時間：2023-06-04 10:46:07
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能制造研究分析，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞：機械制造基礎(chǔ) 智能制造 智能化 趨勢
中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973(2011)002-095-01
1 引言
“科技就是力量”，機械制造智能化直接影響著我國機械制造業(yè)的發(fā)展水平，先進的機械制造技術(shù)促進我國機械制造業(yè)的發(fā)展，落后的機械制造技術(shù)則影響我國機械制造也的發(fā)展水平。在“十二五”的背景下，對機械制造業(yè)新的設(shè)計、工藝、功能上的發(fā)展固不可少，不過，對機械制造智能化也應(yīng)該關(guān)注。了解世界機械行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，對改善我國機械制造水平的不足，以及幫助發(fā)展機械制造智能化都有重要的意義。
2 機械制造智能化發(fā)展的現(xiàn)狀
智能制造是從80年代末發(fā)展起來的，最早的幾本有關(guān)智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在1988年由Wright MilaciC等人編寫的，隨后、Kusiak和Pain也相繼出版了這方面的研究著作。
國際方面：國際智能化制造業(yè)采用或準備采用的先進制造技術(shù)主要體現(xiàn)在：(1)新型(非常規(guī))加工方法的發(fā)展，包括激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)及兩種以上加工方法復(fù)合應(yīng)用等；(2)專業(yè)、科學間交叉融合，冷熱加工、加工過程、檢測過程、物流過程、設(shè)計、材料應(yīng)用、制造等方面，界限逐漸淡化；(3)工藝研究由“經(jīng)驗”走向“定量分析”；(4)高新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝緊密結(jié)合，使傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生顯著的、本質(zhì)的變化，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；(5)常規(guī)制造工藝的優(yōu)化，以形成優(yōu)質(zhì)高效、低耗、少污染的制造技術(shù)為主要目標；(6)以計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心。
國內(nèi)方面：我國也在這方面也有所作為。當前，國民經(jīng)濟各部門中智能化已露端倪。機械企業(yè)當務(wù)之急是進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。在面向市場，特別是面向全球化經(jīng)濟的形勢下，我國機械工業(yè)各企業(yè)在選擇產(chǎn)品時都要首先選擇帶有智能信息技術(shù)的機電一體化產(chǎn)品。
3 機械制造智能化發(fā)展的必然性分析
智能制造技術(shù)(Intelligent Manufacturing Technology，IMT)是指利用計算機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等職能活動，并將這些職能活動與智能機器有機的融合起來，將其貫穿應(yīng)用于整個制造業(yè)企業(yè)的各種子系統(tǒng)(如經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、制造、裝配、質(zhì)量保證和市場銷售等)，以實現(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和集成化，從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動，并對制造業(yè)專家的智能信息進行收集、儲存、完善、共享、繼承和發(fā)展的一種極大地提高生產(chǎn)效率的先進制造技術(shù)。
智能制造系統(tǒng)(IntellientManufactingS,IMS)是指基于智能制造技術(shù)，利用計算機綜合應(yīng)用人工智能技術(shù)(如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等)、智能制造機器、技術(shù)、材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)工程理論和方法，在國際標準化和互換性的基礎(chǔ)上，使整個企業(yè)制造系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)分別智能化，并使制造系統(tǒng)形成又網(wǎng)絡(luò)集成的、高度自動化的一種制造系統(tǒng)。
4 機械制造智能化發(fā)展的趨勢
未來必然是以高度的集成化、柔性化和自動化為特征的智能化制造系統(tǒng)，并以部分取代制造中人的腦力勞動為研究目標，也是當代傳統(tǒng)制造技術(shù)、新興計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)等發(fā)展的必然結(jié)果，亦即在整個制造過程中通過計算機將人的智能活動與智能機器有機融合，以便有效地推廣專家的經(jīng)驗知識，從而實現(xiàn)制造過程的最優(yōu)化、智能化和自動化。對于它的研究不僅是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率及降低成本，而且也是為了提高國家制造業(yè)響應(yīng)市場變化的能力和速度，以及在未來競爭中求得生存和發(fā)展。它的研究成果，將不只是對制造業(yè)有促進作用，還對工業(yè)過程自動化或精密生產(chǎn)環(huán)境等有應(yīng)用價值。它的出現(xiàn)將使人們從一個完全嶄新的角度去從事科學技術(shù)和制造領(lǐng)域的研究。所以，機械制造智能化無疑是本世紀制造技術(shù)的最優(yōu)選擇。國際上對其研究的興起也決非偶然，試想，發(fā)達國家一旦擁有這項技術(shù)，而我們又在這方面與之相差甚遠的話，我們將面臨失去更多與之競爭機會的危險。因為一方面它是本世紀的最先進的制造技術(shù)，發(fā)達國家將不再“依賴”發(fā)展中國家的“廉價”勞動力；另一方面專業(yè)技術(shù)人員和熟練技術(shù)工人缺乏問題在我國尤其嚴重，企業(yè)生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)相脫節(jié)的現(xiàn)象也十分突出。再者，重復(fù)投資增大，企業(yè)生產(chǎn)的不規(guī)范化及自動化程度低下等也是大問題。目前發(fā)達國家正在積極起動這一高新技術(shù)，并投巨資、集中大批優(yōu)秀人才進行跨國際合作研究與開發(fā)，我國也應(yīng)當適度開展跟蹤研究。因此，基于國外發(fā)達國家積極搶占這一國際制造業(yè)制高點的嚴峻形勢，參照我國實情，我認為，當前應(yīng)該系統(tǒng)深入地開展基礎(chǔ)理論研究和現(xiàn)有加工單元技術(shù)與機器設(shè)備的智能自動化研究。特別是開發(fā)出具有自身特色的，即能實現(xiàn)高精度、易操作和無人管理的智能制造系統(tǒng)，以滿足我國制造業(yè)日益發(fā)展的需要。如果條件許可。還可試點進行研究領(lǐng)域中的下一代設(shè)計過程、工廠、自主功能模塊和虛擬制造系統(tǒng)等方面的前期實驗研究工作。
另外，智能制造系統(tǒng)最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統(tǒng)向以機器為主體的自主運行轉(zhuǎn)變，這就要求智能系統(tǒng)最終必須能夠像人一樣具備做出符合人文倫理和生態(tài)環(huán)境倫理的行為。因此，當前，在我國智能化發(fā)展初期就應(yīng)當明確智理化(既智能又符合倫理標準)發(fā)展的大方向。
關(guān)鍵詞：智能設(shè)計技術(shù)；農(nóng)業(yè)機械研發(fā)；應(yīng)用探討
1智能設(shè)計技術(shù)概述
智能設(shè)計技術(shù)是近年來逐漸興起的技術(shù)類型，它在傳統(tǒng)研發(fā)設(shè)計的基礎(chǔ)上，融入了大數(shù)據(jù)、智能制造、虛擬現(xiàn)實、智能建模、知識工程等技術(shù)形態(tài)，并根據(jù)行業(yè)設(shè)計研發(fā)的需求，形成適配于行業(yè)產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的一種全新技術(shù)形態(tài)[1]。換句話說，智能設(shè)計技術(shù)雖然基于智能制造、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)范疇，但在不同行業(yè)的應(yīng)用中卻體現(xiàn)出了差異性。本文主要探討農(nóng)業(yè)機械研發(fā)制造中智能設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合農(nóng)業(yè)機械研發(fā)制造行業(yè)的具體情況，重點探討了CAD智能建模技術(shù)、知識工程智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實智能驗證技術(shù)三種智能設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用。
2農(nóng)業(yè)機械研發(fā)制造中智能設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用
2.1CAD智能建模技術(shù)及應(yīng)用
傳統(tǒng)的CAD設(shè)計技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械制造領(lǐng)域，能夠輔助農(nóng)機產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)和三維仿真等設(shè)計工作，但在產(chǎn)品設(shè)計知識的高效利用領(lǐng)域體現(xiàn)了諸多問題，例如：傳統(tǒng)CAD技術(shù)能夠解決農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品研發(fā)的結(jié)構(gòu)性問題，但在建模設(shè)計知識與建模生成的融合上，存在靈活性、適應(yīng)性和移植性不強的弊端。基于知識的CAD智能建模技術(shù)能夠較好地攻克這一難題，該技術(shù)以智能化設(shè)計為基礎(chǔ)，涵蓋CAD建模標準規(guī)范、材料特性、裝配語義、建模融合等新的技術(shù)形態(tài)，在農(nóng)業(yè)機械研發(fā)制造中的應(yīng)用體現(xiàn)出了新的價值。國內(nèi)山東農(nóng)業(yè)大學最新研發(fā)了一種基于CAD智能建模技術(shù)的農(nóng)機產(chǎn)品制造模型特征提取方法，該方法將三維小波變換和CAD智能建模技術(shù)融合在一起，構(gòu)建了農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計ESB通用智能模型庫，技術(shù)人員在設(shè)計農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品時，可以從智能模型庫中直接調(diào)取通用的設(shè)備模型，并運用三維小波變換進行智能分析，得到匹配性能最佳的產(chǎn)品模型，大大提升了大型復(fù)雜農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品研發(fā)制造的效率和建模仿真的準確性[2]。
2.2知識工程智能技術(shù)及應(yīng)用
