智能机床技术体系框架分析

智能机床技术体系框架

1智能机床定义

结合机床、国内外的研究情况以及自身在智能机床方面的研究成果，给出狭义和广义的智能机床定义如下。狭义智能机床的定义：对其加工制造过程能够智能辅助决策、自动感知、智能监测、智能调节和智能维护的机床，从而支持加工制造过程的高效、优质和低耗的多目标优化运行。广义智能机床的定义：以人为中心、机器协助，通过自动感知、智能决策以及智能执行方式，将固体材料，经由一动力源推动，以物理的、化学的或其他方法作成形加工的机械，及其以一定方式各类智能功能组合支持所在制造系统高效、优质和低碳等多目标优化运行的加工机械。狭义智能机床定义强调的是单机所具有智能功能和对加工过程多目标优化的支持性，而广义智能机床定义强调的是在以人为中心、人机协调的宗旨下，机床以及一定方式组合的加工设备或生产线所具有智能功能和对制造系统多目标优化运行的支持性。

2智能技术特征

(1)人计机的协同性。人在生产活动中是非常活跃的和具有巨大灵活性的因素，智能机床研究开发和应用中应以人为中心，人、计算机和机械以及各类软件系统共处在一个系统中，互相独立，发挥着各自特长，取长补短，协同工作从而使整个系统达到最佳效益。(2)整体与局部的协调性。一方面，智能机床的各智能功能部件、数控系统、各类执行机构以及各类控制软件从局部上相互配合，协调完成各类工作，实现智能机床上的局部协调；另一方面，在局部协调的基础上，人和机床装备(包括软件和硬件)在路甬祥等提出的包括人的头脑(智慧、经验和技能等)、智能计算机系统的知识库和一般数据库等构成信息库[57]支撑下，实现智能机床整体上的协调。(3)智能的恰当性与无止性。一方面，由于技术的限制以及人们对机床智能化水平的要求和认识的不同，机床本身的智能化水平的高低是不同，机床在特定时期以及特定应用领域其智能化水平是一定的，只要能恰当的满足用户的需要就认为是智能机床；另一方面，随着技术的发展和人们对机床智能化的要求和认识的不断提高，从智能机床的发展的角度来看，其智能化水平是无止尽提高的。(4)自学习及其能力持续提高性。现实的生产加工过程千差万别，智能机床的智能体现的重要方面之一是在不确定环境下，通过分析已有的案例和人脑的智慧的形式化表达，自学习相关控制和决策算法，并在实际工作中不断提升这种能力。(5)自治与集中的统一性。一方面，根据加工任务以及自身具有集自主检测、智能诊断、自我优化加工行为、智能监控为一体的执行能力，智能机床可独立完成加工任务，出现故障时可自我修复，同时不断总结和分析发生在自身上的各种事件和经验教训，不断提高自身的智能化水平；另一方面，为满足服务性制造的需要和更好地提高机床的智能化水平，智能机床应具有能集中管控的能力，以使机床不仅能通过自学提高智能化水平，通过共享方式还能运用同类机床所获取到的经过提炼的知识来提高自己，同时，通过远程的监控和维护维修提供其利用率。(6)结构的开放性和可扩展性。技术是不断发展的，客户的要求是不断变化的，机床的智能也是无止境。为满足客户的需要和适应技术的发展，设计开发的智能机床在结构上应该是开放的，其各类接口系统(包括软硬件)应是对各供应商是开放的，同时，随时可根据新的需要，配置各种功能部件和软件。(7)制造和加工的绿色性。为满足低碳制造和可持续发展的需要，对于制造厂家，要求设计制造智能机床时保证其绿色性，同时保证生产出的产品本身是绿色的，对于用户厂家，应保证其加工使用过程的绿色性。(8)智能的贯穿性。在智能机床设计、制造、使用、再制造和报废的全生命周期过程中，应充分体现其智能性，实现其智能化的设计、智能化的制造、智能化的加工、智能化的再制造和智能化的报废。

3智能功能特征

对于不同的类型，智能机床就其功能本身千差万别，同时如第2.2节中提到的其智能功能应是恰当和无止境的，是在不断变化的，但从本质来说，其智能功能特征应具有一个中心三类基本功能所能概括的特征。(1)一个中心——以人为中心的人、计、机动态交互功能。在智能机床中，人、计算机与机床(机床机械和电气部分)之间及时地信息传递与反馈、配合和结合是实现超过普通机床制造能力和智力的关键，因此，智能机床中的人、计、机动态交互功能是其重要功能特征之一。其动态交互功能应具有支撑三类基本功能完成的作用。在智能机床中，人是一个最不确定的因素，需要采用语音提示、自然语言识别、人工智能、粗糙集和模糊集等理论和技术，建立一个具有超鲁棒性[57]以及人、计、机高度耦合和融合的动态交互界面，保证机床高效、优质和低耗的运行。(2)三类基本功能。1)执行智能功能。在加工任务执行时，应具有集自主检测、智能诊断、自我优化加工行为、远程智能监控为一体的执行能力，总结和分析智能机床的各种执行智能功能需求。2)准备智能功能。在加工任务准备时，应具有在不确定变化环境中自主规划工艺参数、编制加工代码、确定控制逻辑等最佳行为策略能力。3)维护智能功能。在机床维护时，具有自主故障检测和智能维修维护以及远程智能维护，同时具有自学习和共享学习的能力，其中故障检测和维修维护功能见表3，知识智能维护功能见表4。上述功能之间是相互作用，相互支撑的。

结论

(1)提出了智能机床的狭义和广义定义。(2)给出了智能机床的八个智能技术特征。(3)阐述了包括以人为中心的人计机动态交互功能、三个基本功能——执行智能功能、准备智能功能、维护智能功能的智能功能特征，以及功能之间的相互关系。(4)建立了体现了人在智能机床中所起的主导作用的八类理论与技术的智能机床技术理论框架。

作者：鄢萍阎春平刘飞何龙蒋林单位：重庆大学机械传动国家重点实验室重庆大学重庆市网络化制造工程技术研究中心