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[摘要]制造技术包括人类对制造过程的行为认识，以及对解决制造问题各种方法的认识等。这些方法和知识还在不断地深化，新工艺、新工具和新方法还在不断地出现。在智能制造系统中，如何将这些知识信息转变为机器的知识与智能，这将是IMS所要解决的问题。
[关键词]智能制造状态监控
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0081-01
智能制造系统的物理基础是智能机器，它包括具有各种程序的智能加工机床、工具和材料传送、准备装置，检测和试验装置，以及安装、装配装置等。
在控制理论和方法中，建模问题是十分重要的。加工过程的模型可能多种多样，如刀具磨损数学模型、切削成形数学模型、加工质量数学模型等。
在加工过程中存在着以下问题：①在线测量的困难，包括传感器的选择、设计、最优定位、数据冗余引起的信息混乱，传感器失效引起的混乱等；②过程模型的不确定性，包括参数的不可知性、状态变化的不确定性、信息的模糊性、多维信息的偶合性等使得控制鲁棒性差；③过程的快速性，使实时控制难以实现等；④系统处理多级信息反馈时的不稳定性。
为了解决在线测量中的困难，多传感器测量系统(网络)将是一种有效的方法，传感器等在不同层次上的融合技术可克服诸如单一传感器信息不完整、不同类型传感器信息灵敏区不一致、传感器失效造成的危险、数据的冗余造成信息的混乱等问题，以及可方便实现数据压缩、特征抽取功能等。
智能制造技术实质上是智能控制在制造中的运用，从控制理论观点来看仅表示可能运用的控制方法，并不说明方法的因果或隶属关系。如果考虑到知识描述和信息集成，则内容更为丰富。自适应控制方法往往选择作为智能机床控制的基本方法，它可以根据加工条件的改变而自动改变参数，实现最优过程控制。但是由于在线测量仪器及测量信息的不完备性和不可靠性，以及复杂过程的物理模型的建模不淮确性，使得自适应控制方法的应用受到很大的限制。人工智能无疑是智能制造技术最强有力的理论基础和技术手段。目前，专家系统在一些有限领域中得到了成功的运用，它可以为IMS提供知识获取、知识表示和知识利用的基本手段。
大多数人工智能系统都采用“产生式”系统结构。产生式系统是由数据库、规则库和推理机组成，它方便地描述了问题求解过程。多层次的问题求解过程对应IMS中的多级控制结构最低层的目标级，即对应于机床及生产设备的控制级。较高级的产生式系统解决较低级产生式系统中的状态描述、操作改变以及规划或策略选择等问题，间接影响目标问题的求解。
在加工过程控制级，由于受到执行州司快速性的限制，目前专家系统常常只用于一些简单的控制算法、状态辨识算法的监督和监控，用以提高算法的可靠性、安全性或柔性。该专家系统用于加工过程控制的两种操作模式：①控制模式选择型；②自适应修正型。
机械系统的状态监控是智能制造系统的重要研究内容。对制造系统而言，状态监控主要有刀具破损和磨损状态检测、工序过程监视、机床运行状态监视、机床状态监控、加工精度监控等内容，下面对一些检测内容和方法加以简单介绍。
加工过程工件的监视项目有：工序监视(是否为所要求的加工)、工件监视(是否是规定的加工件)、工件安装位姿监视(是否进入正确安装的位姿)、尺寸与形状误差监视、表示粗糙度监视等。工序监视、工件监视和工件安装位姿监视多采用机器视觉或光视方法，工序监视也有用噪声等监视法的。尺寸与形状监视法有直接与直接测量法两类，长度尺寸测量是位移测量的一种，位移测量可以采用各种位移传感器，如变阻器式、差动变压器、电容式、涡流式、同步机、计量光栅、激光比长仪等，这些传感器均可进行连续位移测量。现代数控机床上一般配有专用测量头，也可进行长度测量。形位公差一般采用离线方式在专用仪器上进行。表面粗糙度一般多采用光学法测量为主，光学法的优点是检测信号的获取可不直接接触被测表面，易于快速检测，识别能力强，但现场干扰大，放多采用激光来测量。
机床的可靠运行是加工系统稳定、实现高生产率的前提。机床的动态精度直接影响加工精度。
1)驱动系统的监控。采用高分辨率的检测传感方法与装置监视机床运动位移，并以位移误差作为反馈控制信号经伺服驱动系统进行反馈补偿，减小或消除位移误差。
