主軸負(fù)載和轉(zhuǎn)速監(jiān)控。（4）提供各個(gè)機(jī)床之間的開動(dòng)對(duì)比。（5）實(shí)施狀態(tài)顯示。（6）郵件報(bào)警功能。（7）歷史報(bào)警、程序、倍率記錄。（8）給機(jī)床發(fā)送短消息。（9）遠(yuǎn)程打開機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)畫面。（1）智能制造的由來1988年日本通產(chǎn)省(MITI)提出智能制造系統(tǒng)(intelligentmanufacturingsystem，IMS)的設(shè)想，1989年形成國(guó)際合作項(xiàng)目正式文件，旨在21世紀(jì)全球化的大趨勢(shì)下通過國(guó)際合作共同研發(fā)新一代制造系統(tǒng)，迎接新世紀(jì)全球變化的挑戰(zhàn)。20世紀(jì)90年代IMS項(xiàng)目對(duì)未來工廠的構(gòu)思，大體上已經(jīng)涵蓋今天智能制造的主要內(nèi)容。6.2.2智能制造與i5智能機(jī)床1、

智能制造（2）不同視角下的智能制造智能制造涉及面很廣，從技術(shù)、企業(yè)、用戶和社會(huì)發(fā)展不同角度審視，智能制造的內(nèi)涵有不同的理解和目標(biāo):1）從技術(shù)角度看，傳統(tǒng)制造是對(duì)物質(zhì)的加工或處理，將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，主要是現(xiàn)實(shí)世界的活動(dòng)是基于經(jīng)驗(yàn)的制造。智能制造是同時(shí)對(duì)物質(zhì)和知識(shí)的加工和處理，借助建模和仿真，在虛擬世界里反復(fù)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程，通過虛擬和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)和信息溝通，成為指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)世界的生產(chǎn)活動(dòng)，是基于科學(xué)(模型化)的制造過程。2）從企業(yè)角度看，傳統(tǒng)制造業(yè)是成本中心，通過大批量生產(chǎn)，降低成本，形成競(jìng)爭(zhēng)力，焦點(diǎn)是產(chǎn)品的價(jià)格。智能制造是以可贏利的創(chuàng)新活動(dòng)為中心，通過大規(guī)?？蛻艋ㄖ坪蜐M足不同客戶體驗(yàn)而獲得利潤(rùn)，焦點(diǎn)是產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值，其前提是產(chǎn)品的質(zhì)量。3）從最終用戶角度看，傳統(tǒng)制造企業(yè)提供的是實(shí)物產(chǎn)品和有限的使用期限擔(dān)保，關(guān)系是短暫的。智能制造企業(yè)提供的是創(chuàng)新產(chǎn)品全生命周期的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，用戶購買產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橘徺I服務(wù)，關(guān)系是長(zhǎng)期的，可能長(zhǎng)達(dá)10年以上。4）從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度看，智能制造在產(chǎn)品制造、使用和廢棄過程中，對(duì)環(huán)境的污染小、碳排放低，可回收再利用和循環(huán)再利用，是環(huán)境友好和節(jié)能的綠色制造。智能制造通過新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造新的生產(chǎn)模式和促進(jìn)共享經(jīng)濟(jì)的形成，構(gòu)建生產(chǎn)企業(yè)、用戶和社會(huì)三方面的資源和利益共享，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。5）智能制造是互聯(lián)互通的首先是物聯(lián)網(wǎng)(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))，將人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來，每個(gè)物理對(duì)象配備一個(gè)IPv6地址，用于檢測(cè)、識(shí)別和定位，實(shí)現(xiàn)物與物互通互聯(lián)。其次是服務(wù)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)提供能夠控制產(chǎn)品性能的知識(shí)和增值的服務(wù)，使人、機(jī)器和系統(tǒng)的交互能夠提高附加值;信息物理系統(tǒng)生成大量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)(數(shù)據(jù)云平臺(tái))可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，前提是建立可靠的安全系統(tǒng)和誠(chéng)信的文化和環(huán)境，堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)是管理脆弱環(huán)節(jié)、保護(hù)敏感信息與知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有效途徑。2、CPS和CPPS（1）信息物理系統(tǒng)(cyberphysicssystem，CPS)美國(guó)自然科學(xué)基金2006年在Austin舉辦的研討會(huì)上提出:CPS是探索快速有效開發(fā)以計(jì)算機(jī)信息為中心的物理和工程系統(tǒng)的科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)。此物理和工程系統(tǒng)借助計(jì)算和通信核心構(gòu)建而成的可監(jiān)測(cè)、可控制、可協(xié)調(diào)和可集成的系統(tǒng)。交互是CPS最主要的特征。當(dāng)前CPS正處于快速發(fā)展的階段，其成熟度與信息和通信技術(shù)的復(fù)雜性有關(guān)，如圖3所示成熟度分為5級(jí):①初始的CPS，②透明化，③增加理解程度，④提高決策能力，⑤自優(yōu)化。信息和通信技術(shù)的復(fù)雜性也分為5級(jí):①基本的，②信息生成，③信息處理，④信息互聯(lián)，⑤交互式信息物理系統(tǒng)。應(yīng)該指出，到目前為止還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)自決策、自優(yōu)化的交互系統(tǒng)。CPS的發(fā)展是從嵌入系統(tǒng)開始的，最初把計(jì)算機(jī)芯片嵌入各種機(jī)械、電器裝置，以提高其性能，進(jìn)一步與傳感器連接，使其具有數(shù)據(jù)采集功能，成為智能傳感器，智能傳感器與執(zhí)行器集成后，數(shù)據(jù)就可以控制裝置的運(yùn)作，成為智能系統(tǒng)或產(chǎn)品(如智能空調(diào));當(dāng)智能系統(tǒng)具有通信功能，可以互聯(lián)互通，同時(shí)有數(shù)字模型可以仿真，就成為信息物理系統(tǒng)，把CPS應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域就稱為信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖4所示。（2）

信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)(cyberphysicalproductionsystem，CPPS)CPPS是信息物理系統(tǒng)(CPS)在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，是多維度的智能制造技術(shù)體系。CPPS以大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算為依托，通過智能感知、分析、預(yù)測(cè)、優(yōu)化及協(xié)同等技術(shù)手段，使計(jì)算、通信和控制三者有機(jī)融合與協(xié)作。將所獲取的各種信息與對(duì)象的物理性能特征相結(jié)合，形成虛擬空間與實(shí)體空間深度融合、實(shí)時(shí)交互、互相耦合、及時(shí)更新，在網(wǎng)絡(luò)空間中構(gòu)建實(shí)體生產(chǎn)系統(tǒng)的虛擬鏡像。通過自感知、自記憶、自認(rèn)知、自決策、自重構(gòu)的運(yùn)算和分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，如圖5所示。信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)是智能化工廠，具有以下主要特征:不一定是在一個(gè)圍墻里的實(shí)體車間。它可以借助互聯(lián)網(wǎng)將分散在各地的社會(huì)閑置設(shè)備組織起來，無需關(guān)注設(shè)備的確切地點(diǎn)，只要關(guān)心設(shè)備的功能以及是否在線和可用，實(shí)現(xiàn)多家工廠、多個(gè)生產(chǎn)單元所形成的全球網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生產(chǎn)集合體，是綜合利用全球和本地資源進(jìn)行生產(chǎn)的分散網(wǎng)絡(luò)化制造模式。