全球智能机床研究与发展分析
时间：2007-08-21 人气：1258 来源：中国机械网|http://www.jx.cn/ 作者：
概述： 从1952年第一台数控机床问世至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大规模应用的20余年。数控机床依次分别经历了纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等技术发展阶段。而于2006年智能机床在国际上的出现......
从1952年第一台数控机床问世至今50余年，其中包括走向成熟的30年和走向大规模应用的20余年。数控机床依次分别经历了纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等技术发展阶段。而于2006年智能机床在国际上的出现，标志着机床技术在发展的道路上迈出的重大步伐。
何谓智能机床？智能机床就是对制造过程能够做出决定的机床。智能机床了解制造的整个过程，能够监控，诊断和修正在生产过程中出现的各类偏差，并且能为生产的最优化提供方案。此外，还能计算出所使用的切削刀具，主轴，轴承和导轨的剩余寿命，让使用者清楚其剩余使用时间和替换时间。
一、智能机床发展的意义
机床技术发展的前景和目标，是能够实现装备制造业的全盘自动化，由单机自动化向FMC，CIM，CIMS发展，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类创造更多的财富。在实现全盘自动化过程中，需要解决的技术问题异常复杂，不仅要解决代替体力劳动的问题，更要解决代替脑力劳动问题。它包括工艺、刀具、物流、联网、信息存储、控制等。如何用智能化代替人的手工和脑力劳动，是最关键的核心问题。
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，可提高机床的加工精度、效率；其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量，人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，更能进一步发展智能机床和智能系统；第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它能够收容大量信息，对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制。它还具有重要功能，如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制。
二、智能机床的发展过程
早在上世纪80年代，美国就曾提出研究发展“适应控制”机床，但由于许多自动化环节如自动检测、自动调节、自动补偿等没有解决，虽有各种试验，但进展较慢。后来在电加工机床（EDM）方面，首先实现了“适应控制”，通过对放电间隙、加工工艺参数进行自动选择和调节，以提高机床加工精度、效率和自动化。
随后，由美国政府出资创建的机构——智能机床启动平台（SMPI），一个由公司，政府部门和机床厂商组成的联合体对智能机床进行了加速的研究。
而于2006年9月在IMTS展会上展出的日本MAZAK公司研发制造的智能机床，则向未来理想的“适应控制”机床方面大大前进了一步。日本这种智能机床具有六大特色：1．有自动抑制振动的功能；2．能自动测量和自动偿，减少高速主轴、立拄、床身热变形的影响；3．有自动防止刀具和工件碰撞的功能；4．有自动补充润滑油和抑制噪音的功能；5．数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率；6．机床故障能进行远距离诊断。
三、智能机床的最新研究成果
在IMTS 2006上，日本Mazak公司以“智能机床”（Intelligent Machine）的名称，展出了声称具有四大智能的数控机床；日本Okuma（大隈）公司展出了名为“thinc”的智能数字控制系统（Intelligent Numerical Control System）。
Mazak的智能机床：发出信息和进行思考
Mazak对智能机床的定义是：机床能对自己进行监控，可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，然后自行采取应对措施来保证最优化的加工。换句话说，机床进化到可发出信息和自行进行思考。结果是：机床可自行适应柔性和高效生产系统的要求。当前Mazak的智能机床有以下四大智能：
1．主动振动控制——将振动减至最小；
2．智能热屏障——热位移控制；
3．智能安全屏障——防止部件碰撞；
4．马扎克语音提示——语音信息系统。
Okuma的智能机床：具备“思想”