知識工程智能技術(shù)源于專家系統(tǒng)的研究分支，貫穿于整個智能設(shè)計和制造領(lǐng)域，它以知識設(shè)計內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過科學的表示、獲取和推理過程，獲得制造產(chǎn)品的最佳研發(fā)方案。以知識推理智能技術(shù)為例，它根據(jù)待制造產(chǎn)品的設(shè)計需求，從已知的知識判斷得出新的設(shè)計思維方案，通過基于規(guī)則、實例和模型的推理過程，完成制造產(chǎn)品的智能設(shè)計過程。近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品功能和性能的多元化發(fā)展，設(shè)計一款農(nóng)機產(chǎn)品所需的知識系統(tǒng)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)單一的設(shè)計推理模式難以滿足產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)需求，采用集成的多推理知識工程智能技術(shù)能夠更好地解決現(xiàn)代農(nóng)機產(chǎn)品研發(fā)面臨的這一問題。例如：中國農(nóng)業(yè)大學研究了一種基于知識工程的快速設(shè)計推理方法，該方法以相似度匹配算法為核心，能夠?qū)β膸绞斋@機傳動系的機械構(gòu)件進行快速推理，有效地縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，提升了產(chǎn)品的設(shè)計智能性[3]。
2.3虛擬現(xiàn)實智能驗證技術(shù)及應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)復(fù)雜且設(shè)計困難的大型農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品研發(fā)起到很好的輔助作用，研發(fā)人員運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外觀和進行的仿真建模，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中構(gòu)建真實感很強的運作場景，完成對研發(fā)農(nóng)機產(chǎn)品的仿真運行。近年來，在傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上，一種新的虛擬現(xiàn)實智能驗證技術(shù)被逐漸應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械研發(fā)制造中，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的所有功能，還能夠?qū)Ψ抡娴男ЧM行智能驗證，驗證的效果與產(chǎn)品開發(fā)出的實際使用效果無限接近。例如：中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院采用虛擬現(xiàn)實智能驗證技術(shù)，開發(fā)了基于視景仿真的聯(lián)合收獲機虛擬研發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在虛擬現(xiàn)實情境下建立聯(lián)合收獲機輪胎模型，并對聯(lián)合收獲機作業(yè)過程進行虛擬受力分析，進一步通過對收獲機運行時周邊環(huán)境如農(nóng)田、樹木、草地等地表環(huán)境的虛擬建模和仿真，在VegaPrime中設(shè)計運動路徑，實現(xiàn)了聯(lián)合收獲機作業(yè)的3D視景仿真和作業(yè)效果測定，結(jié)果表明：虛擬環(huán)境下的仿真測定結(jié)果與后期開發(fā)的聯(lián)合收獲機運行效果誤差率小于1%[4]。
關(guān)鍵詞：制造系統(tǒng)；智能主體；數(shù)據(jù)采集
隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，先進制造技術(shù)已經(jīng)成為全球經(jīng)濟競爭的主戰(zhàn)場。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是在不同學科之間交叉滲透的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，對于制造企業(yè)而言，傳統(tǒng)的信息采集方式已經(jīng)難以滿足制造業(yè)信息化的實時需求，所以迅速及時地將相關(guān)學科領(lǐng)域的最新研究成果應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集技術(shù)中，研究新型的數(shù)據(jù)采集技術(shù)方法，方便企業(yè)及時引進生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)制造自動化，對產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及企業(yè)的競爭力增強是不可或缺的。
1制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式
制造企業(yè)外部環(huán)境與自身環(huán)境復(fù)雜多變，要實現(xiàn)生產(chǎn)制造的安全高效，在注重環(huán)保效益的前提下生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，需要制造系統(tǒng)安置大量的傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對生產(chǎn)中設(shè)備運行狀況、工藝水平、產(chǎn)品品質(zhì)以及內(nèi)外部環(huán)境變化數(shù)據(jù)實時監(jiān)控反饋，為生產(chǎn)提供技術(shù)保障。制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有以下三種：
1.1集中式采集方式
集中式采集方式適用于小規(guī)模與相對簡單的系統(tǒng)，這種方式系統(tǒng)全部傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接相連，用一臺工控機可以實現(xiàn)所有的數(shù)據(jù)采集與處理，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、維護方便、價格低廉的特點。
1.2分布式采集集中控制方式
這一方式適合規(guī)模適中且生產(chǎn)線較為簡單的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)生產(chǎn)線上分散的單體設(shè)備集中管理，被各大中型制造系統(tǒng)廣泛采用。該方式將系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)依據(jù)一定的條件進行分組，由各組獨立采集所轄區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，各組協(xié)同完成整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。通過各數(shù)據(jù)采集點設(shè)有獨立的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，對站點進行維護管理，形成相對獨立的局域網(wǎng)絡(luò)。具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高、使用維護簡單以及具備網(wǎng)絡(luò)功能的特點。
1.3集中式與分布式相結(jié)合方式
這種數(shù)據(jù)采集方式是前兩種方式的高效組合，適用于大規(guī)模且承擔復(fù)雜制造的系統(tǒng)，兼具前兩種采集方式的優(yōu)勢。
2基于智能主體的制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)
2.1智能主體與分布式人工智能
智能主體（Agent）涉及人工智能(Artificial Intelligent)技術(shù)的深層次問題，為人工智能技術(shù)以及計算機科學發(fā)展提供了新的計算求解范例和方法，也為CIMS（Computer Integrated Manu-facturing Systems，計算機集成制造系統(tǒng)）提供了更加高效便利的解決方案。應(yīng)用智能主體思想與方法構(gòu)建基于智能主體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進一步推進數(shù)據(jù)采集智能化發(fā)展。智能主體屬于分布式人工智能（DAI， Dis-tributed Artificial Intelligent）研究范圍。分布式人工智能是相對于集中控制技術(shù)而言的，分布式問題求解的思想在工程領(lǐng)域應(yīng)用始于分布式控制系統(tǒng)的研究。控制系統(tǒng)規(guī)模的擴大以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、功能增多等一系列影響系統(tǒng)性能的因素增加，需求一種基于整體優(yōu)化的控制策略，亦即整體的總目標函數(shù)最優(yōu)化控制方式。該函數(shù)包括質(zhì)量產(chǎn)量技術(shù)指標，以及能源、成本與環(huán)保等經(jīng)濟社會指標，實現(xiàn)綜合自動化生產(chǎn)。將大系統(tǒng)分解為若干相關(guān)小系統(tǒng)，控制小系統(tǒng)的目標對象，同時要考慮小系統(tǒng)之間的相互影響與作用，以小系統(tǒng)的最優(yōu)化促進大系統(tǒng)的最優(yōu)。
2.2基于智能主體的數(shù)據(jù)采集技術(shù)
該智能主體技術(shù)以主體感知外部環(huán)境信息以及對信息分析、推理、評估，為下一步采取應(yīng)對措施為基本思想。制造系統(tǒng)之所以要設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是為了通過傳感器監(jiān)控制造過程中的各種信息，并對其處理、分析，對系統(tǒng)的運行狀況以及運行趨勢做出判斷預(yù)測，對故障指出處理措施。基于這一思想，構(gòu)造依托于多智能體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對當下的數(shù)據(jù)采集方法給予加強改進，一種適用于先進制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模式應(yīng)運而生。該模式由若干傳感器與一個數(shù)據(jù)采集平臺組成，數(shù)據(jù)采集平臺由一個數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與多個數(shù)據(jù)采集點組成。傳感器用以監(jiān)控生產(chǎn)過程中的各種內(nèi)部外部信息，數(shù)據(jù)采集平臺負責數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲與輸出，在形式上依然是分布式與集中式采集集中管理模式。
3結(jié)語
計算機技術(shù)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展為制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)提供了更多的可能性，基于智能主體的制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，對于制造企業(yè)運用現(xiàn)代化的制造技術(shù)，在制造自動化、提高生產(chǎn)力與生產(chǎn)制造高品質(zhì)的產(chǎn)品、增強企業(yè)的綜合競爭能力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益有重要意義。
參考文獻:
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以“邁向大智能時代”為主題，堅持“高起點、入主流、國際化、有特色”的總體定位，由天津市人民政府、國家發(fā)展和改革委員會、科學技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室、中國科學院、中國工程院共同主辦的首屆世界智能大會將于6月27―30日在天津梅江會展中心舉行。大會期間將舉辦“一會一展一賽” 即世界智能大會、世界智能科技展、世界智能駕駛挑戰(zhàn)賽等系列活動。
世界智能大會期間，為更進一步推進我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動京津冀協(xié)同發(fā)展，由天津市工業(yè)和信息化委員會、天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會、天津濱海高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院承辦的京津冀論壇?智能制造論壇將于29日下午隆重舉辦。