2)操作者不是面對(duì)一臺(tái)設(shè)備，而是借助移動(dòng)終端進(jìn)行人—機(jī)交互，利用數(shù)據(jù)分析管理生產(chǎn)過程，需要具有較強(qiáng)的認(rèn)知、分析和處理事態(tài)的能力，是知識(shí)型操作者而非體力勞動(dòng)者。3)生產(chǎn)的產(chǎn)品是智能產(chǎn)品，隨著生產(chǎn)流程的推移，產(chǎn)品攜帶著的數(shù)據(jù)越來越多，記錄了從原材料開始的所有信息，每道工序、每個(gè)元器件的生產(chǎn)過程和質(zhì)量都是可追溯的。每個(gè)產(chǎn)品都是按照訂單定制的，交付時(shí)間和地點(diǎn)皆有所不同。4)虛擬制造。智能化工廠是數(shù)字化工廠，其根本特征是將技術(shù)和商務(wù)的大部分過程映射到數(shù)字世界，找出支持控制決策的必要條件。生產(chǎn)過程和需求都是時(shí)刻變化的，數(shù)字世界的仿真需要現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)反饋，數(shù)字和物理世界需要緊密耦合。因此，在不同的生產(chǎn)階段，將分別采用基于不同模型的離散事件仿真，其數(shù)據(jù)流和信息流如圖6所示。數(shù)字化工廠運(yùn)行仿真可分為3個(gè)階段:離線評(píng)價(jià)，分析排產(chǎn)計(jì)劃對(duì)執(zhí)行過程突發(fā)事件的抗拒力(魯棒性)。在線、近期排產(chǎn)的仿真，用于預(yù)先發(fā)現(xiàn)與計(jì)劃排產(chǎn)的偏離度。當(dāng)已經(jīng)發(fā)生偏離后，在線分析可采取的行動(dòng)，如何使損失最小化(反饋仿真)。

通過不同的仿真，可預(yù)測(cè)工廠運(yùn)作的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)，使工廠保持在KPI上下限之間運(yùn)行，并且根據(jù)過去數(shù)據(jù)的分析提出未來的不同運(yùn)作方案。3、

數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎（1）基于模型的系統(tǒng)工程20世紀(jì)60年代到70年代，建模仿真主要是用FOＲTＲAN語言編寫的數(shù)字算法，用于計(jì)算特定的物理現(xiàn)象，解決設(shè)計(jì)問題，如機(jī)械設(shè)計(jì)的有限元分析。到了80年代和90年代，隨著工作站和微機(jī)的普及和計(jì)算能力的提高，仿真技術(shù)的應(yīng)用逐漸遍及各個(gè)學(xué)科和不同層面。今天，仿真不僅是各種產(chǎn)品或過程的設(shè)計(jì)決策、評(píng)價(jià)和試驗(yàn)的基本工具，并且用于復(fù)雜工程系統(tǒng)的分析。仿真的應(yīng)用不會(huì)停留在設(shè)計(jì)階段，正在向產(chǎn)品和系統(tǒng)的全生命周期擴(kuò)展，構(gòu)成數(shù)字主線和與實(shí)體形影不離的數(shù)字雙胞胎。由于仿真能夠在產(chǎn)品全生命周期提供無縫協(xié)同和優(yōu)化，將來必然成為制造系統(tǒng)的核心功能之一，未來智能工廠是基于模型的系統(tǒng)工程(modelbasedsystemengineering，MBSE)或基于模型的制造(modelbasedmanufacturing，MBM)，軟件定義產(chǎn)品、決定企業(yè)盛衰，仿真技術(shù)成為制造系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分的黃金時(shí)代才剛剛開始。（2）定義和內(nèi)涵數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎概念是美國(guó)空軍2013年《全球科技愿景報(bào)告》中提出的。數(shù)字主線(digitalthread)是借助建模仿真工具構(gòu)建的、貫穿產(chǎn)品全生命周期，從材料、設(shè)計(jì)、工藝、制造到使用維護(hù)、并以統(tǒng)一模型為核心驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流和信息流。傳統(tǒng)的數(shù)字化制造數(shù)據(jù)是由產(chǎn)品模型向數(shù)字化生產(chǎn)的單向傳遞，不同環(huán)節(jié)之間并未有效集成。如產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝之間、數(shù)字化測(cè)量檢驗(yàn)與產(chǎn)品定義之間都存在斷點(diǎn)，各自使用不同的模型描述，缺乏有效集成和反饋。數(shù)字主線是所有連接的數(shù)據(jù)流以及物理資產(chǎn)的數(shù)據(jù)在整個(gè)生命周期中跨越傳統(tǒng)孤立功能的集成化視圖，采用標(biāo)準(zhǔn)和開放的描述，可以逐級(jí)向下傳遞而不失真，也可以回溯，具有訪問、集成、轉(zhuǎn)換和分析來自不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息，使其在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中成為可操作、可共享的資源。數(shù)字主線是實(shí)施智能制造的關(guān)鍵和基礎(chǔ)技術(shù)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)為此設(shè)立專項(xiàng)，該項(xiàng)目將提供完善數(shù)字主線的方法和協(xié)議，貫通產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造和服務(wù)不同階段實(shí)現(xiàn)信息流動(dòng)，制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，從而實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的全面集成。2016年NIST建成了數(shù)字主線技術(shù)測(cè)試基地，包括計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3大部分。數(shù)字雙胞胎(digitaltwin)是指特定物理資產(chǎn)的數(shù)字鏡像，包括描述其幾何、材料、組件和行為的設(shè)計(jì)規(guī)范和工程模型。數(shù)字雙胞胎包括其所代表實(shí)體資產(chǎn)特有的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，成為形影不離的“伴侶”，是物理對(duì)象屬性及狀態(tài)的最新和準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)鏡像，包括形狀、位置、狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)。例如，飛機(jī)的數(shù)字雙胞胎中的數(shù)據(jù)包括:從飛機(jī)3D模型提取的特定幾何形狀空氣動(dòng)力學(xué)模型、在生產(chǎn)過程中的工程變化、材料性質(zhì)、檢查、操作和維護(hù)數(shù)據(jù)等。（3）未來場(chǎng)景使用數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎后，所有的工程師、機(jī)器和過程都使用相同的數(shù)字語言，產(chǎn)品的每一個(gè)生產(chǎn)階段都自動(dòng)檢查是否與設(shè)計(jì)原始要求相符。制造系統(tǒng)的未來場(chǎng)景如下:產(chǎn)品工程師與制造工程師合作，創(chuàng)建用于生產(chǎn)過程描述的可視化3D模型，2)產(chǎn)品特性、制造過程和檢驗(yàn)說明與3D設(shè)計(jì)模型相關(guān)聯(lián)，直接提取出符合一致性的技術(shù)要求，3)構(gòu)建的數(shù)據(jù)由生產(chǎn)部門與銷售部門隨同產(chǎn)品一起交付給客戶，以便在操作和維護(hù)服務(wù)期間繼續(xù)改進(jìn)設(shè)備的性能，4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改遵循相同的數(shù)據(jù)流，自動(dòng)更新下游模型、文檔和說明。復(fù)雜的預(yù)測(cè)和智能維護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)可以利用數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎尋找運(yùn)行中問題的根本原因，使人們可以管理和優(yōu)化個(gè)別資產(chǎn)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從嵌入物理對(duì)象中的傳感器獲取數(shù)據(jù)，建立其運(yùn)行的數(shù)字模型，在損壞或發(fā)生故障以前加以修復(fù)，大大減少因停機(jī)所造成的損失。例如，若干年后，當(dāng)航空公司接收一架飛機(jī)的時(shí)候，將同時(shí)還驗(yàn)收一套詳細(xì)的數(shù)字模型。每架飛機(jī)型號(hào)都伴隨有一套自己的數(shù)字模型。每一特定架次的飛機(jī)都不再“孤獨(dú)”。因?yàn)椋幸粋€(gè)忠誠(chéng)的“影子”，從不消失，伴隨一生。在數(shù)字世界建立的飛機(jī)模型，通過傳感器實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)飛行狀態(tài)完全同步，如機(jī)翼流體動(dòng)力學(xué)的受力狀態(tài)、應(yīng)力和應(yīng)變等。飛機(jī)每次飛行后，就可以根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和歷史載荷記錄，及時(shí)分析評(píng)估是否需要維修，能否承受下次飛行任務(wù)的載荷。