Okuma的智能数字控制系统的名称为“thinc”，它是英文“思想”（think）的谐音，表明它具备思想能力。Okuma认为当前经典的数控系统的设计（结构），执行和使用（design、implementation、use） 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说，thinc不仅可在不受人的干预下，对变化了的情况作出“聪明的决策”（smart decision），还可使机床到了用户厂后，以增量的方式使其功能在应用中自行不断增长，并会更加自适应新的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。总之，在不受人工干预的情况下，机床将为用户带来更高的生产效率。
GE Fanuc公司和辛辛那提公司的进展
GE Fanuc公司引入的一套监控和分析方案也是智能机床发展的一个例子，这套方案在2006年9月的IMTS 展览会得以展示。一种名为效率机床4.0，基于互联网的方案应运而生，它是通过收集机床和其它设备复杂的基本数据而提供的富有洞察力的、可指出原因的分析方法。它还提供一套远程诊断工具，从而使不出现故障的平均时间最长而用于修理的时间最短。它还能用于计算机维护管理系统中监控不同的现场。智能机床的另一个例子是辛辛那提的多任务加工中心设计的软件，它可探测到B 旋转轴的不平衡条件。装备了SINUMERIK 840D 控制系统，新的平衡传感器监控Z轴发生的错误后准确和迅速地感受到不平衡。探测后，由一套平衡辅助程序通过计算产生出一个显示图，来确定出不平衡的位置所在以及需要进行多少补偿。该技术也已用于Giddings & Lewis的立式车床上。
米克朗智能机床模块
米克朗系列化的模块（软件和硬件）是该公司在智能机床领域的成果。不同“智能机床”模块的目标是将切削加工过程变得更透明、控制更方便。为此，必须首先建立用户和机床之间的通信。其次，还必须在不同切削加工优化过程中为用户提供工具，以显著改善加工效能。第三，机床必须能独立控制和优化切削过程，从而改善工艺安全性和工件加工质量。
米克朗的高级工艺控制系统（APS）模块是一套监视系统，它使用户能观察和控制切削加工过程。它是特为高性能和高速切削而开发的，而且能很好地用于其它切削加工系统。
无线通知系统（RNS）
“无线通知系统”模块开启了通信和灵活性的新纪元。通过这一系统，用户能接收米克朗加工中心的运行情况信息。通过移动电话的短信形式，用户就能知道机床的操作状态和程序执行状态。
全球首创、独家所有的智能操作人员支持系统（OSS）
操作人员支持系统（OSS）能根据工件的结构和加工要求，优化加工过程。通过易用的用户界面，用户可以方便地设定目标尺寸、转速、精度和表面光洁度以及工件重量和加工的复杂程度等参数并能随时修改。
四、智能机床的未来
21世纪，数控机床将在现有技术基础上，由机械运动的自动化向信息控制的智能化方向发展。其发展速度和高度将取决于人才、科研、创新、合作四个方面。2006年展出的这个世界上第一台智能机床，还需要进一步的完善、提高。如在机、电、液、气、光元件和控制系统方面；在加工工艺参数的自动收集、存储、调节、控制、优化方面；在智能化、网络化、集成化后的可靠性、稳定性、耐用性等方面，都还需要深入研究。
何谓智能机床？智能机床就是对制造过程能够做出决定的机床。智能机床了解制造的整个过程，能够监控，诊断和修正在生产过程中出现的各类偏差，并且能为生产的最优化提供方案。此外，还能计算出所使用的切削刀具，主轴，轴承和导轨的剩余寿命，让使用者清楚其剩余使用时间和替换时间。
一、智能机床发展的意义
机床技术发展的前景和目标，是能够实现装备制造业的全盘自动化，由单机自动化向FMC，CIM，CIMS发展，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类创造更多的财富。在实现全盘自动化过程中，需要解决的技术问题异常复杂，不仅要解决代替体力劳动的问题，更要解决代替脑力劳动问题。它包括工艺、刀具、物流、联网、信息存储、控制等。如何用智能化代替人的手工和脑力劳动，是最关键的核心问题。
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，可提高机床的加工精度、效率；其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量，人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，更能进一步发展智能机床和智能系统；第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它能够收容大量信息，对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制。它还具有重要功能，如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制。
二、智能机床的发展过程
