在國家“863”、“04專項”、“智能制造”等科技專項支持下，機床行業(yè)要有計劃地開展“智能機床技術及智能制造系統(tǒng)研究”，推動“智能制造”模式的應用。
1 概述
機床工具行業(yè)是關系國民經(jīng)濟和國防安全的戰(zhàn)略性基礎行業(yè)。機床是裝備制造業(yè)智能制造的工作母機，沒有機床的智能化，就無法實現(xiàn)裝備制造業(yè)的智能制造。加快發(fā)展智能機床，是實施《中國制造2025》打造制造強國的關鍵和基礎。
智能機床是具有自感知、自決策、自診斷、自調(diào)節(jié)、自適應和即時網(wǎng)絡通訊功能的高技術機床，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成與深度融合的產(chǎn)物。智能機床是數(shù)控機床發(fā)展的高級形態(tài)。目前，技術先進國家在機床監(jiān)控、測量、補償、診斷、加工優(yōu)化等智能化技術的突破，為智能機床的發(fā)展提供了技術基礎。隨著科技不斷創(chuàng)新，智能機床作為移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端，將成為智能生產(chǎn)系統(tǒng)的關鍵加工設備。
我國處于數(shù)控機床的發(fā)展階段，在高速、高精、多軸聯(lián)動控制、多通道復合加工、網(wǎng)絡通訊等數(shù)控技術與國際先進水平比較存在一定差距。目前，我國數(shù)控機床的智能化技術尚處于起步階段，我國現(xiàn)階段生產(chǎn)的絕大部分數(shù)控機床還不具備智能化功能。近年來，經(jīng)過行業(yè)科研攻關，某些智能化技術開始試驗和應用，并取得積極成果。
2 格局悄然演變
2.1 國產(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專項的支持下，自主研發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)關鍵技術。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、高速高精、多軸聯(lián)動、總線技術、納米插補等一批高檔數(shù)控系統(tǒng)關鍵技術，研制出全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，實現(xiàn)從模擬接口、脈沖接口到全數(shù)字總線控制、高速高精的技術跨越。智能化技術主要涉及：空間誤差補償、熱補償、振動補償、多軸控制、RTCP編程、多通道同步控制、虛軸插補、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、設備智能維護、遠程監(jiān)控與診斷、加工參數(shù)優(yōu)化、智能生產(chǎn)管理技術等。我國數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)聯(lián)合研制的自主知識產(chǎn)權的NCUC-Bus現(xiàn)場總線技術，已獲批了5項國家標準，并獲得省部級發(fā)明一等獎。以華中數(shù)控為例，公司組織了400多人的研發(fā)團隊，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、多軸多通道技術、五軸聯(lián)動技術等一批關鍵技術，在平臺化、網(wǎng)絡化、智能化等技術方面形成了自身的特色和亮點。
沈陽機床集團通過與上海同濟大學合作組建自己的研究院，從底層技術源代碼算法做起，歷時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，形成了基于iSESOL云平臺的智能機床互聯(lián)網(wǎng)應用框架。i5數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了操作、編程、維護和管理的數(shù)字智能制造控制，管理智能化工具可以提供車間級的生產(chǎn)管理信息，能夠?qū)崟r收集機床信息，掌握設備狀態(tài)，進行設備效率分析、成本分析、工單計劃、生產(chǎn)趨勢分析等管理，具有通過手機終端訪問車間管理功能。沈陽機床集團通過充分利用的市場優(yōu)勢和i5數(shù)控系統(tǒng)的技術創(chuàng)新，支撐了商業(yè)模式的創(chuàng)新，帶動了i5數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。
一批數(shù)控機床主機制造企業(yè)通過科技攻關，在主機上集成應用智能化技術，提高了數(shù)控機床的使用性能。主要智能化功能有：主軸監(jiān)控和溫度補償、運動部件的位置補償和熱補償、加工件在機精度檢測和補償、刀具磨損和破損在機監(jiān)控、防碰撞功能；同時開發(fā)智能化應用軟件，應用于自動編程、仿真、加工參數(shù)優(yōu)化、自適應控制等取得進展。