2)主轴轴承与主轴回转部件监视与控制。主轴回转误差对工件圆度和孔系同轴度影响很大。主轴轴承与主轴轴系的监视方法有：轴承寿命监视—振动法、声发射法、扭矩法等；静压空气支承/涡流传感器或激光扫瞄，电感或电容传感器及码盘／微型计算机控制下的伺服机构；热变形监控—应变片/温度补偿系统；同轴度监视—激光同步扫描孔系中的各孔，利用微机求解同抽度。高精度空气支承主铀的监控系统分辨率可达纳米级，主轴回转误差控制在0．05?m以内。
(3)机床状态監视。机床工况监视的检测传感参数包括：主轴或进给电动机的电流、电压、功率、力/扭矩、转速、振动、温度、接触或接近、切削液流量等。通过这些参数集中的元素传感可实现功率过载监视、切削力监视、颤振监视、刀具一工件或机床运动部件与其他部件碰撞监视、切削液控制等，并可在此基础上实现自适应控制。另一种分法，是把颤振监视、碰撞监视、切削力/扭矩监视归入切削过程监视。
(4)精度监视与控制。加工误差可以由加工机床误差(几何误差、位移误差与伺服进给系统误差)、刀具误差(切削刃磨损、刀具调整误差、刀具弹性与热变形误差)、工件/夹具误差(定位与装夹误差、工件/夹具弹性与热变形误差、工件材质不均匀性)组成。此外，在精度监视中还要考虑环境条件、系统运行工况和检测系统等项误差。对于机床自身的几何误差(又称原始误差)、静态力变形(如自重和稳态切削力等引起的)和动态误差(运动不平稳性、热与动态力的影响)，一般采用误差的硬软件补偿法进行补偿，实现误差控制。加工误差的监控采用实时过程监测与反馈修正法和循环中检测法。实时过程监测法在加工过程中对试件或工件的尺寸、形状与位置误差直接进行实时监测，根据监测结果由计算机系统求出误差值，进行反馈修正。循环检测法包括工序前与工序后检测，即在线或在机对刀具磨损、工夹具与工件位置进行检测，保证工件坐标原点精度和加工余量的合理分配(工序前测量)和在加工工序完成后离线测定加工精度指标，反馈给NC系统进行修正，防止继续出现废次品或不合格的精度项目。
参考文献
[1] 邵四维,王文.数控机床状态监控无线传输模块的研制[J].机电工程. 2006(01).
[2] 姚红宇.滑油中金属屑分析在航空发动机状态监控中的应用[J].失效分析与预防.2006(03).
[3] 荣烈润.面向21世纪的智能制造[J].机电一体化.2006(04).
[4] 张继红.智能制造系统[J].机械管理开发.2005(04)[3]孟俊焕,孙汝军,姚俊红,张秀英.智能制造系统的现状与展望[J].机械工程与自动化.2005(04).
[5] 鞠全勇.略论智能制造技术的发展[J].金陵科技学院学报.2004(01).
[关键词]智能制造状态监控
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0081-01
智能制造系统的物理基础是智能机器，它包括具有各种程序的智能加工机床、工具和材料传送、准备装置，检测和试验装置，以及安装、装配装置等。
在控制理论和方法中，建模问题是十分重要的。加工过程的模型可能多种多样，如刀具磨损数学模型、切削成形数学模型、加工质量数学模型等。
在加工过程中存在着以下问题：①在线测量的困难，包括传感器的选择、设计、最优定位、数据冗余引起的信息混乱，传感器失效引起的混乱等；②过程模型的不确定性，包括参数的不可知性、状态变化的不确定性、信息的模糊性、多维信息的偶合性等使得控制鲁棒性差；③过程的快速性，使实时控制难以实现等；④系统处理多级信息反馈时的不稳定性。
为了解决在线测量中的困难，多传感器测量系统(网络)将是一种有效的方法，传感器等在不同层次上的融合技术可克服诸如单一传感器信息不完整、不同类型传感器信息灵敏区不一致、传感器失效造成的危险、数据的冗余造成信息的混乱等问题，以及可方便实现数据压缩、特征抽取功能等。
智能制造技术实质上是智能控制在制造中的运用，从控制理论观点来看仅表示可能运用的控制方法，并不说明方法的因果或隶属关系。如果考虑到知识描述和信息集成，则内容更为丰富。自适应控制方法往往选择作为智能机床控制的基本方法，它可以根据加工条件的改变而自动改变参数，实现最优过程控制。但是由于在线测量仪器及测量信息的不完备性和不可靠性，以及复杂过程的物理模型的建模不淮确性，使得自适应控制方法的应用受到很大的限制。人工智能无疑是智能制造技术最强有力的理论基础和技术手段。目前，专家系统在一些有限领域中得到了成功的运用，它可以为IMS提供知识获取、知识表示和知识利用的基本手段。
大多数人工智能系统都采用“产生式”系统结构。产生式系统是由数据库、规则库和推理机组成，它方便地描述了问题求解过程。多层次的问题求解过程对应IMS中的多级控制结构最低层的目标级，即对应于机床及生产设备的控制级。较高级的产生式系统解决较低级产生式系统中的状态描述、操作改变以及规划或策略选择等问题，间接影响目标问题的求解。