早在上世纪80年代，美国就曾提出研究发展“适应控制”机床，但由于许多自动化环节如自动检测、自动调节、自动补偿等没有解决，虽有各种试验，但进展较慢。后来在电加工机床（EDM）方面，首先实现了“适应控制”，通过对放电间隙、加工工艺参数进行自动选择和调节，以提高机床加工精度、效率和自动化。
随后，由美国政府出资创建的机构——智能机床启动平台（SMPI），一个由公司，政府部门和机床厂商组成的联合体对智能机床进行了加速的研究。
而于2006年9月在IMTS展会上展出的日本MAZAK公司研发制造的智能机床，则向未来理想的“适应控制”机床方面大大前进了一步。日本这种智能机床具有六大特色：1．有自动抑制振动的功能；2．能自动测量和自动偿，减少高速主轴、立拄、床身热变形的影响；3．有自动防止刀具和工件碰撞的功能；4．有自动补充润滑油和抑制噪音的功能；5．数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高了切削效率；6．机床故障能进行远距离诊断。
三、智能机床的最新研究成果
在IMTS 2006上，日本Mazak公司以“智能机床”（Intelligent Machine）的名称，展出了声称具有四大智能的数控机床；日本Okuma（大隈）公司展出了名为“thinc”的智能数字控制系统（Intelligent Numerical Control System）。
Mazak的智能机床：发出信息和进行思考
Mazak对智能机床的定义是：机床能对自己进行监控，可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，然后自行采取应对措施来保证最优化的加工。换句话说，机床进化到可发出信息和自行进行思考。结果是：机床可自行适应柔性和高效生产系统的要求。当前Mazak的智能机床有以下四大智能：
1．主动振动控制——将振动减至最小；
2．智能热屏障——热位移控制；
3．智能安全屏障——防止部件碰撞；
4．马扎克语音提示——语音信息系统。
Okuma的智能机床：具备“思想”
Okuma的智能数字控制系统的名称为“thinc”，它是英文“思想”（think）的谐音，表明它具备思想能力。Okuma认为当前经典的数控系统的设计（结构），执行和使用（design、implementation、use） 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说，thinc不仅可在不受人的干预下，对变化了的情况作出“聪明的决策”（smart decision），还可使机床到了用户厂后，以增量的方式使其功能在应用中自行不断增长，并会更加自适应新的情况和需求，更加容错，更容易编程和使用。总之，在不受人工干预的情况下，机床将为用户带来更高的生产效率。
GE Fanuc公司和辛辛那提公司的进展
GE Fanuc公司引入的一套监控和分析方案也是智能机床发展的一个例子，这套方案在2006年9月的IMTS 展览会得以展示。一种名为效率机床4.0，基于互联网的方案应运而生，它是通过收集机床和其它设备复杂的基本数据而提供的富有洞察力的、可指出原因的分析方法。它还提供一套远程诊断工具，从而使不出现故障的平均时间最长而用于修理的时间最短。它还能用于计算机维护管理系统中监控不同的现场。智能机床的另一个例子是辛辛那提的多任务加工中心设计的软件，它可探测到B 旋转轴的不平衡条件。装备了SINUMERIK 840D 控制系统，新的平衡传感器监控Z轴发生的错误后准确和迅速地感受到不平衡。探测后，由一套平衡辅助程序通过计算产生出一个显示图，来确定出不平衡的位置所在以及需要进行多少补偿。该技术也已用于Giddings & Lewis的立式车床上。
米克朗智能机床模块
米克朗系列化的模块（软件和硬件）是该公司在智能机床领域的成果。不同“智能机床”模块的目标是将切削加工过程变得更透明、控制更方便。为此，必须首先建立用户和机床之间的通信。其次，还必须在不同切削加工优化过程中为用户提供工具，以显著改善加工效能。第三，机床必须能独立控制和优化切削过程，从而改善工艺安全性和工件加工质量。
米克朗的高级工艺控制系统（APS）模块是一套监视系统，它使用户能观察和控制切削加工过程。它是特为高性能和高速切削而开发的，而且能很好地用于其它切削加工系统。
无线通知系统（RNS）
“无线通知系统”模块开启了通信和灵活性的新纪元。通过这一系统，用户能接收米克朗加工中心的运行情况信息。通过移动电话的短信形式，用户就能知道机床的操作状态和程序执行状态。
全球首创、独家所有的智能操作人员支持系统（OSS）
操作人员支持系统（OSS）能根据工件的结构和加工要求，优化加工过程。通过易用的用户界面，用户可以方便地设定目标尺寸、转速、精度和表面光洁度以及工件重量和加工的复杂程度等参数并能随时修改。
四、智能机床的未来
21世纪，数控机床将在现有技术基础上，由机械运动的自动化向信息控制的智能化方向发展。其发展速度和高度将取决于人才、科研、创新、合作四个方面。2006年展出的这个世界上第一台智能机床，还需要进一步的完善、提高。如在机、电、液、气、光元件和控制系统方面；在加工工艺参数的自动收集、存储、调节、控制、优化方面；在智能化、网络化、集成化后的可靠性、稳定性、耐用性等方面，都还需要深入研究。