如沈機集團昆明機床股份公司開發(fā)的TGK46100高精度坐標鏜床采用溫度傳感器、溫度模塊等，通過數(shù)控系統(tǒng)實時監(jiān)控主軸系統(tǒng)的發(fā)熱變形和熱補償，其五軸聯(lián)動機型具有反向間隙補償、螺距補償和體積補償功能。
秦川機床工具集團最新開發(fā)的數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機采用高精度同步控制技術和電子齒輪箱等，整機操作可實現(xiàn)自動裝卡、自動對刀、自動磨削及修正砂輪自動控制，機床配置了壓力、振動、位置、溫度傳感器實時監(jiān)控機床狀態(tài)，提供的智能磨削軟件提高了機床磨削性能，方便用戶使用。
機床行業(yè)最新開發(fā)的高精度單向走絲線切割機床，配置了六軸數(shù)控系統(tǒng)及無電解智能電源、自動穿絲及恒張力機構、溫度補償裝置、電火花線切割加工工藝數(shù)據(jù)庫等。
機床行業(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，具有復雜型面加工數(shù)學建模和自動編程、工件和砂輪在線檢測、磨削尺寸補償、砂輪修正補償、磨削工藝及工藝參數(shù)優(yōu)化等智能化功能，提升了整機智能化水平。
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)共同建設的東莞勁勝移動終端智能制造示范車間，實現(xiàn)了全國產(chǎn)、自主化的智能制造，被選為全國智能制造試點示范交流會的唯一示范現(xiàn)場。整個項目歷時一年建設，目前已建成擁有10條自動化鉆攻生產(chǎn)線的智能車間，智能車間包括180臺配置華中數(shù)控HNC-818AM系統(tǒng)的國產(chǎn)高速高精鉆攻中心、81臺國產(chǎn)華數(shù)機器人、30臺RGV、10臺AGV小車、1套全自動配料檢測系統(tǒng)。同時搭載全國產(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、CAPP、APS高級排程系統(tǒng)、MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)、三維虛擬仿真系統(tǒng)等。該車間應用華中數(shù)控系統(tǒng)和國產(chǎn)機床，具備智能管理、智能調(diào)試、智能補償、智能加工、健康保障、網(wǎng)絡銷售平臺、租賃服務、云端工廠等功能。同時，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)絡對用戶車間生產(chǎn)線相關數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠程監(jiān)控、加工優(yōu)化、健康診斷等智能化功能，提升了為用戶服務的水平。
大連光洋科技工程有限公司與北京動力機械研究所（航天科工集團3院31所）合作，致力于采用04專項在數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動及電機等方面以及立式五軸加工中心等方面取得成果的應用推廣，結合航天復雜、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力機械研究所交付了2臺不同規(guī)格的高速高精度五軸立式加工中心。至今，這兩臺承載04專項多項成果的五軸機床已經(jīng)完成了多個批次、多個品種的航發(fā)關鍵零部件的加工，支持了北京動力機械研究所的軍工生產(chǎn)任務。在成功應用示范作用下，北京動力機械研究所推廣10多臺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)動機、貴州黎陽航空發(fā)動機、湖南株洲南方動力等軍工企業(yè)簽訂合同，進一步擴大專項成果在航空航天中的應用示范。
2.4國內(nèi)首個智能制造裝備項目通過驗收
由云南CY集團有限公司承擔的工信部首個“智能制造裝備項目”——《高檔數(shù)控車床制造數(shù)字化車間的研制與示范應用》于2016年8月通過驗收。該項目建設期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)加工主要承擔零件的精加工，生產(chǎn)線外加工主要承擔零件的部分半精加工及上線前工藝驗證。項目由91臺套設備組成，實現(xiàn)混流柔性制造、自動上下料、產(chǎn)品自動識別和跟蹤、在線自動檢測、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)過程實時監(jiān)控和管理信息化。該項目關鍵設備數(shù)控化率100%，生產(chǎn)效率由月產(chǎn)100臺提高到300臺，生產(chǎn)線人員減少57.5%，能耗降低38.4%，零件關鍵工序交驗合格率由64%提高到96%，零件制造精度和穩(wěn)定性顯著提高，項目實施取得明顯經(jīng)濟效益。該項目是近年來機床行業(yè)應用智能生產(chǎn)線制造機床的首例，具有示范意義。
