第2篇 智能制造装备产业重大发展方向与支撑技术

第5章 智能机床

5.1 智能机床概述

1952年，第一台数控机床问世。数控机床诞生后的60余年时间里，其向精密化、高速化、多功能复合化、数字化、网络化、智能化方向发展，以满足不同的应用需求。随着技术日趋成熟，数控机床在最近30年里得到了大规模的应用。机床技术的发展目标是为整个制造业提供高性能的制造装备，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类提供更多便利。由于人类的分析、推理时间远大于机床对变化工况的反应、控制时间，机床的智能化，即通过传感器监测工况并自主决策成为机床技术研究的重点。

智能机床具有感知、学习、决策、执行等功能，其主要技术特征有：对装备运行状态和环境的实时感知、处理和分析能力；根据装备运行状态变化的自主规划、控制和决策能力；对故障的自诊断自修复能力；对自身性能劣化的主动分析和维护能力；参与网络集成和网络协同的能力。智能机床是先进制造技术、数字控制技术、现代传感技术以及智能技术深度融合的结果，是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备。

机床的智能化发展大致经历了三个阶段：第一阶段是自动化阶段，从手动机床向机、电、液自动化机床发展，实现了无人干预下的自动加工；第二阶段是数字化阶段，传统机床向数控机床、数控加工中心发展，解决了复杂曲面的加工问题，同时增强了机床的工艺能力；第三阶段是智能化阶段，机床拥有更多的传感器，能够感知工况并自主决策，实现高品质、高效率加工。

日本的Okuma（大隈）公司认为当前经典的数控系统的结构设计、执行和使用三个方面已经过时，对它进行根本性变革的时机已经到来。Okuma公司开发出THINC数控系统，其可在没有人工的干预下对变化了的情况作出“聪明的决策”（smart decision），还可以到了用户工厂后，在应用中不断学习，会变得更加自适应变化了的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。与此同时，日本Mazak、德国西门子、GE Fanuc 等公司也纷纷推出各自的智能机床或智能数控系统。

目前，制造装备正从“面向过程的人工优化”向“面向任务的自动寻优”转变。未来的制造装备不再是简单机械地执行预先编制的加工程序，而能根据加工状态实时优化工艺参数，甚至具备任务的自主规划和过程的自动寻优功能。