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上一条：工程机械站在产业升级的门槛上
| 根据专项调查，有62%的被调查者认为，当前制约中国工程机械行业发展的主要问题是“技术创新”问题 刚刚过去的2006年，工程机械行业出现了强劲复苏。据统计，2006年前11个月全行业规模以上企业销售收入同比增长约为35%，利润同比增长126%；出口增速达到了60%，比全行业销售收入增速快了近25个百分点。 无论是工程机械行业业内人士还是外界研究分析人员，都十分看好工程机械的走势，对其行业的发展充满了乐观情绪。 然而，在这样一片乐观声中，市场中孕育着的一些新的变化值得引起人们的关注。技术创新制约企业发展 有关专家认为，国内工程机械企业普遍存在盈利水平较低、缺乏核心竞争力、品牌效益不明显等问题。 据了解，在工程机械产品上，我国具有完全自主知识产权的核心技术并不多，“克隆”产品占据了较大的比重。根据中国工程机械协会组织的专项调查，有62%的被调查者认为，当前制约中国工程机械行业发展的主要问题是“技术创新”问题。 以装载机为例，其产品技术几乎完全公开，行业进入壁垒低。全国装载机生产企业最多时达到130多家，其中专业生产企业有30多家。但除少数企业具备规模效益外，绝大多数企业年产量均在千台以下，有些只有年产200～300台的能力，加上后进入者如福田重工等，2006年国内装载机总生产能力超过20万台，市场需求约为9万～10万台，约有50％的能力闲置、产能过剩，市场竞争更加激烈。 在产品方面，装载机同质化强，竞争以价格战为主。国内厂家在消费者需求的一些档次更高的型号上，目前尚难提供富有竞争力的产品。 在我国装载机行业总的发展趋势下，以资源重组为主要方向的企业整合不可避免，现有近百家小型生产企业将面临被兼并、转产或倒闭，其中包括产能低于2000台以下的企业，企业的生存将受到很大挑战。近几年，国内装载机生产企业除厦工、柳工、龙工、临工和徐工等实力较强的企业利润率保持在一定的水平外，其它中小型企业大多处于微利或亏损状态。 更高技术的要求不仅来自国内。从国际上来看，由于我国工程机械企业普遍缺乏核心技术和品牌优势，在出口中只能采取低成本、低价格、低档次的竞争模式，尽管价格竞争力较强，但容易导致贸易增量不增价、甚至跌价的状况。 同时，还带来了国际贸易争端不断加剧，使我国越来越成为贸易保护主义打击的对象，存在反倾销风险。目前，我国被提起反倾销的案件已经占到全球的七分之一。以手动搬运车为例，当前我国手动搬运车出口的平均价格约120美元/台，而德国生产的同类产品为600美元/台。2006年1月，欧盟委员会初裁认定我国出口的该类产品倾销成立。 2006年，工程机械板块中频繁跑出大牛股。2007年，这种强势劲头能否持续，成为各方关注焦点。有关专家认为，综合各种因素，预计2007年工程机械市场形势比2006年仍有较大幅度增长，但增幅可能会略低于2006年。 |
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下一条：日本精工将增产风力发电机用轴承
据《日本经济新闻》报道，日本精工将增产风力发电机用轴承，计划两年内投资约40亿日元设置核心装置——用于增速器等的轴承的生产设备。目前，风力发电机用轴承的需求不断扩大，而供应商包括该公司在内在全球也只有5家左右。该公司将通过增强生产设备来提高供应能力，力争2011年将全球份额从目前的10%提高到30%。
风力发电机利用增速器加大叶片的旋转速度，传递给发电机，产生电力。在增速器用轴承领域，该公司继轴承领域第一大厂商瑞典SKF和第二大厂商德国舍弗勒（Schaeffler）之后排名全球第三位。目前能够在耐用性等各方面满足质量要求的，包括恩梯恩（NTN）等在内，只有5家公司。在客户纷纷要求增产的情况下，日本精工决定采取强化措施。
日本精工将在藤泽工厂（神奈川县藤泽市）以及2008年1月在藤泽市不同地点启动的藤泽第二工厂，设置面向风力发电机的生产设备。借强化之机，还将开始正式生产配置于叶片主要部分的直径近1米的主轴承。将建立全面供应风力发电机用轴承的体制，来增加订单量。
风力发电机利用增速器加大叶片的旋转速度，传递给发电机，产生电力。在增速器用轴承领域，该公司继轴承领域第一大厂商瑞典SKF和第二大厂商德国舍弗勒（Schaeffler）之后排名全球第三位。目前能够在耐用性等各方面满足质量要求的，包括恩梯恩（NTN）等在内，只有5家公司。在客户纷纷要求增产的情况下，日本精工决定采取强化措施。
日本精工将在藤泽工厂（神奈川县藤泽市）以及2008年1月在藤泽市不同地点启动的藤泽第二工厂，设置面向风力发电机的生产设备。借强化之机，还将开始正式生产配置于叶片主要部分的直径近1米的主轴承。将建立全面供应风力发电机用轴承的体制，来增加订单量。
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