駕駛員、維修人員和工程師皆可查閱有關(guān)架次飛機(jī)的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)有狀態(tài)，保證飛行安全，防范于未然。數(shù)字雙胞胎，也可用來指代工廠的廠房及生產(chǎn)線在沒有建造之前所構(gòu)建的數(shù)字化模型。在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，在虛擬世界中對(duì)工廠的設(shè)備布局、生產(chǎn)過程和車間物流進(jìn)行仿真和模擬，并將優(yōu)化后的參數(shù)提供給實(shí)際的工廠建設(shè)。投產(chǎn)之后，在日常的工廠運(yùn)作和維護(hù)以及產(chǎn)品的服務(wù)中，兩者之間繼續(xù)進(jìn)行信息交互。使用云連接，數(shù)字雙胞胎可用以評(píng)估關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，如產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量、停機(jī)時(shí)間分析、故障率和能源數(shù)據(jù)等。通過使用先進(jìn)的軟件工具將機(jī)器生命周期數(shù)字化，用戶在機(jī)器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中將獲得相當(dāng)大的靈活性，這是制造業(yè)的一個(gè)里程碑。（4）構(gòu)建途徑基于模型的系統(tǒng)工程是構(gòu)建數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎的基礎(chǔ)，MBSE或MBM的核心思想是:用數(shù)字化模型在系統(tǒng)層面上捕獲單個(gè)子系統(tǒng)和組件之間的相互作用并加以集成。例如，企業(yè)的運(yùn)作可以分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)作和服務(wù)4個(gè)階段，現(xiàn)有的各階段的信息技術(shù)系統(tǒng)，如PDM/PLM和SCADA系統(tǒng)都存儲(chǔ)有大量的數(shù)據(jù)，但缺乏相互關(guān)聯(lián)的模型、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，如果能夠通過數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(如STEP)加以集成和連接成線，所有設(shè)備之間可以相互通信(如MTConnect)，就可以逐步構(gòu)建本階段的和跨階段的數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎，如圖9所示。按照建模支持系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段開始，貫穿于產(chǎn)品的全生命周期。在整個(gè)生命周期中，數(shù)據(jù)來自許多方面，如用戶需求、AD/CAM/CAE等。數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎使用這些數(shù)字信息作為初始數(shù)據(jù)來構(gòu)建它的集成化仿真模型，并派生出新的輔助系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用。最后數(shù)字雙胞胎從將生命周期中積累的信息返回到新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，形成閉環(huán)，改進(jìn)產(chǎn)品和生產(chǎn)過程。由于數(shù)字雙胞胎是動(dòng)態(tài)閉環(huán)的、智能化的，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還會(huì)促進(jìn)新的產(chǎn)品出現(xiàn)，包括設(shè)計(jì)階段的數(shù)字模型可能轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的一部分，如虛擬機(jī)床。（5）制造業(yè)的應(yīng)用雙胞胎控制(twincontrol)是歐共體Horizon2020框架計(jì)劃的一個(gè)關(guān)于機(jī)床和加工過程仿真的項(xiàng)目，它通過集成各種改進(jìn)后的仿真模型，把影響加工過程的不同要點(diǎn)，包括在生命周期中越來越重要的機(jī)床能效和維護(hù)優(yōu)化整合在一起，應(yīng)用整體概念和方法使模型具有更接近現(xiàn)實(shí)的性能和更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)能力，如圖10所示。在物理世界里，機(jī)床制造商設(shè)計(jì)、生產(chǎn)機(jī)床，然后提交給用戶使用。twincontrol在虛擬世界根據(jù)機(jī)床的特征和加工工藝構(gòu)建有:機(jī)床狀態(tài)、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、CNC、機(jī)床結(jié)構(gòu)、加工過程和能源消耗的模型，預(yù)測(cè)機(jī)床加工及其部件的狀態(tài)，并將參考數(shù)據(jù)上傳到機(jī)床數(shù)據(jù)隊(duì)列云與物理世界對(duì)機(jī)床監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)的數(shù)據(jù)相比較，進(jìn)行模型更新，同時(shí)將真實(shí)機(jī)床狀態(tài)、工作狀態(tài)適應(yīng)、機(jī)床性能預(yù)測(cè)、維修計(jì)劃、補(bǔ)償和控制數(shù)據(jù)傳給機(jī)床用戶和機(jī)床制造商。該項(xiàng)目從2015年10月啟動(dòng)，為期3年，分為虛擬機(jī)床、虛擬加工過程、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)管理等9個(gè)子項(xiàng)目。數(shù)字雙胞胎模型除了用于評(píng)價(jià)以外，也可用于生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控、診斷和預(yù)測(cè)，安裝在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，通過監(jiān)測(cè)直接控制加工過程。含有基于模型評(píng)價(jià)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以控制機(jī)床部件的衰退進(jìn)程、優(yōu)化維護(hù)作業(yè)、提高制造過程，如通過改變加工參數(shù)，保護(hù)性能已衰退的部件可維持到下一次計(jì)劃維修等，如圖11所示。數(shù)字雙胞胎通過“時(shí)間機(jī)器”，在關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，并對(duì)歷史紀(jì)錄進(jìn)行分析比較(圖11中右側(cè))，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。對(duì)分布各地的機(jī)器群進(jìn)行健康相似性識(shí)別(圖11中左側(cè))，發(fā)現(xiàn)健康衰退的異常現(xiàn)象，在故障地圖上找到故障點(diǎn)。對(duì)機(jī)床采用不同的4種狀態(tài)分析(圖11中上方):當(dāng)前狀態(tài)采用7號(hào)程序加工，主軸轉(zhuǎn)速1200r/min，生產(chǎn)效率為200件/h，機(jī)床剩余壽命為1200h;經(jīng)過優(yōu)化后，采用3號(hào)程序加工，主軸轉(zhuǎn)速1100r/min，生產(chǎn)效率略為降低到180件/h，但機(jī)床剩余壽命提高到2000h，增加了800h。4、炫工廠（1）

炫工廠的愿景炫工廠(brilliantfactory)是美國(guó)通用電氣公司(genernalelictric，GE)2014年提出的新概念?！办拧钡暮x是卓越、輝煌和燦爛，炫工廠最簡(jiǎn)單的表述是:精益生產(chǎn)+成熟的數(shù)字化=炫工廠，即在精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)的、通過數(shù)字化構(gòu)建的下一代工廠。GE是全球制造業(yè)霸主、引領(lǐng)數(shù)字化進(jìn)展的工業(yè)企業(yè)，數(shù)字雙胞胎的提出者和踐行者，譜寫著智能制造的新篇章。但GE有其獨(dú)特的視角和目標(biāo)，不僅僅從技術(shù)和工具視角來看待智能制造，而是從改變生產(chǎn)模式的理念來推進(jìn)智能制造。GE公司認(rèn)為:工具和技術(shù)是相對(duì)“容易”的，人和文化才是關(guān)鍵，智能工廠并非無人工廠。智能制造是生產(chǎn)過程的優(yōu)化、透明化和可視化，精益而高效。沒有高素質(zhì)的人和追求卓越的企業(yè)文化，智能制造就是空中樓閣。GE炫工廠的愿景是成為繼福特裝配自動(dòng)線(分工+流水作業(yè))和豐田精益生產(chǎn)(消滅浪費(fèi))之后的制造新理念和新模式(數(shù)字主線+自我完善)。工業(yè)革命以來3次制造模式的變遷如圖12所示。GE炫工廠，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)制造技術(shù)，用數(shù)據(jù)主線打通設(shè)計(jì)、工藝、制造、供應(yīng)鏈、分銷渠道和售后服務(wù)，從而形成一個(gè)內(nèi)聚和連貫的智能制造系統(tǒng)。