郝芳

【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù)；自動(dòng)化；機(jī)械制造；運(yùn)用

引言

現(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)化水平在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的刺激下也有了進(jìn)一步的提升，傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)加工已然無(wú)法適應(yīng)實(shí)際需求，越來(lái)越多的機(jī)械制造企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)型升級(jí)。數(shù)控技術(shù)即數(shù)字化控制技術(shù)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)充分融合，該技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用到我國(guó)各項(xiàng)工程技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，其中應(yīng)用最多的當(dāng)屬機(jī)械制造領(lǐng)域，既能夠提高機(jī)械加工生產(chǎn)的效率，也明顯降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。為全面系統(tǒng)地推動(dòng)自動(dòng)化機(jī)械制造的持續(xù)健康發(fā)展，也為了促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)的智能化發(fā)展，必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)控技術(shù)的研究與應(yīng)用。

一、 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

數(shù)控技術(shù)顧名思義就是指利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的一種自動(dòng)化技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制造的自動(dòng)化、程序化，詳見(jiàn)圖1[1]。在機(jī)械加工中應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，對(duì)于提高機(jī)械加工的精度和生產(chǎn)質(zhì)量有著重要意義。不僅如此，在生產(chǎn)過(guò)程中還能夠有效降低人力勞動(dòng)的強(qiáng)度，便于企業(yè)更好地進(jìn)行生產(chǎn)管理。由于數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制，在加工過(guò)程中，對(duì)于一些較為復(fù)雜的、精密的零件也能進(jìn)行精確加工。因此該技術(shù)具有精度高，效率高的特點(diǎn)，也正是由于數(shù)控技術(shù)的這些優(yōu)勢(shì)，其在現(xiàn)代機(jī)械加工中得到了較為廣泛的應(yīng)用，這對(duì)于提升機(jī)械加工的效率和自動(dòng)化有著重要意義，為企業(yè)帶來(lái)了更高的效益。

圖1 數(shù)控系統(tǒng)示意圖

二、 數(shù)控技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）數(shù)控技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國(guó)外在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用上發(fā)展較快，主要原因是國(guó)外在這一方面的研究起步較早，并且已經(jīng)建立起相對(duì)完善的人才培養(yǎng)體系，在發(fā)展的過(guò)程中也通過(guò)相關(guān)的政策鼓勵(lì)企業(yè)不斷進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)展高端的數(shù)控技術(shù)。至今，國(guó)外已經(jīng)擁有了較為高端的數(shù)控自主創(chuàng)新體系，德國(guó)、美國(guó)、日本都掌握著數(shù)控系統(tǒng)的領(lǐng)先技術(shù)，走在時(shí)代前列。如今人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿信息技術(shù)相繼與數(shù)控技術(shù)融合，推進(jìn)工業(yè)化與信息化深度融合，促進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)。

（二）數(shù)控技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀

長(zhǎng)久以來(lái)我國(guó)對(duì)于數(shù)控技術(shù)的研究一直處于緩慢發(fā)展?fàn)顟B(tài)，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)控技術(shù)早期在精確度與穩(wěn)定性都存在明顯差距，低端的數(shù)控技術(shù)正在不斷發(fā)展中，而高端技術(shù)卻依然需要從國(guó)外進(jìn)口，這一現(xiàn)狀對(duì)于我國(guó)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展極為不利。造成這種結(jié)果的原因是我國(guó)多數(shù)企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)數(shù)控設(shè)備采取粗放式的管理，落后的生產(chǎn)設(shè)備加上企業(yè)管理人員對(duì)于數(shù)控技術(shù)發(fā)展的不重視，導(dǎo)致我國(guó)數(shù)控技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中受到了嚴(yán)重的限制[2]。伴隨著研究的持續(xù)深入，我國(guó)民營(yíng)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)異軍突起，中高端數(shù)控機(jī)床正在不斷擴(kuò)大市場(chǎng)份額，數(shù)控技術(shù)加工精度也已提升至微米級(jí)（0.001mm），國(guó)產(chǎn)數(shù)控技術(shù)呈多樣化發(fā)展趨勢(shì)。

