在制造業(yè)信息化的領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的機(jī)械加工正在向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，這是制造行業(yè)進(jìn)行信息化改造的必經(jīng)之路。完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的智能化，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間，但是目標(biāo)必須明確，并堅(jiān)定地走下去，理想才能變成現(xiàn)實(shí)。企業(yè)進(jìn)行信息化的最終目的是為了提高生產(chǎn)率獲取更多的利潤(rùn)，智能加工是提高生產(chǎn)效率的有效手段。智能加工包括控制系統(tǒng)的智能化、編程系統(tǒng)的智能化等諸多方面，這里我們主要來(lái)討論編程系統(tǒng)的智能化。

    一、什么是數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化

    在數(shù)控加工飛速發(fā)展的今天，包括數(shù)控機(jī)床及控制系統(tǒng)在內(nèi)的硬件設(shè)備日益更新。無(wú)論在何種數(shù)控設(shè)備中，控制系統(tǒng)就像人類的大腦一樣，起著極其重要的支配作用。但是，目前的控制系統(tǒng)還是通過(guò)NC代碼來(lái)傳遞、識(shí)別和控制加工信息，NC代碼需要軟件平臺(tái)的支撐，因此數(shù)控編程系統(tǒng)就這樣伴隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展。

      智能化已經(jīng)成為控制系統(tǒng)發(fā)展的明確目標(biāo)；

      控制系統(tǒng)的智能化可以給數(shù)控設(shè)備帶來(lái)高效和高質(zhì)量的同時(shí)，還提供了更方便更人性化的操作界面及操作方法；

      數(shù)控編程系統(tǒng)作為NC代碼的產(chǎn)生平臺(tái)，也象控制系統(tǒng)一樣有著自己獨(dú)立的發(fā)展軌跡，數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化也是人們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域內(nèi)不斷最求的崇高目標(biāo)之一。

    數(shù)控編程系統(tǒng)在智能化方向的發(fā)展時(shí)，應(yīng)該具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

    首先該系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)工件的數(shù)學(xué)模型，提供合理的工藝解決方案。這就要求其至少具有一定的識(shí)別能力，能夠識(shí)別出工件的各種模型結(jié)構(gòu)信息。

    然后要有一定的判斷和分析能力，配以強(qiáng)大的專家系統(tǒng)來(lái)完成這些工作；其次，該系統(tǒng)應(yīng)該具有更多的自動(dòng)工作選項(xiàng)，最大限度的簡(jiǎn)化操作過(guò)程。

    此外，作為智能數(shù)控編程系統(tǒng)應(yīng)該具有更廣泛的適應(yīng)性，不僅能夠適應(yīng)各種類型零件的加工編程需要，更應(yīng)該滿足各種各樣的數(shù)控硬件設(shè)備（或控制系統(tǒng)）的需要。

    二、數(shù)控編程系統(tǒng)智能化的前提

    當(dāng)前，國(guó)外公司在控制系統(tǒng)和編程軟件系統(tǒng)的智能化發(fā)展方面都取得了一定的成績(jī)，智能化的目的是為了提高數(shù)控加工的效率和質(zhì)量；。智能化的數(shù)控編程系統(tǒng)除了應(yīng)該具有簡(jiǎn)化編程操作、廣泛的適應(yīng)性之外，還有一個(gè)非常重要的用途，就是提供可靠的安全加工保障，因此提高數(shù)控加工的安全性也是智能化非常重要的一個(gè)方面。