設(shè)計(jì)和虛擬制造是數(shù)字主線的第1段，包括產(chǎn)品的預(yù)算和可生產(chǎn)性，生產(chǎn)過程的仿真和各方協(xié)同(虛擬世界);然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能化工廠，采用先進(jìn)制造技術(shù)和新的工藝進(jìn)行制造產(chǎn)品(現(xiàn)實(shí)世界中基于模型的制造)，生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題實(shí)時(shí)反饋給設(shè)計(jì)部門，確保產(chǎn)品如設(shè)計(jì)所定義，并不斷加以完善，這是數(shù)字主線的第2段;第3段是連接和優(yōu)化龐大而分散的零部件供應(yīng)商、分銷渠道、售后服務(wù)和維修網(wǎng)絡(luò)，并將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給設(shè)計(jì)，改進(jìn)產(chǎn)品，確保產(chǎn)品是客戶所需要的。借助“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”predix云服務(wù)平臺(tái)，將不同部門和工廠連接在一起，進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和云技術(shù)應(yīng)用，使數(shù)字主線成為從產(chǎn)品概念到報(bào)廢的全生命周期價(jià)值流。炫工廠是通用電氣對(duì)客戶的一種承諾和追求。GE公司承諾使用最新技術(shù)，不斷和實(shí)時(shí)優(yōu)化所有業(yè)務(wù)過程。炫工廠具有比以往任何時(shí)候都更好的傳感器和更好的控制系統(tǒng)，可以收集更多的數(shù)據(jù)，通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件和分析，能夠比以往任何時(shí)候都更好，因?yàn)槟軌驅(qū)崟r(shí)了解工廠內(nèi)生產(chǎn)過程。認(rèn)識(shí)和處理生產(chǎn)過程不順利時(shí)如何更好地采取行動(dòng)，保證最高的質(zhì)量和準(zhǔn)時(shí)交貨。炫工廠的概念如圖13所示。（2）炫工廠四大支柱GE公司提出的炫工廠由以下4部分組成(圖14)。精益解決方案。從提供客戶滿意的產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^客戶更滿意的消費(fèi)，使客戶價(jià)值最大化的系統(tǒng)方法。精益原則是:①消滅各種形式的浪費(fèi);②不斷改進(jìn)和完善過程和管理;③準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)和零庫存;④質(zhì)量管理。精益的目的是形成追求卓越的“炫”企業(yè)文化。2)成熟的數(shù)字化。包括數(shù)字主線和數(shù)字雙胞胎，通過數(shù)字主線打通產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)基于模型的制造，提高生產(chǎn)效率和互聯(lián)能力。數(shù)字雙胞胎是物理資產(chǎn)的數(shù)字鏡像，伴隨一生，確保炫工廠及其制造的產(chǎn)品能夠在最佳狀態(tài)下使用和運(yùn)行。3)增材制造。借助3D打印原理制造形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，可以減少產(chǎn)品的零件數(shù)量，減輕其重量實(shí)現(xiàn)輕量化。GE公司收購了瑞典Arcam公司和德國(guó)SLM公司，建立增材制造中心，將增材制造作為炫工廠的支柱之一在新一代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和其他產(chǎn)品中將越來越多采用3D打印的零件。4)先進(jìn)制造技術(shù)。廣泛采用機(jī)器人和先進(jìn)加工工藝，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化生產(chǎn)，借助高精密加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品質(zhì)量。5、i5智能機(jī)床（1）i5智能機(jī)床的涵義沈陽機(jī)床集團(tuán)推出的i5智能機(jī)床是自主研發(fā)的擁有核心技術(shù)的智網(wǎng)能設(shè)備。i5是指工業(yè)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化(industry、information、internet、intelligent、integrated)的有效融合。i5智能機(jī)床作為基于互聯(lián)網(wǎng)的智能終端，實(shí)現(xiàn)了操作、編程、維護(hù)和管理的智能化，是基于信息驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，以為客戶提供“輕松制造”為核心，將人、機(jī)、物有效互聯(lián)的新一代智能裝備。沈陽機(jī)床的智能化是要打破機(jī)械制造和信息技術(shù)的行業(yè)邊界，跨越物理世界和虛擬世界的籬笆，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合社會(huì)資源，為客戶提供智能化制造的解決方案，通過創(chuàng)新的產(chǎn)品和創(chuàng)新的商業(yè)模式，擺脫高端機(jī)床技術(shù)密集和低端機(jī)床價(jià)格大戰(zhàn)的紅海而駛向藍(lán)海如圖15所示。（2）平臺(tái)化、模塊化和客戶化i5智能機(jī)床采取平臺(tái)化、模塊化和客戶化的戰(zhàn)略，以實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)動(dòng)的部件作為平臺(tái)，配以模塊化的功能部件，構(gòu)成不同用途的機(jī)床。例如，M8系列銑床將底座、床身和移動(dòng)橫梁構(gòu)成力封閉的龍門框架，移動(dòng)部件遵循重心驅(qū)動(dòng)(Y軸雙絲杠驅(qū)動(dòng))和輕量化設(shè)計(jì)原則，配以轉(zhuǎn)速12000r/min功率15kW的銑削電主軸和20把刀具的斗笠式刀庫作為產(chǎn)品平臺(tái)。機(jī)床前方可配置8種不同的模塊，構(gòu)成8種3軸、4軸或5軸加工機(jī)床，不僅使機(jī)床生產(chǎn)制造高效快捷，客戶也可靈活自行換裝，以適應(yīng)加工對(duì)象的變化，如圖16所示。（3）終端－網(wǎng)絡(luò)－云平臺(tái)終端。i5智能數(shù)控系統(tǒng)不僅是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器，同時(shí)還是工廠網(wǎng)絡(luò)的智能終端。i5智能數(shù)控系統(tǒng)不僅包含工藝支持、特征編程、圖形診斷、在線加工過程仿真等智能化功能，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了操作智能化、編程智能化、維護(hù)智能化和管理智能化，如圖17所示。i5數(shù)控系統(tǒng)的智能化表現(xiàn)以下幾方面:操作智能化?？赏ㄟ^觸摸屏來操作整個(gè)系統(tǒng)，機(jī)床加工狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)同步到手機(jī)或平板電腦，象征著用戶“指尖上的工廠”，不論用戶在哪里，一機(jī)在手即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、管理、監(jiān)控，實(shí)時(shí)傳遞和交換機(jī)床的加工信息。在線加工仿真。在線工藝仿真系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)模擬機(jī)床的加工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工藝經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)積累。進(jìn)一步可以快速響應(yīng)用戶的工藝支持請(qǐng)求，獲得來自互聯(lián)網(wǎng)上的“工藝大師”的經(jīng)驗(yàn)支持。智能補(bǔ)償。集成有基于數(shù)學(xué)模型的螺距誤差補(bǔ)償技術(shù)，能使i5智能機(jī)床達(dá)到定位精度5μm，重復(fù)定位精度3μm。4)智能診斷。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)在診斷上反饋的是代碼，而i5數(shù)控系統(tǒng)反饋的是事件，它能夠替代人去查找代碼，幫助操作者判斷問題所在;可對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行監(jiān)控，給維護(hù)人員提供數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析提供幫助。5)智能車間管理。i5數(shù)控系統(tǒng)與車間管理系統(tǒng)(WIS)高度集成，記錄機(jī)床運(yùn)行的信息，包括使用時(shí)間、加工進(jìn)度、能源消耗等，給車間管理人員提供定單和計(jì)劃完成情況的分析;還可以把機(jī)床的物料消耗、人力成本通過財(cái)務(wù)體系融合進(jìn)來，及時(shí)歸集整個(gè)車間的運(yùn)營(yíng)成本。6）工廠網(wǎng)絡(luò)。