京津冀論壇?智能制造論壇亮點突出：（1）求真務(wù)實，首次直指制造業(yè)轉(zhuǎn)型痛點，提供智能制造全球趨勢解讀、理論分析及中國企業(yè)轉(zhuǎn)型路徑指導(dǎo)；經(jīng)驗傳承，首次以智能制造時代的中國視角出發(fā)，深入探討中國制造企業(yè)轉(zhuǎn)型之機與實踐之路；能力評估，首發(fā)企業(yè)智能制造核心能力評價服務(wù)體系。（2）為深入貫徹落實京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略，京津冀產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展中心在論壇上揭牌；為進一步落實天津市第十一次黨代會精神，濱海新區(qū)泰達智能產(chǎn)業(yè)區(qū)信息并揭牌。
京津冀論壇? 智能制造論壇現(xiàn)場邀請到中國工程院院士吳澄、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）聯(lián)合架構(gòu)主席林詩萬、德國工程院院士Jivka Ovtcharova、日本工業(yè)價值鏈促進會IVI 理事長西岡靖之等國際知名專家親臨，為參會者帶來精彩報告和觀點。此外，GE、SAP、三一集團等國內(nèi)外制造企業(yè)精英將現(xiàn)場對話，觀點交鋒、思S碰撞，為業(yè)界帶來一場才智交融的思想盛宴。
同時，為推動世界智能領(lǐng)域的科技交流與合作，服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展，大會同期，6月27日、6月28日還將召開由天津市工業(yè)和信息化委員會、天津市濱海新區(qū)人民政府、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院承辦的中國瑞士企業(yè)合作圓桌交流會、中德智能制造合作示范企業(yè)現(xiàn)場會。中國?瑞士企業(yè)合作圓桌交流會搭建起兩國企業(yè)創(chuàng)新合作的交流平臺，瑞士創(chuàng)新企業(yè)代表屆時將組團出席會議，全面呈現(xiàn)瑞士創(chuàng)新能力，與中方企業(yè)深入磋商交流；中德智能制造合作示范企業(yè)現(xiàn)場會將走近天津智能制造合作示范項目方――天津中德應(yīng)用技術(shù)大學，通過現(xiàn)場參觀、經(jīng)驗分享，有力推動中德兩國在智能制造人才培養(yǎng)等領(lǐng)域的務(wù)實合作。（霍娜）
1數(shù)控智能在機械制造中的具體應(yīng)用
參考相關(guān)資料對基于數(shù)控智能的機械制造予以詳細分析，確定其具體表現(xiàn)在機械設(shè)計、機械制造、機械電子及機械系統(tǒng)故障診斷這4方面。1.1機械設(shè)計。相對來說，機械設(shè)計是一項復(fù)雜的、繁瑣的、難度大的工作，要想達到設(shè)計目標，在具體進行機械設(shè)計的過程中需要設(shè)計人員對機械的一個模型進行綜合與分析，包括大量高精確度的計算、分析、繪圖等，最終獲得完整的機械圖。但是，通過對以往機械設(shè)計工作落實情況的分析，確定實際機械設(shè)計之中設(shè)計人員難以有效利用精確數(shù)值計算的方法來構(gòu)建關(guān)于機械的數(shù)據(jù)模型，更不能利用CAD制圖技術(shù)做到這一點。而數(shù)控智能有效應(yīng)用于機械設(shè)計之中，能夠充分發(fā)揮其高精確度、高效率、柔性自動化等特點，有效地處理機械相關(guān)數(shù)值數(shù)據(jù)及非數(shù)值數(shù)據(jù)，如數(shù)值數(shù)據(jù)與實際操作經(jīng)驗相集成，構(gòu)建立體化的機械模型，進而優(yōu)化設(shè)計機械，達到設(shè)計目標[2]。1.2機械制造。機械生產(chǎn)制造中，首先要確定機械生產(chǎn)計劃，而對于機械生產(chǎn)計劃的制定是從多種因素組合中選出最能滿足所有約束條件的最佳方案。而通過對以往機械制造情況的分析，確定因為沒有立體化的機械模型來呈現(xiàn)機械制造方案，致使機械制造中難以注意到某些細節(jié)，制造的機械存在一些缺陷或不足。而將數(shù)控智能有效地應(yīng)用于機械制造之中，一方面能夠數(shù)字化的制造裝備，促使機械制造自動化、數(shù)字化水平得以提高；另一方面形成柔性制造單元、數(shù)字化車間及數(shù)字化工廠，如此能夠提高機械制造的柔性自動化和智能化水平，使機械制造高質(zhì)高效地完成，如圖1所示。圖1智能化的機械制造1.3機械電子。機械電子系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)比較簡單、元件和運動部件減少，性能高等特點，這使其應(yīng)用越來越廣泛。而在科學技術(shù)蓬勃發(fā)展的影響下，機械電子系統(tǒng)不斷地優(yōu)化與創(chuàng)新，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，已經(jīng)不能有效地應(yīng)用數(shù)學解析法來優(yōu)化機械電子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)了。盡管數(shù)字解析方法具有嚴密性、精確性高等特點，但其也只能處理比較簡單的機械電子系統(tǒng)，而不能給出復(fù)雜的機械電子系統(tǒng)的數(shù)學解析式，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)[3]。針對此種情況，可以將數(shù)控智能有效地應(yīng)用于機械制造之中，以知識信息為基礎(chǔ)來對機械電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)予以推理和計算，進而優(yōu)化機械電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的有效性。1.4機械系統(tǒng)故障診斷。機械系統(tǒng)故障診斷，則是根據(jù)機械電子系統(tǒng)表現(xiàn)出的不正常的現(xiàn)象，按照一定的法則，推測出問題產(chǎn)生的原因，進而找到設(shè)備故障的所在位置。基于以往機械系統(tǒng)故障診斷實際情況，并且參考相關(guān)資料，確定機械系統(tǒng)故障診斷主要包括3個方面，即故障監(jiān)測、故障分析及處理決策。要想使機械系統(tǒng)故障診斷能夠充分發(fā)揮作用，需要配備經(jīng)驗豐富、專業(yè)知識扎實的維護保修人員，如此才能針對機械系統(tǒng)故障現(xiàn)象來推出故障原因，否則面對這一比較復(fù)雜的故障推理過程很容易出現(xiàn)差錯或考慮不周，進而無法準確診斷故障問題。而將數(shù)控智能有效的應(yīng)用于機械系統(tǒng)故障診斷之中，則可以將人工智能等方法應(yīng)用到機械系統(tǒng)故障問題中，通過智能化的機械系統(tǒng)故障診斷，可以在短時間內(nèi)找到故障原因，并且提出故障問題處理方案[4]。所以，將數(shù)控智能有效地應(yīng)用于機械系統(tǒng)故障診斷中是非常必要的，能夠提高機械系統(tǒng)故障診斷水平。
2機械制造中數(shù)控智能的應(yīng)用方法
基于以上內(nèi)容的分析，確定機械制造中數(shù)控智能的有效應(yīng)用具有較高的現(xiàn)實意義，利于提高機械制造水平，促進機械制造領(lǐng)域更好更快地發(fā)展。當前，在此之前需要掌握機械制造中數(shù)控智能的應(yīng)用方法。2.1專家系統(tǒng)。由知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機、用戶接口及系統(tǒng)輸出5個部分組成的專家系統(tǒng)屬于計算機的一種智能程序。科學合理地應(yīng)用專家系統(tǒng)，可以綜合運用知識庫和數(shù)據(jù)庫中的知識與數(shù)據(jù)，合理的推理和分析，從而解決只有專家才能解決的比較復(fù)雜的問題。2.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指智能控制系統(tǒng)模擬生物的激勵系統(tǒng)，將一系列輸入通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生輸出。這里所說的輸出與輸入都是標準化的量，并且輸出是輸入的非線性函數(shù)，在改變神經(jīng)元權(quán)重的情況下，輸出值將會發(fā)生改變[5]。2.3模糊集理論。模糊集理論是指將經(jīng)典的集合理論模糊化，并引入語言變量和近似推理的模糊邏輯，這使得此理論可以被看作一種具有完整的推理體系的智能技術(shù)，包含模糊知識庫、模糊推理機及人機界面等幾部分，能夠?qū)栴}的相關(guān)信息予以收集并且進行一定程度的模糊化處理，從而簡化問題，進而有效解決問題。
3數(shù)控智能在機械制造系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢
基于以上內(nèi)容的分析，確定數(shù)控智能在機械設(shè)計、機械制造、機械電子及機械系統(tǒng)故障診斷中有效應(yīng)用，促使以上4個方面都有不同程度的進步與提升。但也不得不承認數(shù)控智能的應(yīng)用還是具有一定局限性的，也可以確定的是數(shù)控智能在機械制造系統(tǒng)中有更多應(yīng)用和發(fā)展空間。要想在未來能夠?qū)?shù)控智能更加有效地應(yīng)用于機械制造系統(tǒng)中，應(yīng)當大力發(fā)展數(shù)控智能組合，使之能夠立足于整個系統(tǒng)上，從提高機械制造系統(tǒng)整體水平的角度出發(fā)來優(yōu)化處理各個部分[6]。所以，數(shù)控智能在機械制造系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢是數(shù)控智能組合這一方向。
4結(jié)語
基于本文一系列的分析，可以證實一點，即數(shù)控技術(shù)在機械制造領(lǐng)域扮演重要的角色，隨著數(shù)字智能的逐漸滲透，能夠在機械制造、機械設(shè)計、機械電子系統(tǒng)、機械系統(tǒng)故障診斷等方面充分發(fā)揮作用，促使機械制造逐漸向智能化、自動化、數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。為此，我國相關(guān)研究人員一定要持續(xù)致力于機械制造中數(shù)控智能的應(yīng)用研究，為進一步提高數(shù)控智能的應(yīng)用效果創(chuàng)造條件。
作者:韋建宇 單位:南京微創(chuàng)醫(yī)學科技股份有限公司轉(zhuǎn)化醫(yī)學部
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【關(guān)鍵詞】數(shù)字圖書館 智能機器人 研究趨勢
隨著科技發(fā)展和人們知識需求量增大，圖書館資源和服務(wù)逐漸趨向數(shù)字化和智能化。尤其大數(shù)據(jù)時代的到來在一定程度上推動圖書館向純數(shù)字圖書館和智慧圖書館轉(zhuǎn)化[1]。未來圖書館的數(shù)據(jù)資源豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要通過云計算、數(shù)據(jù)聚類、相關(guān)分析等技術(shù)手段實現(xiàn)一站式搜索 [2]。目前，CNKI數(shù)字圖書館作為國際上技術(shù)領(lǐng)先的數(shù)字化學習平臺，為讀者提供跨庫檢索、學術(shù)趨勢、學術(shù)研究熱點等功能，實現(xiàn)了資源的高度整合和智能交互，滿足了不同人群對知識的個性化、多樣化需求。目前，智能機器人是國家產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展重點項目和科研熱點項目，本文利用CNKI數(shù)字圖書館的學術(shù)研究熱點、學術(shù)趨勢搜索、指數(shù)等檢索功能實現(xiàn)“智能機器人”學術(shù)熱點和學術(shù)趨勢研究，讓讀者對其有個整體認識。
一、智能機器人
機器人是一種可編程和多功能的，用來完成搬運、安裝、焊接、切割等不同任務(wù)的操作機，或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)[3]。 智能機器人則是一個在感知、反應(yīng)、思維方面全面模擬人的機器系統(tǒng)，融合了機械、電子、傳感器、計算機、仿生學、自動控制、人工智能等多學科知識的復(fù)雜智能機械，可以代替人從事危險復(fù)雜的工作，例如在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航天、醫(yī)療等多個領(lǐng)域大顯身手。目前，各國正加快智能機器人技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，如美國再工業(yè)化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略、德國工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略、日本機器人新戰(zhàn)略、韓國機器人強國戰(zhàn)略等，機器人技術(shù)引領(lǐng)當今科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢。中國通過制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃、“中國制造 2025”發(fā)展目標、“十三五”規(guī)劃，，將機器人和智能制造納入了國家科技創(chuàng)新的優(yōu)先重點領(lǐng)域[4][5]。