隨著“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的推進，數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床及相關數(shù)字化裝備將得到大力發(fā)展。數(shù)控機床的智能化升級，智能制造標準在整個戰(zhàn)略中起著至關重要的基礎性作用，而這一切都依賴于數(shù)控機床裝備的互聯(lián)互通。實現(xiàn)數(shù)控機床的互聯(lián)互通，相關的協(xié)議標準是決定性要素。智能制造，標準先行，要實現(xiàn)機床的智能化，首先要解決好數(shù)控機床之間的互聯(lián)互通及保障信息安全前提下的信息協(xié)同共享的標準問題。在中國機床工具工業(yè)協(xié)會的組織下，列入工信部智能標準制訂計劃的“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準與試驗驗證”項目已經(jīng)按計劃開展有效工作。
3 機床協(xié)會推進“智能制造”的主要工作
3.1 編制“十三五規(guī)劃”指導性文件——《中國機床工具2020》
3.2 貫徹國家《智能制造發(fā)展規(guī)劃2016-2020》
機床協(xié)會組織行業(yè)重點企業(yè)積極承擔國家智能制造新模式示范項目，積極參與國家智能制造標準制定工作。機床協(xié)會及時派出專家，參與工信部組織的“智能制造”項目論證工作，反映機床行業(yè)智能制造的緊迫需求。目前機床行業(yè)有：沈陽機床集團公司、濟南二機床集團公司、秦川機床工具集團公司、大連機床集團公司、華中數(shù)控股份有限公司、大連光洋科技工程有限公司、四川普什寧江機床有限公司、寧波海天精工有限公司等20多家企業(yè)承擔國家智能制造新模式示范項目和國家智能制造標準制訂項目。其中濟南二機床集團公司與德國博世集團聯(lián)合承擔中德智能制造示范項目——智能生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)，借鑒德國先進的工業(yè)自動化技術，對提升國內(nèi)機床行業(yè)乃至離散型制造行業(yè)的智能制造水平具有示范帶動作用。
通過與軍工制造企業(yè)建立長效合作機制，舉辦國際機床展覽會展示成果，運用軍工生產(chǎn)進口機床國產(chǎn)化審查，建立國產(chǎn)高檔數(shù)控機床推廣目錄，加強機床廠與用戶交流等手段，推動高檔數(shù)控機床預研和制造，積極推廣國產(chǎn)高檔數(shù)控機床應用，推動軍工領域制造裝備國產(chǎn)化，促進軍工裝備自主、安全、可控，為我國國防建設現(xiàn)代化作出貢獻。
2.4 由中國機床工具工業(yè)協(xié)會牽頭組織成立“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準聯(lián)盟”
該聯(lián)盟由武漢華中數(shù)控股份有限公司、沈機（上海）智能系統(tǒng)研發(fā)設計有限公司、廣州數(shù)控設備有限公司、沈陽高精數(shù)控智能技術股份有限公司、大連科德數(shù)控股份有限公司、天津市泰森數(shù)控科技有限公司、大連機床集團有限公司、四川普什寧江機床有限公司、北京北一機床股份有限公司、武漢華工激光工程有限責任公司、華中科技大學、北京航空航天大學、北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司等企事業(yè)單位組成，首屆聯(lián)盟理事長由機床協(xié)會擔任，副理事長由華中數(shù)控股份有限公司擔任，聯(lián)盟下設工作組，開始啟動“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準與試驗驗證”項目工作，取得可喜進展。
4 機床行業(yè)“智能制造”發(fā)展與展望
“智能制造”是國家戰(zhàn)略——“中國制造2025”確定的重點工程之一，“數(shù)控機床和智能機器人”是“中國制造2025”確定的發(fā)展戰(zhàn)略重點領域。“智能制造”是基于新一代信息通訊技術與現(xiàn)代制造技術融合的新型制造模式，是新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力，是“中國制造2025”確定的搶占未來制高點的主攻方向。在國家“863”、“04專項”、“智能制造”等科技專項支持下，機床行業(yè)要有計劃地開展“智能機床技術及智能制造系統(tǒng)研究”，推動“智能制造”模式的應用。