在加工过程控制级，由于受到执行州司快速性的限制，目前专家系统常常只用于一些简单的控制算法、状态辨识算法的监督和监控，用以提高算法的可靠性、安全性或柔性。该专家系统用于加工过程控制的两种操作模式：①控制模式选择型；②自适应修正型。
机械系统的状态监控是智能制造系统的重要研究内容。对制造系统而言，状态监控主要有刀具破损和磨损状态检测、工序过程监视、机床运行状态监视、机床状态监控、加工精度监控等内容，下面对一些检测内容和方法加以简单介绍。
加工过程工件的监视项目有：工序监视(是否为所要求的加工)、工件监视(是否是规定的加工件)、工件安装位姿监视(是否进入正确安装的位姿)、尺寸与形状误差监视、表示粗糙度监视等。工序监视、工件监视和工件安装位姿监视多采用机器视觉或光视方法，工序监视也有用噪声等监视法的。尺寸与形状监视法有直接与直接测量法两类，长度尺寸测量是位移测量的一种，位移测量可以采用各种位移传感器，如变阻器式、差动变压器、电容式、涡流式、同步机、计量光栅、激光比长仪等，这些传感器均可进行连续位移测量。现代数控机床上一般配有专用测量头，也可进行长度测量。形位公差一般采用离线方式在专用仪器上进行。表面粗糙度一般多采用光学法测量为主，光学法的优点是检测信号的获取可不直接接触被测表面，易于快速检测，识别能力强，但现场干扰大，放多采用激光来测量。
机床的可靠运行是加工系统稳定、实现高生产率的前提。机床的动态精度直接影响加工精度。
1)驱动系统的监控。采用高分辨率的检测传感方法与装置监视机床运动位移，并以位移误差作为反馈控制信号经伺服驱动系统进行反馈补偿，减小或消除位移误差。
2)主轴轴承与主轴回转部件监视与控制。主轴回转误差对工件圆度和孔系同轴度影响很大。主轴轴承与主轴轴系的监视方法有：轴承寿命监视—振动法、声发射法、扭矩法等；静压空气支承/涡流传感器或激光扫瞄，电感或电容传感器及码盘／微型计算机控制下的伺服机构；热变形监控—应变片/温度补偿系统；同轴度监视—激光同步扫描孔系中的各孔，利用微机求解同抽度。高精度空气支承主铀的监控系统分辨率可达纳米级，主轴回转误差控制在0．05?m以内。
(3)机床状态監视。机床工况监视的检测传感参数包括：主轴或进给电动机的电流、电压、功率、力/扭矩、转速、振动、温度、接触或接近、切削液流量等。通过这些参数集中的元素传感可实现功率过载监视、切削力监视、颤振监视、刀具一工件或机床运动部件与其他部件碰撞监视、切削液控制等，并可在此基础上实现自适应控制。另一种分法，是把颤振监视、碰撞监视、切削力/扭矩监视归入切削过程监视。
(4)精度监视与控制。加工误差可以由加工机床误差(几何误差、位移误差与伺服进给系统误差)、刀具误差(切削刃磨损、刀具调整误差、刀具弹性与热变形误差)、工件/夹具误差(定位与装夹误差、工件/夹具弹性与热变形误差、工件材质不均匀性)组成。此外，在精度监视中还要考虑环境条件、系统运行工况和检测系统等项误差。对于机床自身的几何误差(又称原始误差)、静态力变形(如自重和稳态切削力等引起的)和动态误差(运动不平稳性、热与动态力的影响)，一般采用误差的硬软件补偿法进行补偿，实现误差控制。加工误差的监控采用实时过程监测与反馈修正法和循环中检测法。实时过程监测法在加工过程中对试件或工件的尺寸、形状与位置误差直接进行实时监测，根据监测结果由计算机系统求出误差值，进行反馈修正。循环检测法包括工序前与工序后检测，即在线或在机对刀具磨损、工夹具与工件位置进行检测，保证工件坐标原点精度和加工余量的合理分配(工序前测量)和在加工工序完成后离线测定加工精度指标，反馈给NC系统进行修正，防止继续出现废次品或不合格的精度项目。
参考文献
[1] 邵四维,王文.数控机床状态监控无线传输模块的研制[J].机电工程. 2006(01).
[2] 姚红宇.滑油中金属屑分析在航空发动机状态监控中的应用[J].失效分析与预防.2006(03).
[3] 荣烈润.面向21世纪的智能制造[J].机电一体化.2006(04).
[4] 张继红.智能制造系统[J].机械管理开发.2005(04)[3]孟俊焕,孙汝军,姚俊红,张秀英.智能制造系统的现状与展望[J].机械工程与自动化.2005(04).
[5] 鞠全勇.略论智能制造技术的发展[J].金陵科技学院学报.2004(01).