二、 “智能機器人”和“智能控制”主題熱點搜索
本文以“智能機器人”和“智能控制”為主題進行“學術(shù)研究熱點”檢索，檢索結(jié)果顯示了按照熱度值排序的熱點主題相關(guān)的主要知識點、主題學科名稱、熱度值、主要文獻數(shù)、相關(guān)國家課題數(shù)、主要研究人員數(shù)和主要研究機構(gòu)數(shù)。“智能機器人”相關(guān)知識點主要有移動機器人、工業(yè)機器人、仿人機器人、服務(wù)機器人、機器人導(dǎo)航、遠程操作、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等知識點。
智能化是機器人控制和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重點。關(guān)于“智能控制”的熱點知識主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、學習控制、自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、預(yù)測控制、專家系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)等知識點，這些知識點代表著“智能機器人”主要研究方向。
三、“智能機器人”和“智能控制”主題學術(shù)趨勢和研究發(fā)展
CNKI數(shù)字圖書館提供“學術(shù)趨勢”檢索功能，為科研工作者了解“智能機器人”發(fā)展趨勢提供了非常好的工具。本文通過“學術(shù)趨勢”功能檢索“智能機器人”和“智能控制”主題的學術(shù)趨勢，圖中不僅提供學術(shù)關(guān)注度，還提供熱門被引文章供讀者深度研究。圖2顯示智能機器人和智能控制方面的從1997年至2015年論文收錄量逐年增大，2015年收錄量達1343篇。讀者可以從圖2中及時掌握每年學術(shù)熱點論文，從中深入學習“智能機器人”的具體研究方法和科研理論，為理論創(chuàng)新尋找突破口。
另外，CNKI數(shù)字圖書館還具有“指數(shù)”功能，通過對“智能機器人”和“智能控制”主題進行檢索，得到以下各項信息：
“學術(shù)關(guān)注度”和“媒體關(guān)注度”是我們進行科學研究時比較關(guān)注的兩個方面。通過對關(guān)注度的分析發(fā)現(xiàn)最近三年科研工作者和媒體對智能機器人的關(guān)注度劇增，預(yù)示著國家加大了“智能機器人”領(lǐng)域的投入和研究力度。
“關(guān)注文獻”和“研究進展”搜索功能為讀者提供了當前“智能機器人”領(lǐng)域高被引論文、下載量比較大的論文以及最新相關(guān)論文，為科研工作者迅速把握“智能機器人”研究的內(nèi)容和研究趨勢提供幫助。
“學科分布”為讀者提供“智能機器人”和“智能控制”在不同學科領(lǐng)域的研究情況和“相關(guān)詞”的統(tǒng)計情況。通過分析可知，移動機器人、智能制造、人工智能、路徑規(guī)劃、機器視覺、圖像處理、虛擬現(xiàn)實、語音識別、聲源定位等是分布在不同學科領(lǐng)域的“智能機器人”相關(guān)詞，也是“智能機器人”目前重要的學術(shù)研究方向；單片機、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能家居、智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、RFID、ZigBee、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能交通等是分布在不同學科領(lǐng)域的“智能控制”的相關(guān)詞。因此，我們通過它們可以了解到跨學科智能機器人的研究動向。
“機構(gòu)分布”顯示了哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱工程大學、上海交通大學、清華大學、浙江大學、中國科學院沈陽自動化研究所等多所研究機構(gòu)是文獻的主要提供單位，這為讀者認識機器人研究機構(gòu)提供參考。
結(jié)論
CNKI數(shù)字圖書館提供的“學術(shù)研究熱點”、“學術(shù)趨勢”和“指數(shù)”功能為我們展示了“智能機器人”和“智能控制”的研究熱點和學術(shù)研究方向，為讀者科研選題和科學研究提供學術(shù)參考。通過對“智能機器人”關(guān)鍵知識點的、經(jīng)典科研論文和最新科研論文的深度分析，探索和挖掘智能機器人發(fā)展的技術(shù)空白點，發(fā)現(xiàn)最新研究方向。目前大學圖書館的資源整合和智能搜索功能還比較弱，需要進一步加強圖書館智能搜索引擎的構(gòu)建和其他智能交互平臺建設(shè)才能提高圖書館資源利用率和服務(wù)效能。
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特別是在2015年5月19日，國務(wù)院中國制造2025規(guī)劃之后，更是將機器人產(chǎn)業(yè)提升到新的高度。規(guī)劃指出，圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等工業(yè)機器人、特種機器人，以及醫(yī)療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂等服務(wù)機器人應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進機器人標準化、模塊化發(fā)展。擴大市場應(yīng)用。突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅(qū)動器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計制造等技術(shù)瓶頸。對此，業(yè)內(nèi)分析，機器人產(chǎn)業(yè)將迎來利好，獲得黃金發(fā)展周期。
為推進陜西省“兩化融合”進程和機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升陜西省科技創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)競爭力，陜西省智能機器人重點實驗室成立于西安交通大學，并依托西安交通大學的優(yōu)勢，開展智能機器人的研究與應(yīng)用工作。
尖端團隊助力機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展
目前，陜西省智能機器人重點實驗室擁有約41臺（套）實驗用儀器設(shè)備，總價值約2000萬元。實驗室還擁有固定人員35人，其中高級職稱19人，占比為54.3%；博士學位26人，占比為74.3%，長江學者1名。如今，實驗室已形成了一支以中國科學院院士丁漢為學術(shù)委員會主任，長江學者梅雪松教授為實驗室主任，武通海教授、王飛副教授為實驗室副主任，以及呂毅教授、馮祖仁教授、徐光華教授、陳花玲教授、張小棟教授、王朝暉教授、賈書海教授、徐海波教授、姜歌東教授、李兵教授等為學術(shù)帶頭人的專業(yè)團隊，致力于機械工程、自動控制等領(lǐng)域的研究。
多年來，陜西省智能機器人重點實驗室還致力于人才的培養(yǎng)，目前擁有在讀博士研究生32名、碩士研究生63名；近5年來其培養(yǎng)出博士研究生26名、碩士研究生120余名，為我國機器人產(chǎn)業(yè)作出了重要的貢獻。
梅雪松教授介紹，陜西省智能機器人重點實驗室的建設(shè)，主要為了解決機器人在符合陜西省行業(yè)特點的開發(fā)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問題，為陜西省機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐和引導(dǎo)，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。“我們的目的就是將實驗室建成國內(nèi)知名的具備原創(chuàng)能力的研發(fā)基地及機器人技術(shù)高層次人才培養(yǎng)基地。”梅雪松教授說道。
目前，陜西省智能機器人重點實驗室主要涉及機器人智能運動控制理論與自主決策、機器人核心功能部件失效機理與評價、多信息融合的機器人智能感知與人機交互及機器人仿生學研究與機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計四個方向的研究。
在機器人智能運動控制理論與自主決策方面，陜西省智能機器人重點實驗室主要研究機器學習理論與實現(xiàn)；機器人運動控制參數(shù)的智能優(yōu)化與自適應(yīng)調(diào)整；機器人運動路徑規(guī)劃與行為自主決策及工業(yè)機器人多種作業(yè)的智能末端執(zhí)行器作業(yè)一體化系統(tǒng)原理。在這一方面，實驗室提出了典型機器人智能運動控制理論與自主決策方法，開發(fā)機器人智能化實際應(yīng)用技術(shù)，最終實現(xiàn)集成機、電、液、氣、光等多種接口的智能末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計及智能末端執(zhí)行器的作業(yè)規(guī)劃與控制技術(shù)。
在機器人核心功能部件失效機理與評價方面，實驗室主要研究機器人減速器失效機理研究；工業(yè)機器人執(zhí)行部運動精度的檢測與評價；高精度機器人關(guān)節(jié)減速器性能檢測與評價及機器人運動控制系統(tǒng)與性能評價。在這一方面，實驗室設(shè)計出了優(yōu)化與協(xié)同制造出高精度、長壽命、大剛度的機器人關(guān)節(jié)減速器，開發(fā)出了總線和碼盤協(xié)議兼容性好、抗干擾能力強的高速高精度工業(yè)機器人專用伺服控制系統(tǒng)。
在多信息融合的機器人智能感知與人機交互方面，實驗室主要研究多傳感信息融合的機器視覺與感知技術(shù)；人一機器人交互理論研究與應(yīng)用及基于多源生物信號的機電系統(tǒng)控制理論與應(yīng)用。宴驗室將通過研究多傳感器感知技術(shù)，生機電協(xié)同控制與動態(tài)補償技術(shù)，實現(xiàn)人機運動的動態(tài)協(xié)同，初步實現(xiàn)基于腦機接口的服務(wù)機器人原型樣機，如：上肢和下肢康復(fù)機器人、助老伴行機器人、救援機器人及超微創(chuàng)手術(shù)機器人、ICU重癥護理機器人產(chǎn)品。
而在機器人仿生學研究與機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方面，實驗室主要研究行走機理與動物視覺的仿生實現(xiàn)理論與方法；機器人運動機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計及機器人仿生驅(qū)動與實現(xiàn)。在這一方面。實驗室開發(fā)了基于柔性智能材料驅(qū)動的機器人，爬行軟體機器人系統(tǒng)。在這一領(lǐng)域，實驗室通過研究軟體機器人運動學、動力學非線性建模及分析方法，形成了“材料-結(jié)構(gòu)-運動-傳感”一體化的軟體機器人設(shè)計方法。
專注、專業(yè)，機器人領(lǐng)域顯身手
憑借著專業(yè)的科研團隊及依托西安交通大學的優(yōu)勢，陜西省智能機器人重點實驗室取得了許多令人矚目的科研成果。