在互聯(lián)網(wǎng)條件下，i5數(shù)控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崣C(jī)床與機(jī)床的互聯(lián)，還是一個(gè)能夠生成車間管理數(shù)據(jù)、并與有關(guān)部門進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)終端。通過制造過程的“數(shù)據(jù)透明”，實(shí)現(xiàn)制造過程和生產(chǎn)管理的無縫連接。這不僅為了方便加工零件，同時(shí)產(chǎn)生服務(wù)于管理、財(cái)務(wù)、生產(chǎn)、銷售的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造、供應(yīng)鏈、人力、財(cái)務(wù)、銷售、庫存等一系列生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)的資源整合與信息互聯(lián)，減少浪費(fèi)，提高效率。7）云平臺(tái)。沈陽機(jī)床集團(tuán)旗下智能云科公司研發(fā)的云制造平臺(tái)(i－smartengineering＆servicesonline，iSESOL)平臺(tái)，通過i5智能機(jī)床的在線信息，打造了一套云端產(chǎn)能分享平臺(tái)，用戶可以將閑置產(chǎn)能公示于iSESOL產(chǎn)能平臺(tái)，有產(chǎn)能需求的用戶無需購買設(shè)備即可快速獲得制造能力，通過這種方式產(chǎn)能提供方可以利用閑置產(chǎn)能獲得收益，產(chǎn)能需求方可以以較低的成本獲得制造能力，雙方通過分享獲得利益最大化。這種制造能力的分享模式將會(huì)改變制造業(yè)的組織形式，并且充分挖掘社會(huì)閑置制造資源，從閑置資源中獲得利益最大化。分布在全國(guó)各地的各種型號(hào)的i5智能機(jī)床皆可通過iPort協(xié)議接入iSESOL網(wǎng)絡(luò);近期某天截屏顯示:加入云平臺(tái)的設(shè)備總數(shù)為2477臺(tái)、累計(jì)服務(wù)機(jī)時(shí)175746h，訂單交易數(shù)為1266;6類機(jī)床的臺(tái)數(shù)和開機(jī)率顯示在圖18的下方，說明哪些機(jī)床是資源可以共享;點(diǎn)擊地圖上的藍(lán)點(diǎn)即可顯示在該地區(qū)的i5智能機(jī)床數(shù)。每臺(tái)機(jī)床加工零件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)皆可為相關(guān)生產(chǎn)人員、管理人員和操作人員共享。6.2.3智能機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)1、智能數(shù)控技術(shù)智能數(shù)控技術(shù)概述圖機(jī)床最關(guān)鍵的部位就是智能數(shù)控技術(shù)，主要包含數(shù)據(jù)采集以及開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)等技術(shù)。較為常見的開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)往往是遵循開放性原則，科學(xué)合理的對(duì)相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)加以開發(fā)，在機(jī)床中將其合理應(yīng)用，其自身具有擴(kuò)展性、互換性以及操作性等顯著優(yōu)勢(shì)。目前該架構(gòu)主要包含兩部分：系統(tǒng)平臺(tái)以及應(yīng)用軟件。2、信息感知和數(shù)據(jù)處理，即自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自由化控制，以及通用的接口和協(xié)議；3、智能化驅(qū)動(dòng)、感知、監(jiān)控、誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)；4、圍繞著數(shù)控機(jī)床加工的數(shù)字孿生技術(shù)。6.2.3智能機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)5、大數(shù)據(jù)采集以及分析技術(shù)

從目前智能數(shù)控機(jī)床技術(shù)的實(shí)際發(fā)展情況來看，要想不斷優(yōu)化大數(shù)據(jù)分析過程：首先要確保相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化，在一定程度上確保數(shù)據(jù)分析能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)合理，最終為相應(yīng)的決策提供可靠性依據(jù)，目前很多數(shù)控系統(tǒng)往往是將數(shù)據(jù)采集接口裝置加以合理應(yīng)用，為相關(guān)數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性以及有效性提供可靠性保障。另外，科學(xué)合理的使用大數(shù)據(jù)采集以及分析技術(shù)能確保相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能化管理，在獲取相應(yīng)的制造數(shù)據(jù)后，在此基礎(chǔ)上讓整個(gè)加工過程以及相關(guān)數(shù)據(jù)形成科學(xué)合理的聯(lián)系，最大化減少人為因素的影響，對(duì)加工效率造成直接影響，同時(shí)在一定程度上確保相關(guān)數(shù)據(jù)的管理實(shí)現(xiàn)人工智能化。智能制造包括三個(gè)應(yīng)用層面：設(shè)備、車間、企業(yè)。這些都離不開大數(shù)據(jù)交融與共享，而未來的重點(diǎn)更是集中在基于大數(shù)據(jù)的智能制造應(yīng)用。設(shè)備層面：從設(shè)備應(yīng)用層面來看，智能制造必然要求裝備智能化，即要完成數(shù)控機(jī)床到智能機(jī)床的升級(jí)。車間層面：從車間應(yīng)用層面來看，智能制造更加講求高標(biāo)準(zhǔn)的制造柔性，要求眾多機(jī)床能夠在同一個(gè)生車間共同執(zhí)行不同品種、型號(hào)產(chǎn)品或者零部件的加工。即用一條智能生產(chǎn)線包容多條“產(chǎn)品、屬性、規(guī)格、數(shù)量”等指標(biāo)內(nèi)容迥異的傳統(tǒng)生產(chǎn)線，同時(shí)還要保證各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)能夠保質(zhì)、保量、按時(shí)完成。企業(yè)層面：從企業(yè)應(yīng)用層面來看，智能制造需要在設(shè)備、車間層面的智能制造基礎(chǔ)上，通過人工智能來保障企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行、成本控制以及資金流通，提升制造企業(yè)的整體效益。盧秉桓院士認(rèn)為，隨著時(shí)代技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械制造老三基（基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝和基礎(chǔ)原器件）基礎(chǔ)上，發(fā)展出來了傳感器、軟件和大數(shù)據(jù)這新三基。1.傳感器傳感器是信息采集的來源，主要應(yīng)用在智能設(shè)備層面，由于其品種多、規(guī)格復(fù)雜，很難量產(chǎn)，以前非常缺乏。但是現(xiàn)在的微電子技術(shù)、mems（微電子機(jī)械系統(tǒng)）技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)槿鐣?huì)創(chuàng)造大量滿足各個(gè)種類、規(guī)格需求的廉價(jià)傳感器，這就使我們?cè)谏a(chǎn)過程中擁有了非常豐富的信息來源，具備了智能制造的基礎(chǔ)。2.軟件工業(yè)智能軟件是對(duì)制造工藝、生產(chǎn)過程的相關(guān)知識(shí)的累積固化產(chǎn)品，是智能設(shè)備的核心，能夠在智能制造中發(fā)揮非常大的作用。但長(zhǎng)期以來，在工業(yè)化生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)企業(yè)往往重視硬件價(jià)值，忽視軟件價(jià)值，實(shí)際上軟件的價(jià)值就是知識(shí)的價(jià)值，非常重要。3.大數(shù)據(jù)傳感器和智能軟件再進(jìn)一步發(fā)展就是大數(shù)據(jù)。底層設(shè)備、車間乃至社會(huì)化資源的優(yōu)化都要依靠大數(shù)據(jù)。國(guó)外有大數(shù)據(jù)在智能設(shè)備層面的典型應(yīng)用案例。一些智能機(jī)床，盧院士稱之為“標(biāo)準(zhǔn)式的intelligentmachinetool”，它們的軟件包具備仿真、組織，生產(chǎn)和服務(wù)的全模塊，能夠通過構(gòu)建一個(gè)虛擬供應(yīng)鏈對(duì)整個(gè)服務(wù)步驟和各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)劃、仿真、發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控，將機(jī)床的狀態(tài)、信息等數(shù)據(jù)直接發(fā)送到操作者手機(jī)上，操作者根據(jù)這些信息及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，保證生產(chǎn)的高效運(yùn)行。