三、數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械制造中的運(yùn)用

（一）利用數(shù)控技術(shù)構(gòu)建自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)

傳統(tǒng)的機(jī)械制造主要是依靠人力來(lái)進(jìn)行的，雖也在制造與生產(chǎn)中運(yùn)用數(shù)字編程進(jìn)行輔助，機(jī)械制造自動(dòng)化并未在真正意義上得以實(shí)現(xiàn)。而數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)，使機(jī)械制造業(yè)上升到了一個(gè)新的高度，也有了新的名稱，即自動(dòng)化機(jī)械制造?！白詣?dòng)化”是自動(dòng)化機(jī)械制造的核心，它能代替人力進(jìn)行機(jī)械制造與生產(chǎn)，大大提高了機(jī)械制造與生產(chǎn)的效率與完成質(zhì)量，目前已被相關(guān)企業(yè)廣泛應(yīng)用。

數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中最為常見(jiàn)的一項(xiàng)應(yīng)用就是構(gòu)建自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于先進(jìn)設(shè)備的需求量不斷增加，越來(lái)越多的新型設(shè)備和儀器已被生產(chǎn)并投入使用，在這種大環(huán)境的影響下，傳統(tǒng)的半編程程序已無(wú)法適應(yīng)社會(huì)快速發(fā)展的需要，因此相關(guān)技術(shù)員開(kāi)始利用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)[3]。

在自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)開(kāi)始構(gòu)建之前，相關(guān)技術(shù)員要對(duì)企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了解與檢查，對(duì)該企業(yè)的機(jī)械制造流程進(jìn)行深入研究與分析，并針對(duì)企業(yè)自身的個(gè)性特征與實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，比如企業(yè)規(guī)模大小、生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、地理位置等，在此基礎(chǔ)上利用數(shù)控技術(shù)在控制制造與生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)中輸入各種數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)械與生產(chǎn)的整個(gè)流程進(jìn)行編程操作，以確保該企業(yè)擁有與自身最適配的自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)，保證機(jī)械制造與生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)的主要應(yīng)用流程（如圖2[4]）如下：工作人員在總控制臺(tái)將提前編好的程序輸入進(jìn)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中，給其一定的反應(yīng)時(shí)間，然后在此基礎(chǔ)上輸入運(yùn)行指令，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)與程序進(jìn)行初步的譯碼和預(yù)處理，然后將信號(hào)傳遞給相關(guān)的機(jī)械制造設(shè)備，機(jī)械設(shè)備在收到信號(hào)指令后會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟生產(chǎn)與制造模式，從而完成全自動(dòng)化的機(jī)械生產(chǎn)。利用數(shù)控技術(shù)構(gòu)建自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)能大大提高設(shè)備的運(yùn)行速度與效率，極大程度上減少了操作失誤，為企業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了新的方向與道路。

圖2 數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械制造的應(yīng)用流程

（二）自動(dòng)化機(jī)械制造中的監(jiān)督與管理

1.安全管理

自動(dòng)機(jī)械制造雖可以在具體生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但也不可能完全放棄人力作業(yè)，因此機(jī)械制造中的人員和設(shè)備的安全性還無(wú)法完全保障。因此可以利用數(shù)控技術(shù)對(duì)自動(dòng)化機(jī)械制造與生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行安全監(jiān)管，確保人員與設(shè)備的安全。

利用數(shù)控技術(shù)對(duì)自動(dòng)化機(jī)械制造進(jìn)行安全監(jiān)管具體可分為兩種情況。第一。若該企業(yè)仍依靠人力進(jìn)行安全檢查與管理，也可在此基礎(chǔ)上在相關(guān)設(shè)備中安裝自檢程序，這個(gè)自檢程序可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)，將設(shè)備的原有數(shù)據(jù)信息與一段時(shí)間內(nèi)的新數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出偏差結(jié)果，若二者偏差較大，說(shuō)明該設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)安全問(wèn)題，此時(shí)的自檢程序會(huì)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至維修員或工程師的計(jì)算機(jī)中，使維修員能及時(shí)查看該設(shè)備的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行維修；第二，若該企業(yè)發(fā)展較為迅速，已在企業(yè)內(nèi)部引進(jìn)無(wú)人機(jī)、智能機(jī)器人[5]（如圖3）等設(shè)備進(jìn)行維修，則可以在此基礎(chǔ)上利用數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)器人的程序進(jìn)行更新升級(jí)，加大智能機(jī)器人的檢測(cè)范圍和力度，與設(shè)備的自檢程序不同，利用智能機(jī)器人等進(jìn)行安全檢查不僅能更加快速地找到安全隱患，還能對(duì)此處的安全隱患進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成一套最佳解決方案，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果與自動(dòng)生成的最佳方案一起反饋給維修工程師，這樣能有效避免維修工程師進(jìn)行二次檢測(cè)所造成的時(shí)間浪費(fèi)，大大提高了工作效率，確保設(shè)備的安全性[6]。