在機器人基礎(chǔ)科學與共性技術(shù)上，實驗室完成了介電彈性體材料的研究、石墨烯智能機器人光致驅(qū)動效應(yīng)、石墨烯智能機器人的仿生應(yīng)用研究、關(guān)于智能感知的研究、腦機接口技術(shù)研究、機器人控制技術(shù)研究、機器人在線測試研究、機器結(jié)構(gòu)設(shè)計理論研究、機器人關(guān)節(jié)減速器研究。關(guān)于介電彈性體材料DE的介電特性研究，實驗室主要圍繞DE材料的介電性能展開了基礎(chǔ)性研究，研究了介電常數(shù)、介電損耗、電導(dǎo)率等因素對該材料介電特性的影響規(guī)律；在石墨烯智能機器人光致驅(qū)動效應(yīng)的研究上，實驗室設(shè)計了聚合物雙層微致動器結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光致驅(qū)動器。研究了石墨烯智能機器人光致驅(qū)動機理及驅(qū)動性能，建立了光-機-電-力耦合驅(qū)動模型；在石墨烯智能機器人的仿生應(yīng)用研究上，實驗室開發(fā)了光致驅(qū)動的仿生魚平臺；關(guān)于智能感知的研究，實驗室面向復(fù)雜環(huán)境的視覺應(yīng)用的多目標檢測、識別及追蹤以及立體匹配的計算模型方面獲得了一批國際水平的研究成果；同時，實驗室采用視覺芯片技術(shù)，解決視覺、視頻和圖像分析處理中所面臨的并行計算依賴和存儲效率限制等難題；在腦機接口技術(shù)研究上，實驗室提出了基于牛頓環(huán)的穩(wěn)態(tài)振蕩運動刺激范式，構(gòu)建了穩(wěn)態(tài)運動視覺誘發(fā)電位提取算法。還提出了相應(yīng)的頭皮腦電信號噪聲去除、微弱癲癇波檢測以及癲癇發(fā)作先兆捕捉方法。并構(gòu)建運動想象控制小球運動的腦機接口實驗范式；在機器人控制技術(shù)研究上，實驗室開發(fā)了可用于機器人運動控制的開放式運動控制器、伺服驅(qū)動器：在機器人在線測試技術(shù)研究，實驗室開發(fā)了機器人綜合動態(tài)特性在線測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)可實現(xiàn)西門子、NUM、海德漢等機器人數(shù)控系統(tǒng)運動過程中各軸位置、速度、電流信號的在線實時測量，可用于機器人末端誤差溯源與分離、伺服優(yōu)化、裝配情況評估等；在機器結(jié)構(gòu)設(shè)計理論研究上，實驗室利用二維內(nèi)力流建模方法分析了平板結(jié)構(gòu)中內(nèi)力渦流的形成與傳遞規(guī)律，并對載荷傳遞路徑的數(shù)值構(gòu)造原理進行論證。總結(jié)歸納了承力生物體的典型結(jié)構(gòu)特征，基于等應(yīng)力定律提出了仿生優(yōu)化設(shè)計方法，并應(yīng)用于仿生機器人的優(yōu)化再設(shè)計當中；在機器人關(guān)節(jié)減速器研究上，實驗室研究了諧波減速器關(guān)鍵零件柔輪的變形與應(yīng)力分布，傳動誤差和摩擦信息提取方法：研制開發(fā)了用于系列諧波減速器性能測試試驗臺的測試系統(tǒng)。
在工業(yè)機器人應(yīng)用上，實驗室研究出了基于工業(yè)機器人的纖維鋪放系統(tǒng)，固體火箭發(fā)動機絕熱層自動粘貼機器人技術(shù)，基于自動機械手的汽車旁通閥自動裝配線設(shè)計單腿跳躍機器人、關(guān)節(jié)式機械手、并聯(lián)機器人及巡檢機器人。關(guān)于基于工業(yè)機器人的纖維鋪放系統(tǒng)，實驗室研制了7自由度機器人式纖維鋪放系統(tǒng)；提出紫外光/電子束原位固化，提高制造效率30%；無需熱壓罐、降低制造成本15%，降低能耗60%，電子束固化微波強化復(fù)合材料層間強度，層間剪切強度提高15%；實驗室研制的自動粘貼機器人能完成各種尺寸型號的固體火箭內(nèi)壁絕熱層的粘貼，不僅能夠完成粘貼的任務(wù)，而且對粘貼工藝的研究提供了條件；實驗室進行的單腿跳躍機器人、關(guān)節(jié)式機械手、并聯(lián)機器人等設(shè)計與開發(fā)，完成了系統(tǒng)的自行設(shè)計、制造以及組裝，實現(xiàn)了系統(tǒng)位姿或位珞的運動控制；實驗室研制的本巡檢機器人，可運用于特殊工作環(huán)境下的巡檢。
在服務(wù)機器人應(yīng)用領(lǐng)域，實驗室成功研發(fā)了智能輪椅、基于腦機接口的康復(fù)機器人、腦控假肢、基于運動想象的機械手控制、外骨骼機器人、助老伴行機器人、無人機飛控系統(tǒng)平臺及手術(shù)機器人。智能輪椅是基于SSVEP和P300的智能輪椅控制導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)腦電信號對輪椅的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等的精確控制。同時，實驗室研發(fā)的智能輪椅實現(xiàn)了基于SSVEP和P300的智能輪椅控制導(dǎo)航系統(tǒng)；基于腦機接口的康復(fù)機器人是針對生物運動視覺刺激誘發(fā)的混合BcI康復(fù)訓練技術(shù)展開研究，深入探討并研究及試驗構(gòu)建了各種視覺刺激腦機接口新范式設(shè)計；腦控假肢是基于PC的BCI驅(qū)動的神經(jīng)義肢手驅(qū)動控制系統(tǒng)，開發(fā)出的基于E-MOTIVE便攜腦電采集系統(tǒng)的智能腦控假肢系統(tǒng)；通過開展腦肌多源信息的運動意圖、位姿感知認知、交互控制和生機電一體化系統(tǒng)集成技術(shù)的研究，實驗室研發(fā)出了外骨骼機器人。
面對未來，創(chuàng)新不止
2015年，在西安交通大學王樹國校長和鄭南寧院士的支持下，西安交通大學的智能機器人實驗室成為陜西省重點實驗室，這使實驗室成為陜西在機器人領(lǐng)域最權(quán)威的研發(fā)機構(gòu)。但實驗室主任梅雪松教授卻表示：“我們雖然取得了一定的成就，但我們并不會因此而止步。我們未來的目標是，2020年成為省級示范單位，2025年成為國內(nèi)領(lǐng)先的創(chuàng)新研究中心。”
1.1機器人智能控制研究
機器人是智能控制應(yīng)用的重要領(lǐng)域之.，智能控制技術(shù)已經(jīng)在機器人研究的各個方面得到應(yīng)用。在智能控制技術(shù)中，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)的技術(shù)在機器人環(huán)境監(jiān)測和控制以及規(guī)劃、機器人定位等方面的應(yīng)用研究已經(jīng)成熟，并且在實際應(yīng)用系統(tǒng)中得到了驗證。機器人視覺處理與傳感器信息融合也利用智能控制技術(shù)。機器人動力學廣泛地采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進行控制器的設(shè)計。
1.2智能控制在機械制造中的應(yīng)用研究
現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)涉及很多復(fù)雜的行為和操作。在先進的制造系統(tǒng)中，要根據(jù)不精確和不完備的數(shù)據(jù)來解決很難預(yù)測或無法預(yù)測的狀況，人工智能的應(yīng)用有效的解決了這個問題。智能控制在機械制造中得到廣泛應(yīng)用，通常是在機械制造的過程中在用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊數(shù)學的方法進行動態(tài)環(huán)境的建模，采用傳感器的融合技術(shù)預(yù)處理和綜合各種信息。
1.3智能控制在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用研究
與電能有關(guān)的很多領(lǐng)域都應(yīng)用電力電子學，電力系統(tǒng)中的各種電機電器設(shè)備的設(shè)計與生產(chǎn)、運行以及控制是非常復(fù)雜的過程。智能控制技術(shù)引入電氣i量備，對于電氣i量備的故障診斷、設(shè)備控制與優(yōu)化設(shè)計等發(fā)揮了重要的作用。電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計可以采用遺傳算法，這樣可以縮短計算的時間，降低成本，提高設(shè)計的質(zhì)量和效率。還可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及專家系統(tǒng)的智能控制技術(shù)用于電氣設(shè)備的故障診斷，并且現(xiàn)在對于集成這三種技術(shù)的實驗研究也取得重大發(fā)展。其中，在電流控制脈沖寬度調(diào)制P(WM)中采用智能控制技術(shù)最具代表性的應(yīng)用，也是被關(guān)注的研究熱點。
1.4智能控制在工業(yè)過程中的應(yīng)用研究
生產(chǎn)過程中智能控制主要包括局部級與全局級兩個方面。局部級智能控制是指智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的某一個單元部分的控制器設(shè)計;全局級智能控制是指智能控制用于整個工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化。局部級智能控制研究主要是對PID控制器設(shè)計。全局級智能控制應(yīng)用研究已經(jīng)非常廣泛。
1.5廣義控制領(lǐng)域智能控制的應(yīng)用研究
自動控制的議理解是不利用人工的而作用自動控制或操作控制對象的過程，當然也可以是具體的機械設(shè)備與抽象的時刻變化著的信息對象。對這種對象進行控制，需要利用符號的信息知識進行建模和表達，并即量計智能算法的程序用于自動決策和推理。議領(lǐng)域智能控制的應(yīng)用研究正處于探索研究與發(fā)展的階段。
2智能控制工程的發(fā)展對策
2.1發(fā)展智能控制工程的理論指導(dǎo)
智能控制已經(jīng)建立了基本的理論思路和框架，但是仍然沒有發(fā)展成熟。智能控制沒有科學的理論指導(dǎo)就會導(dǎo)致工程研究的盲目性。智能控制應(yīng)用研究主要是智能控制分支技術(shù)的應(yīng)用，控制方法在工程的應(yīng)用研究中沒有系統(tǒng)的指導(dǎo)缺乏標準性的評價標準，導(dǎo)致智能控制技術(shù)的優(yōu)越性很難得到體現(xiàn)。因此，要加強智能控制理論的研究工作。
2.2進一步明確智能控制的研究目標
首先，要發(fā)展新的控制方法，采用混合模型或是非完全的模型;其次，利用了解較少或是不正確的系統(tǒng)模型，在控制系統(tǒng)口乍過程中進行在線改進，使其知之漸多并逐步完善;再次，采用本質(zhì)上斷續(xù)系統(tǒng)與離散事件驅(qū)動動態(tài)系統(tǒng);最后，要采用混沌和進化等新技術(shù)，對智能控制系統(tǒng)進行進一步發(fā)展與開發(fā)。因此，為完成這些研究目標，智能控制的信息處理理論和智能控制思想將會深入到建模的過程中，不斷改變和改進模型，使模型不僅要包含解析的數(shù)值，還要有定性分析的符號。
2.3智能控制的設(shè)計要遵循簡單的原則
在智能控制的應(yīng)用領(lǐng)域中，應(yīng)該堅持從簡單的系統(tǒng)進入，然后逐漸地過渡到復(fù)雜的系統(tǒng)。在控制器設(shè)計過程中，不斷優(yōu)化復(fù)雜的控制策略，以得到簡單的控制器。智能控制的發(fā)展應(yīng)用主要是為了滿足控制系統(tǒng)復(fù)雜化的要求，設(shè)計智能控制器要堅持簡單的原則，在某個控制的目標下，要選擇簡單的方法進行問題解決，這樣可以節(jié)省成本，減小維護與使用的難度。智能控制應(yīng)用目標是i量計性價比高、操作簡單的控制系統(tǒng)。
2.4促進技術(shù)創(chuàng)新為智能控制工程發(fā)展創(chuàng)造條件
關(guān)鍵詞：3D打印；云智能平臺；分布式制造；管理特征；模式創(chuàng)新
DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.01.09
中圖分類號：F4243 文獻標識碼：A 文章編號：1001-8409（2017）01-0039-05
Abstract： Based on the realistic demand of manufacturing model innovation in 3D printing industry of China， this paper discriminates key elements of distributed intelligence manufacturing model of 3D printing by applying the basic ideas of the emerging industry innovation management， through the summary of a large number of actual cases. And then， it reveals management features of distributed intelligence manufacturing model of 3D printing. Based on the reference model of traditional centralized intelligent manufacturing， it puts forward the innovation model of 3D printing distributed intelligent manufacturing under the whole value chain solution， and the innovation model of 3D printing distributed intelligent manufacturing under the platform services model of crossover. Finally， it gives some policy recommendations for promoting the development of distributed intelligence manufacturing model of 3D printing in China.