大數(shù)據(jù)在未來智能制造中的作用5、大數(shù)據(jù)采集以及分析技術(shù)（1）大數(shù)據(jù)可以診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證生產(chǎn)安全和質(zhì)量。大數(shù)據(jù)能夠幫助人們發(fā)展遠(yuǎn)程加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造現(xiàn)場(chǎng)智能化和無人化。比如，可應(yīng)用在我國(guó)的西氣東送等戰(zhàn)略工程上，分段監(jiān)控沿線所有的加壓站、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)以及管道的輸送狀態(tài)等數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)部件老化或者突發(fā)問題，可以進(jìn)行預(yù)報(bào)、預(yù)警，以此保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。（2）大數(shù)據(jù)可以幫助完成對(duì)制造工藝過程的質(zhì)量控制。比如，在汽車加工等制造生產(chǎn)中統(tǒng)計(jì)分析各環(huán)節(jié)質(zhì)量、趨勢(shì)的狀態(tài)信息，預(yù)警提示刀具更換、機(jī)床冷卻、刀具補(bǔ)償?shù)炔襟E信息，實(shí)時(shí)控制加工的質(zhì)量。同時(shí)，大數(shù)據(jù)還能幫助進(jìn)行工藝優(yōu)化，通過搜集和匯總同行企業(yè)的相同機(jī)床數(shù)據(jù)、同類零件加工數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)、各類制造數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的全面積累，從而可避差失、總結(jié)出工藝規(guī)律、優(yōu)化加工工藝、選擇正確參數(shù)和指標(biāo)、提升制造效率，并通過上述大數(shù)據(jù)來評(píng)估裝備的優(yōu)劣，提供機(jī)床改進(jìn)設(shè)計(jì)的意見。（3）大數(shù)據(jù)可以支撐產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計(jì)和優(yōu)化。以前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的制造設(shè)備廠商因?yàn)椴涣私馄?、航空、航天等特種行業(yè)的加工工藝和大型工件特點(diǎn)，會(huì)先行開發(fā)通用化的機(jī)床產(chǎn)品，等推銷出去以后再根據(jù)客戶在實(shí)際應(yīng)用中的反饋來優(yōu)化完善自己的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品。未來，新一代的國(guó)內(nèi)智能裝備廠商可以在設(shè)計(jì)階段通過搜集大數(shù)據(jù)平臺(tái)中行業(yè)用戶的實(shí)際需求加工經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)、規(guī)律等信息，來指導(dǎo)自己的裝備設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，確定需要強(qiáng)化點(diǎn)，改進(jìn)和提升設(shè)計(jì)水平，保證智能裝備的制造質(zhì)量，提高加工效率。（4）大數(shù)據(jù)一旦建立標(biāo)準(zhǔn)接口，將有力支撐“互聯(lián)網(wǎng)+”和3D打印對(duì)智能制造效率的提升。比如，美國(guó)GE發(fā)動(dòng)機(jī)公司采取飛機(jī)結(jié)構(gòu)件先由創(chuàng)客設(shè)計(jì)、后用3D打印驗(yàn)證的模式，發(fā)現(xiàn)一位19歲創(chuàng)客的設(shè)計(jì)方案，只用了1/6的重量達(dá)到了原來對(duì)強(qiáng)度、剛度的要求，說明了創(chuàng)客的創(chuàng)新價(jià)值；海爾公司已進(jìn)入性化定制時(shí)代，增材制造更能助力個(gè)性化定制及創(chuàng)客的創(chuàng)新。北京CASA公司在設(shè)計(jì)開發(fā)遙控兒童車的過程中，3D打印在保證按期完成開發(fā)方面起到關(guān)鍵作用；美國(guó)亞馬遜公司網(wǎng)絡(luò)銷售3D打印服務(wù)，已產(chǎn)生數(shù)十億美元的收入等等。從這些生動(dòng)而現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)案例，我們可以看出，“互聯(lián)網(wǎng)+”能充分發(fā)揮創(chuàng)客群體的創(chuàng)新力量，有效彌補(bǔ)中國(guó)制造業(yè)設(shè)計(jì)資源的不足，推動(dòng)制造業(yè)從大批量生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向個(gè)性化生產(chǎn)模式，3D打印則可以比普通的加工手段更快速地驗(yàn)證創(chuàng)客設(shè)計(jì)的合理性和可行性。一旦我們的智能制造大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建立了統(tǒng)一的接口或者標(biāo)準(zhǔn)，就能成功對(duì)接“互聯(lián)網(wǎng)+”和3D打印，發(fā)揮出平臺(tái)+平臺(tái)、資源+資源的疊加效應(yīng)來提高和推進(jìn)智能制造的效率和進(jìn)步。（5）大數(shù)據(jù)能夠幫助制造企業(yè)摸索行業(yè)規(guī)律。盧院士認(rèn)為，大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是通過巨量的數(shù)據(jù)匯總和歸納找出一些規(guī)律，比如在奧運(yùn)會(huì)期間超市把啤酒和尿不濕放在一起而使后者銷售量大增，在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上發(fā)現(xiàn)觀眾在特定狀態(tài)下的需求，這就是社會(huì)化大數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。（6）大數(shù)據(jù)共享能實(shí)現(xiàn)智能制造的功效倍增。存在問題5、大數(shù)據(jù)采集以及分析技術(shù)（1）信息接口的格式統(tǒng)一與信息交互以醫(yī)院為例，醫(yī)生等非工程人士和3D工程師之間要進(jìn)行信息交換，因?yàn)橛脩羰浅鰬?yīng)用方案的，一般缺乏三維設(shè)計(jì)能力；工程師懂得設(shè)計(jì)，但無法給出醫(yī)療方案等解決措施，他們之間就需要信息交互。而統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信息接口能使信息交互更快、更準(zhǔn)確。例如，交互式CAD/CAM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、醫(yī)院的CT數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)換成STL的格式實(shí)現(xiàn)3D打??？三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)如何較快轉(zhuǎn)換成CAD模式？用戶的信息模型怎樣快速變成3D打印模型？（2）非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集大數(shù)據(jù)包含多方面的內(nèi)容，并非我們通常理解的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，一些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，比如論文、報(bào)道、企業(yè)的公告或者重大科技突破等內(nèi)容，如何有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化，順利轉(zhuǎn)化成能夠利用的信息數(shù)據(jù)，也就是結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)共存。（3）大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)制定大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)研究涉及前沿基礎(chǔ)問題、重大共性問題、系統(tǒng)集成問題等諸多領(lǐng)域，和CPS的接口標(biāo)準(zhǔn)同樣重要。其實(shí)質(zhì)體現(xiàn)的是模型標(biāo)準(zhǔn)的制定，沒有模型標(biāo)準(zhǔn)則大數(shù)據(jù)很難開展進(jìn)一步處理工作。如果數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)，制造業(yè)就無法有效應(yīng)用先進(jìn)的智能技術(shù)和大量的先進(jìn)軟件，就不能走向國(guó)際市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)明顯減弱，甚至錯(cuò)失戰(zhàn)略機(jī)遇、導(dǎo)致行業(yè)的停滯和萎縮。而這方面涉及到的是中國(guó)的國(guó)際法律權(quán)益，必須加快相關(guān)研究工作。4.大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建模如何在沒有模型的情況下通過大數(shù)據(jù)訓(xùn)練來建立和得到正確的模型，從而優(yōu)化工藝或者改進(jìn)智能機(jī)床設(shè)計(jì)？