圖3 智能機(jī)器人

2.對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)管

除了可以利用數(shù)控技術(shù)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查與維修，還能將其運(yùn)用在制造與生產(chǎn)的監(jiān)管中。自動(dòng)化機(jī)械制造雖因其高精確、高效率的特性，在一定程度上代替了人力，但還是無(wú)法避免生產(chǎn)中操作失誤等情況的出現(xiàn)，若沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之處，任由其繼續(xù)運(yùn)行下去，不僅會(huì)損害相關(guān)高價(jià)設(shè)備，情節(jié)嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)的停滯，對(duì)該企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此為了盡最大可能避免生產(chǎn)與制造過(guò)程中出現(xiàn)失誤，必須對(duì)生產(chǎn)與制造全流程進(jìn)行全面監(jiān)管和控制，此時(shí)數(shù)控技術(shù)就是最好的選擇。在新的編程指令正式投入使用之前，必須對(duì)其進(jìn)行高強(qiáng)度的測(cè)試，其目的在于找尋編程中出現(xiàn)的漏洞，防止其對(duì)正式的生產(chǎn)與制造產(chǎn)生消極影響?？梢韵壤脭?shù)控技術(shù)創(chuàng)造虛擬控制臺(tái)，再將相關(guān)指令輸入到虛擬控制臺(tái)中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行模擬試驗(yàn)，若模擬實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)異常，則可進(jìn)行下一步測(cè)試，若模擬實(shí)驗(yàn)存在異常，則需對(duì)該指令進(jìn)行修復(fù)。在關(guān)閉正常運(yùn)行系統(tǒng)后，在總控制臺(tái)中進(jìn)行測(cè)試，若該測(cè)試通過(guò)，則可繼續(xù)投入使用，若該程序在總控制臺(tái)中出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤，則應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修，以防正式運(yùn)行中出現(xiàn)同類型的錯(cuò)誤。若在虛擬運(yùn)行測(cè)試中發(fā)現(xiàn)異常，則應(yīng)及時(shí)修改編程指令直至正確，再將其輸入總控制臺(tái)進(jìn)行下一步試驗(yàn)，最后將其投入使用。

（三）數(shù)控技術(shù)的勘探與檢測(cè)功能

由于自動(dòng)化機(jī)械生產(chǎn)與制造本身具有精密性和高準(zhǔn)確性，因此對(duì)相關(guān)的材料、零件等具有較為嚴(yán)苛的要求標(biāo)準(zhǔn)。為了確保生產(chǎn)材料的準(zhǔn)確使用，在進(jìn)行具體制造與生產(chǎn)前，可利用數(shù)控技術(shù)對(duì)本次產(chǎn)品的相關(guān)性能等作出分析，并根據(jù)相關(guān)資料信息推算出最適合此次生產(chǎn)的相關(guān)材料、資源以及零件，比如各部分零件的材質(zhì)要求、穩(wěn)定性、耐熱性等。這樣一來(lái)就會(huì)在極大程度上避免因材料材質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的生產(chǎn)失敗，大大提高自動(dòng)化機(jī)械制造與數(shù)控技術(shù)的準(zhǔn)確性。