Key words：3D printing； cloud intelligence platform； distributed manufacturing； management features； model innovation
作為第三次工業(yè)革命重要標志的3D打印（3D printing）引起了社會各界人士的廣泛關(guān)注，中國為此專門出臺了重要文件――《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015～2016年）》，以推進這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3D打印制造技術(shù)具有產(chǎn)品設(shè)計民主、無限滿足個性化需求、單件或小批量制造、精確地點打印等典型特征[1]，其中：產(chǎn)品設(shè)計民主、無限滿足個性化需求等特征將促進“以企業(yè)設(shè)計師為中心”的產(chǎn)品專制設(shè)計模式向“以客戶為中心”的產(chǎn)品民主設(shè)計模式轉(zhuǎn)變[2]，單件或小批量制造、精確地點打印等特征將推動“大規(guī)模集中制造模式”向“單件或小批量分布式制造模式”變革。因此，3D打印制造技術(shù)與新興信息技術(shù)的深度融合，將產(chǎn)生引領(lǐng)高端制造業(yè)革命的核心發(fā)動機――3D打印分布式智能制造模式[3]，該制造模式的突出優(yōu)勢在于可制造復(fù)雜和個性化的特殊產(chǎn)品[4]、可提升產(chǎn)品的研發(fā)能力和設(shè)計水平、可創(chuàng)造新的就業(yè)機會和形成新的經(jīng)濟增長點[1]。
學者們對“3D打印制造技術(shù)所導(dǎo)致的制造模式變革”這一前沿領(lǐng)域的相關(guān)研究明顯滯后于社會實踐，這主要是由于管理學者應(yīng)對挑戰(zhàn)性問題的勇氣不足、缺少文獻和數(shù)據(jù)、缺乏自然科學知識等原因造成的。因此，本文研究3D打印分布式智能制造模式創(chuàng)新具有十分重要的理論意義和實踐價值。
1關(guān)鍵要素
云智能制造是一種依托新興信息技術(shù)和公共服務(wù)平臺，為消費者提供各種按需制造和服務(wù)的智能化制造新模式[5]。在此基礎(chǔ)上，可對3D打印分布式智能制造模式作如下定義：針對消費者的個性化需求，借助于物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)與公共服務(wù)平臺，聯(lián)合具有不同生產(chǎn)規(guī)模和能力、處于不同地域的3D打印制造企業(yè)，提供成本低、質(zhì)量高、使用易的個性化產(chǎn)品制造新模式。依據(jù)此定義，可以識別出該制造模式所蘊含的關(guān)鍵要素。
113D打印制造技術(shù)
3D打印是一種做增材制造的先進制造技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于消費行業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，取得了很大效益，典型案例見表1所示。據(jù)統(tǒng)計，在1988～2010年間世界3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值保持著年均26%的增長速度，預(yù)期在2020年全球規(guī)模將達108億美元[1]。但沃頓商學院的Karl Ulrich教授表示，要快速拓展3D打印的主流應(yīng)用市場，就必須開發(fā)出與3D打印制造技術(shù)相匹配的制造模式。由表1可知，隨著3D打印制造技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的深度融合，可以利用新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新管理的基本思想，開發(fā)出能夠有效克服傳統(tǒng)制造模式在產(chǎn)品設(shè)計不民主、無法充分滿足消費者個性化需求等缺陷的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式。
然而，傳統(tǒng)集中智能制造模式尚存在一些缺陷：首先，采用“以企業(yè)為中心”的專業(yè)設(shè)計師主導(dǎo)的產(chǎn)品設(shè)計模式，該設(shè)計模式難以準確把握消費者的需求；其次，采取模具鑄造和機械化加工等硬件制造方法，其造型能力有限，難以實現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造[4]。再次，采用系統(tǒng)化的產(chǎn)品物流與倉儲設(shè)施，產(chǎn)品制造后需要運送到各地，會消耗大量人財物。最后，采用大規(guī)模集中制造的生產(chǎn)方式，企業(yè)與社會大眾在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品消費等環(huán)節(jié)的動態(tài)交互顯得無足輕重，消費者因為沒有更多選擇只能被動接受產(chǎn)品，難以滿足消費者的個性化需求。
32全價值鏈整體解決方案下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式
對傳統(tǒng)集中智能制造模式作進一步改進，可以開發(fā)出全價值鏈整體解決方案下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式（見圖2），與前者相比該模式有如下發(fā)展：首先，3D打印分布式制造代替了大規(guī)模集中制造；其次，系統(tǒng)化的產(chǎn)品物流轉(zhuǎn)變?yōu)樽詈笠还锂a(chǎn)品物流；第三，零部件供應(yīng)企業(yè)和產(chǎn)品庫存消失；最后，通過搜索和眾包的方式，網(wǎng)絡(luò)社會大眾中的創(chuàng)新者可充分參與企業(yè)創(chuàng)新。
由圖2可知，該創(chuàng)新模式可以有效克服傳統(tǒng)集中智能制造參照模式的缺陷：首先，采用3D打印制造技術(shù)，降低了單件小批量產(chǎn)品制造、復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造的成本；其次，采用以消費者為中心的產(chǎn)品民主設(shè)計模式，通過搜索與眾包方式，網(wǎng)絡(luò)社會大眾中的創(chuàng)新者可參與企業(yè)創(chuàng)新，共同設(shè)計出能夠充分滿足消費者個性化需求的產(chǎn)品；第三，采用社會大眾參與產(chǎn)品制造的全價值鏈模式，有效銜接了消費者的個性化需求與企業(yè)的制造能力；最后，采用分布式制造模式，可有效解決3D打印目前存在的打印速度慢、難以批量制造等問題。例如，實力雄厚的大企業(yè)3D Systems公司就采用了該創(chuàng)新模式。
33跨界平臺服務(wù)模式下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式
隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新興信息技術(shù)深度融入各行業(yè)，企業(yè)的邊界變得模糊，這種趨勢將深刻影響企業(yè)的制造模式，甚至重構(gòu)其企業(yè)文化和組織結(jié)構(gòu)[12]。在這一情景下，企業(yè)管理者將會發(fā)現(xiàn)更多跨越領(lǐng)域進行合作的創(chuàng)新機會，這就是跨界的基本思想[13]。基于此，對全價值鏈整體解決方案下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式作進一步改進，可開發(fā)出跨界平臺服務(wù)模式下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式，如圖3所示。與前者相比，該創(chuàng)新模式有如下變化。首先，虛擬控制決策中心①
替代了實際的企業(yè)管理決策中心；其次，由C2B2C的兩面市場模型取代了C2B的價值鏈模型。第三，由工商一體化的產(chǎn)品自制轉(zhuǎn)變?yōu)橥獍a(chǎn)品制造業(yè)務(wù)。
在基于跨界平臺服務(wù)的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式下，實力雄厚的大企業(yè)將轉(zhuǎn)變?yōu)槠脚_型虛擬企業(yè)以實現(xiàn)跨行業(yè)混合經(jīng)營，否則就會因為難以準確找到自己的競爭對手和目標消費者而出現(xiàn)經(jīng)營困難，甚至破產(chǎn)；小企業(yè)則可利用其大企業(yè)所不具備的靈活性優(yōu)勢，借助于開放的云智能平臺展開業(yè)務(wù)經(jīng)營，極大降低了與大企業(yè)競爭的門檻。例如，Shapeways公司就采用了跨界平臺服務(wù)模式下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式。
4結(jié)論與建議
在我國大力推進3D打印這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大背景下，本文采用大量案例總結(jié)與文獻分析相結(jié)合的研究方法，識別并刻畫了3D打印分布式智能制造模式的關(guān)鍵要素，揭示了3D打印分布式智能制造模式的管理特征，基于傳統(tǒng)集中智能制造參照模式提出了全價值鏈整體解決方案下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式、跨界平臺服務(wù)模式下的3D打印分布式智能制造創(chuàng)新模式。研究成果能夠為促進我國傳統(tǒng)制造業(yè)的升級改造、推動我國3D打印智能制造模式創(chuàng)新提供重要的理論支撐與決策借鑒。
然而，3D打印分布式智能制造模式創(chuàng)新不是一蹴而就的，需要依靠官學商的共同努力。基于此，本文給出如下政策建議：（1）科研投入。3D打印分布式智能制造模式的發(fā)展要依托技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。國家應(yīng)加大對材料技術(shù)、新d信息技術(shù)、打印裝備、軟件技術(shù)、組織和管理創(chuàng)新等關(guān)鍵領(lǐng)域的科研資金投入力度，重點扶持新興信息技術(shù)與3D打印制造技術(shù)融合的交叉領(lǐng)域研究，鼓勵經(jīng)濟管理學者對3D打印制造技術(shù)領(lǐng)域的管理創(chuàng)新進行探索性研究。（2）產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)劃。3D打印分布式智能制造模式創(chuàng)新將催生新的產(chǎn)業(yè)鏈形態(tài)，這需要完善的供應(yīng)商、服務(wù)商和市場平臺體系，包含工業(yè)設(shè)計機構(gòu)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設(shè)備經(jīng)銷商、3D打印服務(wù)商、第三方檢測驗證支持、金融支持、知識產(chǎn)權(quán)保護支持等等。國家應(yīng)制定3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展規(guī)劃，推進行業(yè)協(xié)會和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的建設(shè)，推動產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新、知識產(chǎn)權(quán)保護法案制定、技術(shù)和行業(yè)標準制定。（3）平臺建設(shè)。云智能平臺是3D打印分布式智能制造模式的核心要素，是一種面向行業(yè)、服務(wù)企業(yè)、對離散的社會服務(wù)資源起帶動作用的公信度高、服務(wù)面廣、公益與效益相結(jié)合的服務(wù)性平臺。政府應(yīng)主導(dǎo)云智能平臺的建設(shè)，基本思路是政府引導(dǎo)、多元化投資主體、企業(yè)建設(shè)和運營[11]。（4）人才培養(yǎng)。3D打印制造技術(shù)的特征不僅要求從業(yè)人員掌握技術(shù)創(chuàng)新、組織和管理創(chuàng)新、服務(wù)和藝術(shù)創(chuàng)新等多方面的知識和能力，還應(yīng)具備與不同領(lǐng)域的專家合作進行協(xié)同創(chuàng)新的能力和素質(zhì)。因此，3D打印分布式智能制造模式的創(chuàng)新發(fā)展需要更加靈活和自由的專業(yè)人才培養(yǎng)模式，可采用線上線下互動配合、產(chǎn)學對接、實戰(zhàn)訓練的三維3D打印專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，以應(yīng)對未來3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才的需求。
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【關(guān)鍵詞】機械制造 自動化技術(shù) 發(fā)展趨勢 改進措施
