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数控机床与数控技术的发展

制造业是国民经济发展的重要支柱,是经济发展的血脉。当前,世界政治、经济环境正在飞速变化,制造业格局也随之进行着重大转变。优先发展制造业历来是许多大国强国的发展模式。各发达国家在大力发展尖端科技的同时,加强技术成果的产业化推动,以进一步加强制造业的发展,并牢牢占据了高端制造业的优势地位。一些发展中国家更是制定国家战略不断提高制造业的GDP占比目标。目前我国制造业规模约占全球20%,居世界首位,但总体上依然是大而不强,缺乏核心竞争力,正面临全球产业结构调整和科技变革的机遇与挑战。2015年5月,经李克强总理签批,国务院印发《中国制造2025》,部署全面推进实施制造强国战略。这一行动纲领明确提出加快推进新一代信息技术与制造技术融合发展,并进一步指出要深化互联网在制造领域的应用。

数控机床与数控技术



















大力推进信息化和工业化“两化”深度融合是我国的发展战略。目前我国正处于工业化进程之中,制造业信息化是加快工业化进程,缩小与发达国家之间的差距,实现跨越式发展的有效技术手段。制造业信息化的概念与范畴涉及较广,针对制造企业的产品制造过程来说,涉及大量制造设备、工艺规程、物流技术、环境条件以及人员管理等。要实现产品制造过程的自动化、信息化,乃至进一步实现制造企业的智慧管理,对产品加工过程中制造设备的状态进行实时数据采集、监控至为关键。
现今,数控机床已经出现在几乎所有的制造领域内。计算机数字控制(computer numerical control,CNC) 技术,是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。它是集计算机技术(computer technology)、自动化技术(automatic control technology)、测试技术(testing technology)和机械制造技术(mechanical manufacturing technology)为一体的综合性高新技术,将机械装备的功能、可靠性、效率、质量及自动化程度提高到了一个新的水平。自2002年以来我国一直是世界上最大的机床消费国,同时机床消费的集中度进一步增强。

数控机床与数控技术

















数控机床因国防工业而生,占据国民经济发展重要地位。目前数控机床广泛应用和服务于制造企业、工厂、技校、高校技术中心等,但是国内现有大部分数控机床并不具备直接将内部数据或加工状态信息传递给上层控制系统的功能。数控机床自带的标准通信接口也不足以提供生产决策人员所需的全部加工信息,对于不同时期、不同产商的数控机床因其异构性也难以做到状态数据的集成采集。
而对于数控机床的故障诊断,目前大部分数控机床仍处于被动式维护,根据维修计划依赖专业维护人员到现场进行维修。这对于保证数控机床长期无故障运行无疑是一种十分薄弱的手段。随着高新技术的快速发展,未来数控机床的故障诊断朝着多信息量融合、多传感器融合技术、故障诊断与控制系统集成以及智能化集成等方向发展。因此,对数控机床运行状态监控技术展开研究并探索实用可靠的数控机床实时监控模式,可以为生产决策人员提供有效的生产加工数据、保证数控机床长期可靠运行;对于最大化利用制造资源、促进企业信息化、打造智慧企业具有重要的理论与现实意义。
互联网的发展将人类社交、娱乐、生活群体不断连接融合,同样也可以促使制造业的扩展和转移。随着国内农村机械化作业的不断普及,以及乡镇朝着城市化方向升级,可以预见,城乡结合部、乡镇、农村制造企业的大规模兴起将是未来国内制造业发展方向之一。众所周知,在物流、供应链、基础建设等配套设施比较发达的江浙沪地区以及东南沿海地带,已经有大量中小制造企业存在,而在中部乡镇、农村地区还存在着大片空白市场。数控机床是重要的制造装备,探索基于互联网的数控机床运行状态监控技术对于这些地区发展中小型制造企业有着重要的启示。

数控机床与数控技术
















基于互联网的探索

数控机床是生产加工的关键设备,其可靠性是影响加工产品质量以及生产线运行的重要因素。本节围绕数控机床状态监控涉及的关键技术进行归纳和总结,包括国内外在数控机床及数控技术的发展、数控机床数据实时采集与监控技术、基于互联网的监控技术、数控机床故障诊断技术等四个方面的研究进展和成果。
20世纪40年代,数控机床的雏形诞生,主要应用于国防以及实验研究。其后经过20年左右的发展,一些较先进的制造企业开始逐步应用纸带式机床。在这段时期,数控机床只在大批量零件的生产中才得到应用。同时世界上亦只有少数院校进行实验研究并开设相关专业课程。
进入20世纪90年代中后期,数控机床的应用在发达国家开始呈爆炸式发展,很大一部分原因是由于计算机技术的飞速发展,同时个人电脑广泛普及和计算机软件行业的蓬勃发展,数控编程也变得更加方便。并且随着计算机硬件的不断更新换代,数控机床的处理器也更为先进,控制功能愈发强大,数控机床对制造企业产生的效益日益可观。20世纪90年代至今,数控机床在全世界范围内广泛普及,并不再局限应用于大批量生产。
随着各个学科领域的交叉发展,工程制造领域各个方面彼此相互促进,高速加工中心、多轴联动机床、复合加工机床、高精密机床等高档数控机床的发展已达到前所未有的高度。相较而言,我国与工业发达国家还有很大的差距,特别是机床数控化率以及高档数控机床的拥有数量还有着相当大的发展空间。值得一提的是,在“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项的指导和推动下,数控机床行业近几年得到了快速发展。
现阶段,国家大力推进“互联网+”模式,组织实施智能制造,打造数字化智能工厂,亟需数控机床满足智能制造的智能设备新功能。智能制造迫切需要对机床状态进行实时监控,以提高零件的加工质量与加工效率,同时亦要求与现场操作、企业管理甚至消费者做到数据流通、信息互联。由此可见,对于国内现有大量中、低档数控机床,研究如何升级改造、有效利用;同时研究数控机床产品架构、市场需求与用户使用模式,以进一步促进高档数控机床行业发展,提升国有高档数控机床市场占有率具有重要意义。