新一代智能機(jī)床與智能數(shù)控系統(tǒng)的探索與實(shí)踐

導(dǎo)讀

本文為華中數(shù)控股份有限公司董事長(zhǎng)，國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任，博導(dǎo)陳吉紅先生的報(bào)告，報(bào)告分為五大部分，數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)型升級(jí)方向，機(jī)床的演化與智能機(jī)床的三階段，新一代智能機(jī)床（iNC-MT）與智能數(shù)控系統(tǒng)（iNC-）的探索與實(shí)踐，智能制造人才培養(yǎng)和華中數(shù)控簡(jiǎn)介。

陳吉紅董事長(zhǎng)分別從制造業(yè)大趨勢(shì)、數(shù)控技術(shù)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型升級(jí)、機(jī)床設(shè)備智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)、何為智能制造、德國(guó)工業(yè)4.0與美國(guó)CPS對(duì)我們的啟發(fā)以及華中數(shù)控新一代智能數(shù)控系統(tǒng)（iNC）和智能機(jī)床（iNC-MT）的應(yīng)用實(shí)踐，智能制造人才培養(yǎng)等情況作出簡(jiǎn)介，報(bào)告深入淺出、通俗易懂，理論研究結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，具有非常好的落地指導(dǎo)價(jià)值！

2018年4月9日，武漢華中數(shù)控股份有限公司在上海隆重推出iNC智能數(shù)控系統(tǒng)概念機(jī)，同時(shí)亮相的還有配套iNC的寶雞機(jī)床智能數(shù)控機(jī)床概念機(jī)iNC-MT。與以往推出的智能數(shù)控系統(tǒng)和智能數(shù)控機(jī)床不同的是，由華中數(shù)控和寶雞機(jī)床聯(lián)合推出的iNC和iNC-MT中引入了新一代人工智能技術(shù)-大數(shù)據(jù)智能，將以大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)為代表的新一代人工智能技術(shù)渾然天成地融合到數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中，在iNC智能數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)上，集成了NC App Store功能，可以由用戶利用數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的大數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)自己的App。在首次推出的概念機(jī)的NC App Center中，集成了18個(gè)智能化App，可以實(shí)現(xiàn)品質(zhì)提升、工藝優(yōu)化、健康保障、管理增效等效果。

在我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，機(jī)床市場(chǎng)需求發(fā)生重大變化的新常態(tài)下，我國(guó)機(jī)床行業(yè)面臨巨大的轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力。

數(shù)控機(jī)床正從數(shù)字化機(jī)床（NumericalControl Machine Tools）向智能化機(jī)床（Smart Machine Tools，SMT）方向發(fā)展。但智能化機(jī)床尚處于起步階段，還未取得實(shí)質(zhì)性的研究進(jìn)展和顯著的應(yīng)用成效。究其原因，主要是智能機(jī)床在自感知和自學(xué)習(xí)技術(shù)方面，未取得革命性的突破，最終導(dǎo)致機(jī)床智能化功能的適用性和有效性不夠。

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和新一代人工智能技術(shù)取得了群體性、革命性的突破。新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合所形成的新一代智能制造技術(shù)，成為了新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。

新一代人工智能技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的融合，形成新一代智能機(jī)床（Intelligent Machine Tools，iMT），將為數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的變革。這將是中國(guó)機(jī)床行業(yè)“換道超車”，最終實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的重大機(jī)遇。

在中國(guó)工程院、工信部的指導(dǎo)和支持下，華中數(shù)控、寶雞機(jī)床、華中科技大學(xué)提出了新一代智能機(jī)床（iMT）的新理念，開(kāi)展了智能數(shù)控系統(tǒng)（iNC，intelligent NC）和智能機(jī)床（iNC-MT，intelligent NC Machine Tools）的探索：

★自主感知：通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的“指令域”大數(shù)據(jù)匯聚方法，按毫秒級(jí)采樣周期匯集數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電控?cái)?shù)據(jù)、插補(bǔ)數(shù)據(jù)，以及溫度、振動(dòng)、視覺(jué)等外部傳感器數(shù)據(jù)，形成數(shù)控加工指令域“心電圖”和“色譜圖”。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既是“執(zhí)行器”，又是“感知器”。實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工過(guò)程的狀態(tài)信息和工況信息的自主感知，建立了數(shù)控機(jī)床的全生命周期“數(shù)字雙胞胎”（Digital Twins）和“人-信息-物理系統(tǒng)”（Human-Cyber-Physical Systems, HCPS）。

★自主學(xué)習(xí)：在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和新一代人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了大數(shù)據(jù)智能（可視化、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)）的開(kāi)放式技術(shù)平臺(tái)，形成智能機(jī)床共創(chuàng)、共享、共用的研發(fā)模式和商業(yè)模式的生態(tài)圈。從大數(shù)據(jù)中隱含的“關(guān)聯(lián)關(guān)系”中，應(yīng)用大數(shù)據(jù)智能技術(shù)，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，獲得數(shù)控加工智能化控制知識(shí)，通過(guò)開(kāi)放的技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能控制策略、知識(shí)的積累和共享。

★自主決策：根據(jù)數(shù)控加工的實(shí)時(shí)工況和狀態(tài)信息，利用自主學(xué)習(xí)所獲得的智能控制策略和知識(shí)，形成多目標(biāo)優(yōu)化加工的智能控制“i-代碼”。

★自主執(zhí)行：通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的“雙碼聯(lián)控”控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)數(shù)控加工的“G-代碼”（第一代碼）和多目標(biāo)優(yōu)化加工的智能控制“i-代碼”（第二代碼）的同步運(yùn)行，達(dá)到數(shù)控加工的優(yōu)質(zhì)、高效、可靠、安全和低耗的目的。

在以上技術(shù)基礎(chǔ)上，華中數(shù)控與寶雞機(jī)床率先研制了基于新一代人工智能技術(shù)的智能數(shù)控系統(tǒng)（iNC）和智能機(jī)床（iNC-MT）概念機(jī)，開(kāi)發(fā)了一批質(zhì)量提升、工藝優(yōu)化、健康保障和生產(chǎn)運(yùn)行的智能化功能模塊。