隨著機械制造技術(shù)與自動化技術(shù)的快速發(fā)展，自動化技術(shù)不斷與機械制造技術(shù)接軌，并獲得了較大的發(fā)展，自動化技術(shù)在我國機械制造業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，極大地提高了機械制造的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，促進了我國機械制造業(yè)的發(fā)展。本文對自動化技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了探討，并指出了自動化技術(shù)的發(fā)展方向與改進措施，以進一步提升機械制造企業(yè)的經(jīng)濟效益與市場競爭力。
一、機械制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢
現(xiàn)階段，隨著自動化技術(shù)在機械制造業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，我國的機械制造自動化技術(shù)正朝著虛擬化、智能化和集成化的方向發(fā)展，自動化技術(shù)與集成制造、計算機輔助設(shè)計、輔助管理等理念的聯(lián)系越來越緊密，為機械制造業(yè)的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持與保障。
（一）虛擬化
機械制造中的虛擬化主要體現(xiàn)在多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、控制理論、人工智能、現(xiàn)代制造工藝和信息管理等方面，虛擬化技術(shù)以計算機仿真模擬技術(shù)為基礎(chǔ)，是一項多學科交叉的系統(tǒng)技術(shù)，具有很強的綜合性。虛擬化技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用，可以充分利用信息技術(shù)和計算機仿真技術(shù)對現(xiàn)實中的機械制造過程進行仿真模擬，提前預(yù)知機械制造過程中可能會出現(xiàn)的問題，并及時采取技術(shù)預(yù)防措施，做到防患于未然，從而確保機械制造產(chǎn)品的制造過程順利開展。總而言之，虛擬化技術(shù)在機械制造領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，可以有效縮短機械產(chǎn)品的開發(fā)周期，從而降低生產(chǎn)成本，提高機械制造企業(yè)的市場競爭實力。
（二）智能化
機械制造自動化技術(shù)的智能化可以理解為一種人機一體化的智能系統(tǒng)，這種機械制造智能系統(tǒng)可以在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中，實現(xiàn)智能化的人機交互活動，如工藝構(gòu)思、命題判斷、邏輯分析與處理等。機械制造領(lǐng)域中的“機械智能”主要表現(xiàn)為良好的工作界面，通過智能化系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程中的人機互動交流，極大地提高機械制造工業(yè)的效率與水平。在機械生產(chǎn)和設(shè)計過程中，智能化系統(tǒng)可以利用模塊化的方法，使機械制造系統(tǒng)具有更強的適應(yīng)性能與可協(xié)調(diào)性。此外，對于企業(yè)的生產(chǎn)操作人員，智能化系統(tǒng)可以創(chuàng)造一個高效、安全的生產(chǎn)環(huán)境；對于企業(yè)和社會，智能化系統(tǒng)可以實現(xiàn)合理競爭與充分協(xié)作；對于環(huán)境，智能化系統(tǒng)可以節(jié)約資源和能源，使機械制造全過程做到無污染，并可以充分回收利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢品。
（三）集成化
在機械制造領(lǐng)域中，利用計算機的集成技術(shù)是主要發(fā)展方向之一，也將是未來機械制造企業(yè)的主要生產(chǎn)方式。機械制造自動化技術(shù)中的集成系統(tǒng)可以看作是若干個子系統(tǒng)組成的整體。一般情況下，信息自動化集成系統(tǒng)可以看作是由自動化信息管理、自動化制造、自動化工程設(shè)計等子系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)共同組成一個相互關(guān)聯(lián)的信息自動化集成系統(tǒng)。
二、機械制造自動化技術(shù)的改進措施
（一）加強自動化技術(shù)的研究
自動化技術(shù)對現(xiàn)代化機械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有很大的推動作用，但是與其他發(fā)達國家相比，我國機械制造領(lǐng)域的自動化技術(shù)水平還比較低，嚴重制約著我國機械制造自動化技術(shù)的發(fā)展，使機械制造企業(yè)無法根據(jù)外界的隨機因素與干擾因素進行動態(tài)調(diào)整。為此，必須加強對自動化技術(shù)的研究，實現(xiàn)機械制造業(yè)的根本性改變，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，變革傳統(tǒng)的機械制造生產(chǎn)模式，向高、精、尖的方向發(fā)展，通過自動化技術(shù)與工程技術(shù)制造出更多高性能、高質(zhì)量的機械產(chǎn)品，將產(chǎn)品生產(chǎn)周期中的信息表示、獲取、操作與處理集為一體，以統(tǒng)一的控制系統(tǒng)達到信息集成的目標。
（二）加強自動化技術(shù)人才的培養(yǎng)
現(xiàn)階段，機械制造領(lǐng)域的市場競爭不僅是財力與物力的競爭，也是專業(yè)技術(shù)人才的競爭，只有高素質(zhì)、高質(zhì)量、高水平的專業(yè)技術(shù)人才，才能提升企業(yè)的核心競爭力，使企業(yè)在激烈的市場競爭環(huán)境中取得優(yōu)勢地位。目前，雖然很多自動化專業(yè)的學生具有扎實的自動化理論知識，但是缺乏自動化應(yīng)用的實踐經(jīng)驗，再加上很多機械制造企業(yè)缺乏完善的人才管理體制，疏于管理，這些都阻礙了機械制造自動化技術(shù)的發(fā)展。為了促進我國機械制造自動化技術(shù)的發(fā)展，必須加強對高素質(zhì)、高質(zhì)量、高水平人才的培養(yǎng)，進一步完善人才培養(yǎng)機制，使更多的高素質(zhì)自動化技術(shù)人才進入到機械制造隊伍中來，并以自動化技術(shù)的科研隊伍為支撐，形成一支高水平的自動化技術(shù)人才隊伍。此外，要制定出相應(yīng)的約束和激勵機制，充分激發(fā)科研人員的積極性與工作熱情，對作出巨大貢獻的科研人員進行物質(zhì)和精神獎勵。
（三）拓展自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
當前，由于我國對自動化技術(shù)的科研投入和資金投入的力度有限，導(dǎo)致我國自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還不夠廣泛，僅僅將自動化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式中，機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量與性能無法得到大幅度的提升，使我國的機械產(chǎn)品與其他發(fā)達國家相比仍有很大的差距。為此，要不斷拓寬自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，突破應(yīng)用領(lǐng)域的局限性，在機械制造生產(chǎn)過程中引進柔性制造系統(tǒng)、計算機制造系統(tǒng)和智能化制造系統(tǒng)，有步驟地拓展自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
三、結(jié)語
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，機械制造技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用與推廣，促進了機械制造領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，進而推動了經(jīng)濟的發(fā)展。現(xiàn)階段，機械制造自動化技術(shù)正逐步向虛擬化、智能化、集成化的方向發(fā)展，只有加強對自動化技術(shù)的研究，加強技術(shù)人才的培養(yǎng)并不斷拓寬自動化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，才能夠進一步提高機械制造自動化技術(shù)的發(fā)展水平，促進我國機械制造業(yè)的發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：智能控制；機電一體化系統(tǒng)；應(yīng)用分析；科技發(fā)展
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.135
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，愈加復(fù)雜化的市場經(jīng)濟使得各個行業(yè)的競爭越來越激烈，為了能夠在市場中有一個立足之地，所有的企業(yè)都在進行轉(zhuǎn)型和改善。隨著近些年的發(fā)展，我國的機電一體化系統(tǒng)已經(jīng)逐漸的趨于完善，但是在實際的操作過程中還存在著一定的弊端，最明顯也是最重要的問題就是在實際操作的過程中不論是農(nóng)業(yè)還是工業(yè)，都存在著一定的不確定性、多層次性以及非線性等特征，使得機電一體化系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)了一些不便。為了能夠解決這個問題，智能控制應(yīng)運而生，智能控制的出現(xiàn)不但有效的解決了這個問題，同時促使我國機電一體化行業(yè)的快速發(fā)展，使其能夠更加從容的面對各種操作，提高了機電一體化系統(tǒng)的操作效率。
1 什么是智能控制
所謂的智能控制指的就是在沒有人為的干預(yù)下能夠自主驅(qū)動智能機器，從而有效完成對目標進行自動控制的技術(shù)，換句話來說就是用計算機對人類的大腦進行模擬，從而完場智能控制。智能控制在當今的社會是一種非常重要的技術(shù)，應(yīng)用范圍非常廣泛，有著不可或缺的作用。在機電一體化系統(tǒng)中，有很多復(fù)雜多樣的控制任務(wù)和控制目的，這些控制任務(wù)和控制目的以傳統(tǒng)的控制手段來完成是非常復(fù)雜和不方便的，而智能控制的出現(xiàn)正好可以解決這一問題，使得機電一體化系統(tǒng)的實際操作更加的簡單方便，同時還能更好的完成控制任務(wù)。對于智能控制來說，傳統(tǒng)控制只是其中最為簡單的一個部分，真正的智能控制是由多個學科相互交叉而成，而在眾多的學科中最為主要的就是自動控制論、信息論、人工智能以及運籌學等學科。與傳統(tǒng)控制相比較而言，智能控制有著一些非常明顯的優(yōu)點和特征，其中最為主要的特征主要有七個方面，分別是智能控制的核心在高層控制、智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點、智能控制器具有非線性特性、智能控制器具有總體自尋優(yōu)特征、智能控制一個新興的技術(shù)、屬于一門邊緣交叉學科以及其能夠滿足更多的要求和目標。智能控制主要分為了六種類型，分別是：混合或者集成控制、專家控制系統(tǒng)、分級遞階控制系統(tǒng)、學習控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、組合智能控制系統(tǒng)以及金華計算與遺傳算法。
2 什么是機電一體化系統(tǒng)
所謂的機電一體化系統(tǒng)又被稱之為機械電子學，指的就是講信息技術(shù)、機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、借口技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)等多種技術(shù)進行有機的結(jié)合，從而形成了所謂的機電一體化系統(tǒng)，同時將這種系統(tǒng)運用到實際的生活當中。機電一體化系統(tǒng)在組成的過程中需要幾點組成要素，主要包括了運動組成要素、結(jié)構(gòu)組成要素、智能組成要素以及感知組成要素。
3 智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
隨著科技的快速發(fā)展，機電一體化逐漸從傳統(tǒng)方式向著智能控制轉(zhuǎn)型和發(fā)展，使得機電一體化系統(tǒng)邁向了新的領(lǐng)域。同時隨著機電一體化系統(tǒng)面對的任務(wù)和目標來說，智能控制也必然是其主要的發(fā)展方向，在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制的水平直接決定整個系統(tǒng)的水平，智能控制水平越優(yōu)越，那么機電一體化的整體水平也就也高，反之亦然。
3.1 智能控制在機械制造過程中的應(yīng)用分析