如在機(jī)床建模中，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入機(jī)床屬性、機(jī)床型號(hào)、刀具規(guī)格等數(shù)據(jù)，傳輸實(shí)際操作中傳感器記錄共享的切削力、溫度、震動(dòng)等信息，得到加工精度、粗糙度、表面完整性等數(shù)據(jù)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立正確的模型，從而指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)中的機(jī)床主軸、床身、立軸等的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)越多，模型越準(zhǔn)確，改進(jìn)設(shè)計(jì)的方案越能奏效。6、云計(jì)算在智能機(jī)床控制體系中的應(yīng)用控制系統(tǒng)是智能機(jī)床實(shí)現(xiàn)未來智能制造的核心決定因素，它通過對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征，自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。盡管目前的機(jī)床控制系統(tǒng)正從特殊的閉環(huán)控制轉(zhuǎn)變到通用、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制，具備了高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特征，能夠完成自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)補(bǔ)償和在線故障診斷。但是由于采用了中心式封閉體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算能力僵化，系統(tǒng)內(nèi)部沒有實(shí)現(xiàn)信息回路，信息到?jīng)Q策再到控制系統(tǒng)的反饋無法實(shí)時(shí)和自動(dòng)完成，加工過程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息和價(jià)值也沒有被充分挖掘。而在這種大數(shù)據(jù)環(huán)境下，控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)床實(shí)時(shí)的狀態(tài)估計(jì)、精確決策和穩(wěn)定控制主要取決于控制系統(tǒng)能否具有一個(gè)能夠提供所需計(jì)算能力、開放的控制結(jié)構(gòu)。近年來，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造由傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡(luò)的分布式協(xié)同設(shè)計(jì)和制造轉(zhuǎn)變?yōu)榛谠频脑O(shè)計(jì)和制造（CBDM(Cloud-BasedDesignandManufacturing)[）。云計(jì)算技術(shù)在機(jī)床控制上的應(yīng)用還處于探索階段，主要體現(xiàn)為通過應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的控制系統(tǒng)，以有償?shù)男问较驒C(jī)床提供技術(shù)服務(wù)；在營(yíng)銷服務(wù)體系上，與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，對(duì)產(chǎn)品的流動(dòng)進(jìn)行全面掌控，增強(qiáng)商品信息的存儲(chǔ)和庫存的管理；從產(chǎn)品的原材料到產(chǎn)品出廠，進(jìn)行企業(yè)級(jí)的云管理控制，注重不同設(shè)備和不同部件的無縫連接，減少部件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的時(shí)間?；谠频脑O(shè)計(jì)和制造指的是一種能促進(jìn)知識(shí)資源共享和產(chǎn)品快速開發(fā)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)模型，通過社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)提供者和消費(fèi)者之間的協(xié)商平臺(tái)，減小費(fèi)用。CBDM包括按需自助服務(wù)，無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入、快速的可擴(kuò)展性、資源池和虛擬化。CBDM指的是一種面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品開發(fā)模式，啟用服務(wù)消費(fèi)者配置選擇，并利用定制產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)資源和服務(wù)的范圍從計(jì)算機(jī)輔助工程軟件到可重構(gòu)制造系統(tǒng)。2013年德國(guó)學(xué)者VERL等提出：從技術(shù)的角度來看，目前機(jī)床控制是有限的，如可擴(kuò)展性、啟動(dòng)和重新配置的時(shí)間、計(jì)算的復(fù)雜度、訪問的安全性，這些都需要機(jī)床控制有一個(gè)全新的概念，將機(jī)床控制從機(jī)床本體中分離出來，移動(dòng)到云中，從而可以將機(jī)床控制作為一種服務(wù)。云計(jì)算是目前最先進(jìn)或者是經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)過的最先進(jìn)的信息處理方式，它賦予軟件更大的空間，更動(dòng)態(tài)的思維。云計(jì)算也是一種基礎(chǔ)的架構(gòu)管理方法論，由大量資源組成資源池，用于動(dòng)態(tài)地創(chuàng)造高度虛擬化的數(shù)據(jù)流提供給用戶使用。在這種方法中，你根本就不用關(guān)注是哪個(gè)計(jì)算機(jī)算出的結(jié)果被系統(tǒng)所使用，完全可以通過使用軟件設(shè)計(jì)中“封裝”的概念，將資源池進(jìn)行封裝處理，這樣，數(shù)據(jù)就成為了個(gè)整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系的中心，系統(tǒng)必然能夠?qū)崿F(xiàn)的模塊化、組合化。這種方式已經(jīng)改變了以功能或任務(wù)為重心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向，使得系統(tǒng)的模塊變的更通用化，結(jié)構(gòu)更加自由化，更加創(chuàng)新的將軟件的功能擴(kuò)大化。將云計(jì)算的思想引入到機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，是通過改變信息流通方式來增強(qiáng)處理能力，通過信息的應(yīng)用來拓展自身的性能，可以使得信息流動(dòng)的控制成為可能。用簡(jiǎn)單的索取和服務(wù)，屏蔽復(fù)雜的過程，使信息的流動(dòng)更加多樣化，同時(shí)也使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備了彈性，易于將功能與信號(hào)分離，增加了統(tǒng)一管理的可能性，依靠控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上的變化，來解決系統(tǒng)計(jì)算能力不強(qiáng)、模塊之間耦合等問題。依托開放式的云數(shù)據(jù)池結(jié)構(gòu)使得引入需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)成為可能，從而使控制系統(tǒng)中信息與信息流動(dòng)過程的協(xié)作更加高效。因此，對(duì)于數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)而言，采用云控制體系給出了一種開放的機(jī)制，根據(jù)計(jì)算的壓力來對(duì)計(jì)算能力進(jìn)行配置。若加工任務(wù)非常復(fù)雜，則通過開放的組織機(jī)制進(jìn)一步擴(kuò)展計(jì)算資源、合理分配計(jì)算任務(wù)。另外，作為一個(gè)整體智能化的要求，通過聯(lián)合其他計(jì)算能力云，形成一個(gè)大的計(jì)算能力云，就可以完成一系列的產(chǎn)品的生產(chǎn)，而且也打開了不同產(chǎn)品間配合制造的大門。云控制體系是指能夠及時(shí)提出給各分支控制系統(tǒng)足夠的控制所需計(jì)算值。各分支控制系統(tǒng)本質(zhì)都可以歸結(jié)于一種硬件上相互獨(dú)立的控制回路，對(duì)這些分支系統(tǒng)而言，控制結(jié)構(gòu)固定不變，變化的主要是控制參數(shù)。這些參數(shù)是經(jīng)過比較復(fù)雜的計(jì)算獲得，假若將獲取參數(shù)的能力交付給這些分支系統(tǒng)，則這些分支系統(tǒng)可能會(huì)由于計(jì)算時(shí)間問題，無法保證系統(tǒng)的反應(yīng)速度。而云控制體系就是設(shè)想將這些參數(shù)匯聚到參數(shù)池中，參數(shù)池將數(shù)據(jù)作為服務(wù)提供給所需的分支系統(tǒng)。這樣計(jì)算也就作為服務(wù)提供給了各分系統(tǒng)，所以必將減少子系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。