4.1 數(shù)控系統(tǒng)智能化技術研究
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、RFID等傳感器介入的物聯(lián)網(wǎng)平臺，基于高級語言的智能化數(shù)控系統(tǒng)解釋器等。
基于開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)智能加工技術的創(chuàng)新研究，包括熱誤差補償、進給率自適應、故障診斷等技術的研究。
開發(fā)有關應用軟件如優(yōu)化編程及仿真技術，研制開放式應用軟件平臺，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，提高機床加工效能。
智能傳感器和智能功能部件的研發(fā)。
數(shù)控機床適應高效高精加工、生產(chǎn)系統(tǒng)信息集成和智能控制需求，開發(fā)在線智能檢測技術、機床智能診斷和智能維護技術、基于智能制造技術的加工優(yōu)化技術、根據(jù)加工數(shù)據(jù)調(diào)整自身的應用模式和工作模式的自適應技術等，以及基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的遠程通訊功能和服務能力，開發(fā)智能金屬切削機床和智能化成形裝備。
4.3 “智能制造”模式的研究和應用
開展制造網(wǎng)絡化、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用。采用CAD-CAPP-CAM等數(shù)字化技術和網(wǎng)絡通訊技術，實現(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），實現(xiàn)計劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗全過程閉環(huán)管理；建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能充分采集制造進度、質(zhì)量檢驗、設備狀態(tài)的生產(chǎn)現(xiàn)場信息；建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不同裝備之間實現(xiàn)互聯(lián)互通和有效集成；企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）安全運行，其中供應鏈管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)采購、外協(xié)、物流的管理與優(yōu)化。利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，實現(xiàn)經(jīng)營、管理和決策的智能優(yōu)化等。
綜上所述，“智能制造”作為中國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重點方向，在國家產(chǎn)業(yè)政策支持、新技術革命推動和市場需求牽引等綜合作用下，機床行業(yè)的“智能制造”將步入加速成長期。“智能制造”的發(fā)展將對傳統(tǒng)制造體系帶來猛烈沖擊，推動產(chǎn)業(yè)格局發(fā)生深刻變革，如推動制造業(yè)由批量化生產(chǎn)向個性化定制生產(chǎn)趨勢發(fā)展；由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡化異地協(xié)同生產(chǎn)趨勢發(fā)展；由傳統(tǒng)制造企業(yè)向跨業(yè)融合企業(yè)趨勢轉變。價值鏈重點環(huán)節(jié)發(fā)生轉移，掌握核心技術的企業(yè)將發(fā)揮主導作用。在我國經(jīng)濟新常態(tài)下，機床工具行業(yè)面臨市場需求升級的緊迫需求，經(jīng)過新技術革命的洗禮，機床行業(yè)企業(yè)的經(jīng)營模式將逐步轉變，從單純提供“硬件”向同時提供“硬件和軟件”轉變，從提供“單機”向提供“系統(tǒng)解決方案”轉變，從“以質(zhì)取勝”向“以智取勝”轉變，“軟硬兼施，以智取勝”將成為企業(yè)競爭的制勝之道。
“數(shù)控機床—數(shù)控機床智能化—智能機床—智能制造車間—智能制造工廠—智能制造大系統(tǒng)”的技術發(fā)展進程，為機床行業(yè)展示了美好的發(fā)展前景。毋庸置疑，“智能機床”將成為智能制造體系中的核心裝備，加快發(fā)展“智能機床”，是實施《中國制造2025》打造制造強國的首要任務。
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