在機電一體化系統(tǒng)中機械制造只非常重要的一個部分，而對于目前的機械制造技術(shù)來說，最為先進的技術(shù)就是將計算機輔助技術(shù)與智能控制進行有效的結(jié)合，使得機械制造技術(shù)逐漸的智能化。機械制造技術(shù)的智能化其主要目的就是利用計算機技術(shù)對人腦進行模擬，以其來代替一部分的腦力勞動，從而完成整個人類制造機械的過程。在智能化的機械制造的過程中，首先是由智能控制技術(shù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行利用，通過它對機械制造的實時情況進行動態(tài)模擬，然后再利用傳感器的融合技術(shù)對采集而來的信息進行處理，同時對控制模式中的一些參數(shù)和數(shù)據(jù)進行修改。在機械制造的領(lǐng)域中智能控制的主要應(yīng)用有機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控和檢測、智能診斷機械故障、智能學習以及智能傳感器。
3.2 智能控制在數(shù)控中的應(yīng)用
隨著科技的快速發(fā)展和我國市場化經(jīng)濟的不斷變更，對于機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展來說數(shù)控技術(shù)有著至關(guān)重要的作用，因此對于數(shù)控技術(shù)的要求也就越來越高，在實際操作的過程中，數(shù)控技術(shù)不但要有效的完成各種智能功能，同時還需要數(shù)控技術(shù)完成擴展、延伸以及模擬等一些全新的智能功能，從而可以通過利用數(shù)控技術(shù)來完成智能監(jiān)控、智能編程以及對智能數(shù)據(jù)庫的建立等一些目標，從而使得機電一體化系統(tǒng)在實際的操作過程中可以通過智能控制來完成一些目標，比如在對數(shù)控領(lǐng)域中一些算法不確定或者是沒有明確結(jié)構(gòu)的問題進行綜合處理的過程中，可以通過利用推理規(guī)則對數(shù)控維修提供一定的數(shù)據(jù)和參考。
3.3 智能控制在機器人中的應(yīng)用
機器人具有非常多的特性，其中最主要的就是非線性、時變性以及強耦合，而這些特征主要都是體現(xiàn)在機器人的動力系統(tǒng)之中。同時在機器人的控制參數(shù)系統(tǒng)當中，機器人具有多邊變性以及多任務(wù)性的特征，而這些特征的存在是非常適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。就目前的技術(shù)和發(fā)展來說，在機器人的實際操作過程中智能控制技術(shù)主要變現(xiàn)在四個方面，分別是對機器人的行走軌跡和行走路徑以及跟蹤等方面進行控制；對機器人手臂的姿態(tài)以及動作進行智能控制；有效利用專家控制系統(tǒng)對機器人的運動環(huán)境進行建模、監(jiān)測、定位以及規(guī)劃控制；對機器人的傳感器信息融合和視覺處理進行智能控制。
3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用
智能控制在建筑中的應(yīng)用主要有兩個方面，一方面是照明通信系統(tǒng)，另外的一個方面是空調(diào)系統(tǒng)。隨著人們的生活水平不斷的提高以及科學技術(shù)的不斷進步，人們對于生活的質(zhì)量要求也是越來越高，因此智能建筑成為了主流。智能建筑主要是通過智能控制對建筑進行智能化控制，而在眾多的智能控制中最為常見也是最為實用的就是這兩種。首先是照明通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)指的就是小區(qū)內(nèi)部的互聯(lián)網(wǎng)通訊，主要是通過小區(qū)內(nèi)的控制器對每個用戶的通訊線路進行控制和檢測，一旦發(fā)生故障，能夠?qū)€路進行快速的檢修并且進行維護，使得通訊系統(tǒng)在使用的過程中更加的便捷和安全。照明系統(tǒng)指的就是對建筑群的照明進行實時控制，在控制的過程中主要是對照明區(qū)域、照明時間、照明邏輯以及照明系統(tǒng)節(jié)能燈方面進行控制；另外一個方面就是對空調(diào)系統(tǒng)進行控制，在對空調(diào)進行智能控制的過程中，主要是通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式來模擬四季溫度，同時對空調(diào)的風閥進行智能調(diào)節(jié)，不但有效提高了建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量，同時還能盡可能的減少能量浪費。
4 總結(jié)
隨著科技和市場化經(jīng)濟的快速發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)為了能夠適應(yīng)更過的工作環(huán)境和任務(wù)要求，需要進行不斷的完善和轉(zhuǎn)型，智能控制的出現(xiàn)使得機電一體化系統(tǒng)能夠更好的面對各種各樣的操作難題，不但能夠有效解決問題，還可以減少工作人員的腦力和體力勞動，更加重要的是促進了機電一體化系統(tǒng)的快速發(fā)展，使其有了質(zhì)的飛越，使其能夠更加長遠的發(fā)展。
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走進“智能制造”
一是智能制造特征。現(xiàn)在，大家在“智能制造”最主要的特征方面，還是有一定共識的，主要具備如下三個特征：（一）是感知，要能夠獲取信息。如果智能制造沒有信息，智能便無從談起。制造過程中有產(chǎn)品信息、工藝信息、制造過程中各種各樣的生產(chǎn)流程信息和質(zhì)量信息，這些信息在“智能制造”領(lǐng)域非常重要；（二）是智能制造是信息技術(shù)和制造技術(shù)的結(jié)合。智能制造一定是利用了大數(shù)據(jù)、通信、軟件等新的技術(shù)和制造技術(shù)結(jié)合在一起實現(xiàn)的；（三）是要將數(shù)據(jù)利用知識進行分析和優(yōu)化，要能夠?qū)崿F(xiàn)與環(huán)境的相適應(yīng)。這三個條件加在一起可以稱為“智能制造”。
二是智能制造范圍。全世界都在研究智能制造范圍，我們國家也是這樣。我們用一個立方體來表示智能制造的范圍：x軸表示產(chǎn)品全生命周期，智能制造從設(shè)計、工藝、制造、管理、檢驗、物流的全部過程中，每一個環(huán)節(jié)都可以發(fā)揮作用，它覆蓋了產(chǎn)品全生命周期的所有環(huán)節(jié)；y軸表示系統(tǒng)層次，包含設(shè)備層、生產(chǎn)層、管理層、車間層、企業(yè)管理層、協(xié)同網(wǎng)絡(luò)層、制造層，在每一個層次里面，智能制造也有它的作用；z軸表示智能功能，包括互聯(lián)互通、信息集成等等。這三個維度覆蓋了整個智能制造可以適用的范圍。
三是智能制造內(nèi)容。智能制造的內(nèi)容包含三個方面，分別是智能的產(chǎn)品、智能的制造過程和智能的經(jīng)營服務(wù)方式，三方面內(nèi)容共同組成了智能制造內(nèi)容。
智能產(chǎn)品是制造業(yè)的標志，也就是說如果說一個產(chǎn)業(yè)很強，這個產(chǎn)業(yè)必然有非常好的產(chǎn)品。那么，智能產(chǎn)品有哪些特點呢？（一）是要有感知作用，即設(shè)備本身要有很多自己的特性，質(zhì)量要好。比如說機床，以前的手搖機床是沒有傳感器的，后來出現(xiàn)了數(shù)控機床，要對移動距離進行測量，就需要傳感器。再后來，溫度對計算有影響，我們又要測量溫度。（二）是要有獲取信息后的自我調(diào)節(jié)功能，能夠使自己處于最佳的工作狀態(tài)。例如，我測量到溫度，我知道溫度對測量加工產(chǎn)生影響，就需要溫度補償以保證設(shè)備回到初始的測量精度上。另外，還要進行自診斷，能夠自動識別什么地方有故障了、電梯電流太大了、電梯發(fā)熱了等問題。（三）是要有通信功能，要能和其他裝備和管理系統(tǒng)進行通訊。裝備通信很簡單，數(shù)控機床配備機械手進行上料，數(shù)控機床和機械手之間就需要通信。數(shù)控機床放在制造系統(tǒng)里面，也需要具備通信功能。（四）是要對數(shù)據(jù)進行處理，挖掘分析，提供創(chuàng)造性應(yīng)用服務(wù)。
智能制造過程包含兩部分，一部分是數(shù)字化、自動化，是智能制造的基礎(chǔ)，追求制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率、減少能耗、降低排放。還有一方面是信息化管理，指生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)間要協(xié)調(diào)，去掉制造過程中的浪費。數(shù)字化管理和信息化、智能化結(jié)合在一起的時候才是智能制造過程的全部內(nèi)容。智能制造過程在各個環(huán)節(jié)里都可以發(fā)揮作用，比如在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)，過去我們的產(chǎn)品設(shè)計是畫成圖然后把樣機加工出來，進行試驗發(fā)現(xiàn)問題，然后修改圖紙，設(shè)計周期非常長。在智能化的數(shù)字設(shè)計領(lǐng)域，可以在虛擬空間里制造產(chǎn)品模型，在計算機里進行仿真，仿真測試完全達到要求以后可以快速通過物理試驗，大大縮短周期。
另外，精益模式的智能化包括兩個方面。一是個性化定制，個性化定制有幾個條件，一是產(chǎn)品必須是模塊化的，個性化定制并不是每一個產(chǎn)品都從頭設(shè)計，一定是把產(chǎn)品模塊化。經(jīng)過模塊化之后，將符合不同要求的不同模塊組合在一起就形成個性化的產(chǎn)品。二是一定要有服務(wù)平臺，通過服務(wù)平臺用戶可以根據(jù)深入的交互讓用戶選用模塊，快速生成產(chǎn)品的定制方案。三是定制完成后，后續(xù)的生產(chǎn)要跟得上。生產(chǎn)計劃和制造線能夠跟得上訂單需求。符合這三個條件才可以稱為個性化定制。二是協(xié)同開放云制造，協(xié)同開放云制造什么意思呢？我建立一個網(wǎng)絡(luò)平臺，在網(wǎng)絡(luò)平臺里可以對不同企業(yè)或企業(yè)不同部門的創(chuàng)新資源、設(shè)計能力、生產(chǎn)能力、服務(wù)能力進行集成和對接，此外，還可以和社會上的資源和服務(wù)進行對接。目前，協(xié)同制造應(yīng)用最好的領(lǐng)域是航空工業(yè)，航空工業(yè)本身的特點導(dǎo)致其必須采用協(xié)同制造。
需求旺盛 但供應(yīng)不足
一是我國智能制造需求旺盛。我們國家從2011年開始推行“智能制造”，當時大家覺得“智能制造”離我們太遠了。但是，經(jīng)過這幾點的發(fā)展，大家覺得“智能制造”很快就來到了我們跟前。2011年到2014年，國家發(fā)改委、工信部、財政部聯(lián)合實施了智能制造專項，4年共支持了124個項目，投入經(jīng)費40億元。2015年，國家又選出了46個國家試點示范項目，分布在28個省市、36個行業(yè)。而且，我國也實施了智能制造專項，其中標準研制43項、數(shù)字化車間51項，國家共投資10個億。通過這幾年的努力，我們給企業(yè)指出了方向，帶動了企業(yè)對智能制造的需求，另外，關(guān)鍵的零部件和智能制造裝備方面也取得了巨大的進展。數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠的建設(shè)也取得了一些突破，有了樣板，并培訓了一批人才。而且我們形成了一種機制，就是用戶和制造商聯(lián)合實施智能制造項目，這些都是有益的探索。經(jīng)過這四年，可以說我們國家智能制造的培訓期已經(jīng)過了，從現(xiàn)在開始我們進入發(fā)展期。現(xiàn)在，我們國家智能制造需求非常旺盛。
二是我國智能制造供應(yīng)不足。雖然智能制造需求旺盛，但是我們國家的供應(yīng)不足。我們國家的裝備制造業(yè)現(xiàn)在是70%依賴進口，過程裝備應(yīng)用比率不到30%。根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計，我國每年進口的裝備達到2萬億臺發(fā)動機，這樣的情況導(dǎo)致過程裝備在市場上的占有率大概只有42%，不到一半，進口率達到58%，高端裝備進口的比率會更大。因此，我國的整個市場從需求上分析，市場需求量非常大，2013年是3.5萬億元到5萬億元，預(yù)計2020年是8萬億元到10萬億元。這么大的市場肯定要成為“十三五”期間經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。從供給側(cè)來看，國內(nèi)裝備不到一半，一半以上需要進口。因此，我們必須發(fā)展我們自己國產(chǎn)的裝備制造業(yè)，用中國裝備裝備中國制造，應(yīng)該成為“中國制造2025”的重要核心戰(zhàn)略。
做實基礎(chǔ)
從國家層面來看，促進智能制造和裝備制造應(yīng)該同步發(fā)展，要防止智能制造出現(xiàn)“空心化”，不能我們的數(shù)字化水平很高，但打開一看里面的裝備全部都是國外的、機器人全部是西門子的，這樣的情況不是我們想看到的。另外，我們還要做好三大基礎(chǔ)，分別是標準化、基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)安全、軟件，我國在這三方面還需要大大加強。在人才培養(yǎng)方面，我國現(xiàn)在及其缺乏綜合的智能制造方面人才，特別是系統(tǒng)集成，今后，國家應(yīng)該在這方面加強。