(1)分成遠(yuǎn)端云和本地云，既充分利用了外界資源，又將變化的重心傾向于本地，主要是用云的思想來進(jìn)行本地控制系統(tǒng)改進(jìn)。(2)組建虛擬數(shù)據(jù)池，將所有數(shù)據(jù)都放到池中，根據(jù)具體需要，將數(shù)據(jù)提供給軟件和硬件，以數(shù)據(jù)作為服務(wù)。(3)區(qū)分內(nèi)外數(shù)據(jù)，外數(shù)據(jù)集大，注重?cái)?shù)據(jù)共享，為更深應(yīng)用做基礎(chǔ)。內(nèi)數(shù)據(jù)針對(duì)性更強(qiáng)，與工作任務(wù)匹配，以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?，保證實(shí)時(shí)性；(4)以工業(yè)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，抗干擾、速度快，實(shí)時(shí)好，動(dòng)態(tài)好。(5)內(nèi)部程序從各種數(shù)據(jù)池中提取或推送得到所需數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果以數(shù)據(jù)形式再放入到數(shù)據(jù)池中，操作系統(tǒng)按照規(guī)則，將某些數(shù)據(jù)推送到機(jī)床驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行加工。(6)數(shù)據(jù)傳輸分成兩種，分別用于處理計(jì)算數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，主要是為了減少工作環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)的干擾。(7)這種結(jié)構(gòu)基本上符合國(guó)內(nèi)外對(duì)云計(jì)算應(yīng)用在機(jī)床上的理解，只是拓展到了控制系統(tǒng)中。6.2.4智能機(jī)床應(yīng)用案例1、沈陽機(jī)床廠i5智能機(jī)床

Industry（工業(yè)控制），Information（工業(yè)信息），Internet（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)），Intelligence（工業(yè)智慧），Integration（工業(yè)集成）的i5智能控制系統(tǒng)。i5智能數(shù)控系統(tǒng)不僅是機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器，同時(shí)還是工廠網(wǎng)絡(luò)的智能終端。i5智能數(shù)控系統(tǒng)不僅包含工藝支持、特征編程、圖形診斷、在線加工過程仿真等智能化功能，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了操作智能化、編程智能化、維護(hù)智能化和管理智能化。

同時(shí)開發(fā)出Wis車間信息管理系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)床、iFactory智能工廠工廠、iSESOL工業(yè)云、i5OS工業(yè)操作系統(tǒng)等多個(gè)系列軟件平臺(tái)，通過智能機(jī)床的廣泛應(yīng)用，將改變未來制造工業(yè)的工業(yè)模式，引領(lǐng)世界智能制造的發(fā)展潮流。i5智能機(jī)床具有：智能補(bǔ)償、智能診斷、智能控制、智能管理的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、低能耗的加工。該機(jī)床特有的互聯(lián)網(wǎng)功能，使其成為智能終端，實(shí)現(xiàn)分布式、分級(jí)式、分享式制造。6.2.4智能機(jī)床應(yīng)用案例（包括智能工廠和智能生產(chǎn)線）2.華中INC智能機(jī)床INC-MT智能機(jī)床華中數(shù)控、寶雞機(jī)床、華中科技大學(xué)提出了新一代智能機(jī)床（IMT）的新理念，開展了智能數(shù)控系統(tǒng)（INC，IntelligentNC）和智能機(jī)床（INC-MT，IntelligentNCMachineTools）的探索：1）自主感知

通過獨(dú)創(chuàng)的“指令域”大數(shù)據(jù)匯聚方法，按毫秒級(jí)采樣周期匯集數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電控?cái)?shù)據(jù)、插補(bǔ)數(shù)據(jù)，以及溫度、振動(dòng)、視覺等外部傳感器數(shù)據(jù)，形成數(shù)控加工指令域“心電圖”和“色譜圖”。實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工過程的狀態(tài)信息和工況信息的自主感知，建立了數(shù)控機(jī)床的全生命周期“數(shù)字雙胞胎”（DigitalTwins）和“人-信息-物理系統(tǒng)”（Human-Cyber-PhysicalSystems,HCPS）。2)自主學(xué)習(xí)

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和新一代人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了大數(shù)據(jù)智能（可視化、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)）的開放式技術(shù)平臺(tái)，形成智能機(jī)床共創(chuàng)、共享、共用的研發(fā)模式和商業(yè)模式的生態(tài)圈。6.2.4智能機(jī)床應(yīng)用案例3)自主決策

根據(jù)數(shù)控加工的實(shí)時(shí)工況和狀態(tài)信息，利用自主學(xué)習(xí)所獲得的智能控制策略和知識(shí)，形成多目標(biāo)優(yōu)化加工的智能控制“i-代碼”。

4)自主執(zhí)行

通過獨(dú)創(chuàng)的“雙碼聯(lián)控”控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)數(shù)控加工的“G-代碼”（第一代碼）和多目標(biāo)優(yōu)化加工的智能控制“i-代碼”（第二代碼）的同步運(yùn)行，達(dá)到數(shù)控加工的優(yōu)質(zhì)、高效、可靠、安全和低耗的目的。

華中智能數(shù)控系統(tǒng)已初步實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量提升、工藝優(yōu)化、健康保障和生產(chǎn)運(yùn)行一批智能化功能，使得數(shù)控加工“更精，更快，更智能”。此外，智能數(shù)控系統(tǒng)采用了多點(diǎn)觸控虛擬鍵盤，替代了傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床鍵盤；采用機(jī)器視覺人臉識(shí)別，對(duì)操作者身份認(rèn)證。（1）質(zhì)量提升：提高加工精度和表面質(zhì)量。質(zhì)量提升基于以下功能：基于溫度傳感器的熱誤差補(bǔ)償，基于能耗大數(shù)據(jù)的熱誤差補(bǔ)償，數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償，五軸RTCP幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量與補(bǔ)償，基于數(shù)控加工“心電圖”智能斷刀檢測(cè)，基于能耗大數(shù)據(jù)的刀具壽命智能管理，主軸振動(dòng)主動(dòng)避讓。（2）工藝優(yōu)化：提高加工效率。加工優(yōu)化包括以下幾個(gè)方面：加工G代碼的光順性評(píng)估和平滑擬合，基于主軸負(fù)載的加工工藝參數(shù)評(píng)估，基于主軸負(fù)載的加工工藝參數(shù)優(yōu)化，加工振動(dòng)和視覺的指令域示波器，三維曲面“雙碼聯(lián)控”高速加工，自生長(zhǎng)、自學(xué)習(xí)加工工藝數(shù)據(jù)庫，虛擬加工仿真，“一腦雙控”自動(dòng)上下料智能控制。（3）健康保障：保障設(shè)備完好、安全。安全措施包括：機(jī)床運(yùn)行“行車記錄儀”，機(jī)床“鐵人三項(xiàng)”健康自檢和健康評(píng)估，主軸動(dòng)平衡分析和智能健康管理，進(jìn)給軸全生命周期負(fù)荷圖，基于二維碼的設(shè)備調(diào)試檔案管理，基于二維碼設(shè)備維修案例管理與搜索，數(shù)控機(jī)床機(jī)電聯(lián)調(diào)工具集，可靠性MTBF統(tǒng)計(jì)分析，加工過程視覺智能監(jiān)控。（4）生產(chǎn)管理：提高管理和使用效率。包括操作者身份人臉識(shí)別和權(quán)限管理，iNC-Cloud智能云管家移動(dòng)端APP，遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控，工藝文件瀏覽與管理，生產(chǎn)效率統(tǒng)計(jì)分析，作業(yè)計(jì)劃管理。華中數(shù)控智能機(jī)床（iNC-MT）傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床只是通過G代碼、M指令來控制刀具、工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，而對(duì)機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)，如切削力、慣性力、摩擦力、振動(dòng)、力/熱變形，以及環(huán)境變化等，少有感知和反饋，導(dǎo)致刀具的實(shí)際路徑偏離理論路徑，降低了加工