除此之外，對(duì)于需要戶外作業(yè)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢门c自然環(huán)境通常是影響生產(chǎn)與制造實(shí)施效果的最主要因素。因此在進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，可先利用數(shù)控技術(shù)對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境進(jìn)行分析，比如溫度、風(fēng)向、空氣濕度等，并在此基礎(chǔ)上推斷出后續(xù)一段時(shí)間內(nèi)的具體生產(chǎn)情況，幫助企業(yè)挑選出最為適宜的作業(yè)時(shí)間，防止因天氣情況而導(dǎo)致生產(chǎn)的暫停，極大程度上縮短了生產(chǎn)與制造周期，提高了生產(chǎn)與制造效率。不僅如此，利用數(shù)控技術(shù)對(duì)自然地理環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)也是為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)新的思路，擴(kuò)大了數(shù)控技術(shù)的適用范圍，有利于其作用的完全發(fā)揮。

四、數(shù)控技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械制造中的應(yīng)用策略

（一）提高對(duì)數(shù)控技術(shù)的重視程度

為盡快擺脫西方國(guó)家對(duì)數(shù)控技術(shù)的封鎖，企業(yè)必須提高對(duì)數(shù)控技術(shù)的關(guān)注程度，使之廣泛地引入各類機(jī)械設(shè)備到生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中。同時(shí)，政府需要制定出臺(tái)具體的政策，以引導(dǎo)有關(guān)企業(yè)積極開(kāi)展創(chuàng)新，并通過(guò)予以企業(yè)必要的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，減輕我國(guó)中小型公司開(kāi)發(fā)和引入數(shù)控技術(shù)的資金壓力。各廠商需要進(jìn)一步樹(shù)立前瞻視野，堅(jiān)持與時(shí)代同步的原則，進(jìn)一步發(fā)展高新科學(xué)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的加工工藝，使數(shù)控技術(shù)充分地貫穿于機(jī)械制造中，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。

（二）大力發(fā)展自動(dòng)編程

數(shù)控技術(shù)的顯著特點(diǎn)是智能化，為了對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)有效管理，應(yīng)當(dāng)注重自動(dòng)編程。改變以往作業(yè)時(shí)技術(shù)人員根據(jù)圖紙和工序卡片等判斷整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的思維模式，以避免圖紙分析出錯(cuò)和手動(dòng)操作誤差大等問(wèn)題。自動(dòng)程序則在生產(chǎn)加工過(guò)程中，能夠按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)自行調(diào)整正確的工藝方向和路線。而如果通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)可以獲取合理的工藝參數(shù)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人工作業(yè)，則可以大大提高機(jī)械制造質(zhì)量，從而確保生產(chǎn)資源得到優(yōu)化分配，并盡可能節(jié)約成本。

（三）加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)

數(shù)控技術(shù)對(duì)應(yīng)用和研究該技術(shù)的人才有著較高的要求，企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期開(kāi)展培訓(xùn)工作。比如針對(duì)編程人員而言，在培訓(xùn)工作中需要以自動(dòng)化編程的具體流程、編程的方法、重點(diǎn)要點(diǎn)問(wèn)題、相關(guān)軟件的操作方法等作為培訓(xùn)的主要內(nèi)容；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作人員來(lái)說(shuō)，培訓(xùn)工作主要內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、設(shè)備調(diào)試與監(jiān)測(cè)等等；而對(duì)于設(shè)備維修人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)將設(shè)備主要結(jié)構(gòu)、作用原理、設(shè)備常見(jiàn)的故障問(wèn)題、診斷故障的方法、維修方法等作為培訓(xùn)的主要內(nèi)容。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域要想不斷在國(guó)際市場(chǎng)上提升競(jìng)爭(zhēng)力，在綜合比拼中脫穎而出，就要以現(xiàn)狀和發(fā)展策略綜合考慮，采用先進(jìn)技術(shù)手段增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力。同時(shí)，相關(guān)行業(yè)應(yīng)不斷培養(yǎng)優(yōu)秀人才，充分發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，全面促進(jìn)機(jī)械制造加工技術(shù)水平的提升，以實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程自動(dòng)化、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)效率最大化的預(yù)期目標(biāo)，從而提高我國(guó)機(jī)械加工制造技術(shù)和工藝的創(chuàng)新與完善程度，最終順利完成產(chǎn)業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。