    數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化并不是一蹴而就的，在數(shù)控編程系統(tǒng)發(fā)展的初期由于各方面的原因，智能化還只能是可望而不可及的目標(biāo)。那么，是什么阻礙了數(shù)控編程系統(tǒng)在智能化方向的發(fā)展呢？答案是"數(shù)學(xué)模型"，數(shù)學(xué)模型作為編程系統(tǒng)工作的目標(biāo)和對(duì)象，它所包含的信息量將直接決定了智能化的程度，就像人類大腦所掌握的知識(shí)量決定了人類發(fā)展的各個(gè)階段一樣。另外，數(shù)學(xué)模型所包含的信息在這個(gè)加工過(guò)程中的傳遞的方式也會(huì)對(duì)數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化有很大的影響。數(shù)學(xué)模型的發(fā)展從線框模型到曲面模型再到現(xiàn)在常用的實(shí)體模型，不同類型的模型結(jié)構(gòu)在描述同一個(gè)物體時(shí)，它所能表述出來(lái)的信息容量是不同的。例如在表達(dá)一個(gè)正六面體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型中，線框模型只能通過(guò)線框來(lái)表達(dá)邊的信息。在曲面模型中，人們可以表達(dá)出來(lái)各個(gè)面上的信息，當(dāng)然也包括了線框模型所包含的所有邊的信息。如果用實(shí)體模型來(lái)表達(dá)模型信息，不僅邊和面的信息可以包含在模型中，而且實(shí)體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息也可以包含在模型中。

    另外模型信息在整個(gè)制造過(guò)程中的傳遞方式也將影響智能化的程度，例如從設(shè)計(jì)環(huán)境（CAD環(huán)境）到編程環(huán)境（CAM環(huán)境）；從編程環(huán)境（CAM環(huán)境）到控制系統(tǒng)的過(guò)程中，傳遞信息的有效性也將對(duì)整個(gè)智能加工起到很大的影響。

    首先，來(lái)看看CAD環(huán)境到CAM環(huán)境下數(shù)學(xué)模型信息的傳遞對(duì)加工編程的影響。在CAD/CAM發(fā)展的初期，甚至現(xiàn)在，很多的產(chǎn)品模型被設(shè)計(jì)出來(lái)以后，經(jīng)常要通過(guò)一些轉(zhuǎn)換格式（如IGES等）傳遞到CAM環(huán)境下進(jìn)行編程操作。眾所周知，這種轉(zhuǎn)換將會(huì)產(chǎn)生一定的信息丟失，在CAM環(huán)境下，因?yàn)楹芏嗟奶卣餍畔⒓捌涮卣鲄?shù)在轉(zhuǎn)化過(guò)程中都丟失了，這些丟失的信息將不能被CAM平臺(tái)所利用。因此只有根本的保障模型數(shù)據(jù)在傳遞過(guò)程中完整性，才有可能進(jìn)行更多的智能化操作。所以，市場(chǎng)上的一些CAD/CAM一體化軟件的出現(xiàn)就是為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。很多的獨(dú)立的CAM平臺(tái)也通過(guò)與CAD軟件供應(yīng)商之間的合作解決了數(shù)據(jù)傳遞的問(wèn)題，為智能化奠定了良好基礎(chǔ)。

    其次，在分析一下從CAM到控制系統(tǒng)的過(guò)程中，信息的傳遞對(duì)智能加工的影響。現(xiàn)在幾乎所有的編程系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間都是通過(guò)G代碼傳遞加工信息的。G代碼充其量不過(guò)百十來(lái)個(gè)，因此能夠表達(dá)的信息量是有限的。目前國(guó)際上已經(jīng)制定出了一套全新的模型標(biāo)準(zhǔn)-STEP NC數(shù)學(xué)模型，將來(lái)無(wú)論是編程系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)都可以直接讀取這種數(shù)學(xué)模型并識(shí)別其中所包含的零件的工藝信息和結(jié)構(gòu)信息。徹底的避免了模型在傳遞過(guò)程中的丟失。而且在此模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)更多的智能化。不過(guò)在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，G代碼還將是我們唯一的選擇。

    三、當(dāng)前數(shù)控編程系統(tǒng)智能化實(shí)現(xiàn)的程度

    目前實(shí)體模型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，數(shù)控編程系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分智能化。由于實(shí)體模型是通過(guò)特征造型的手段獲得的，因此在編程過(guò)程中，如何獲得這些特征，然后直接針對(duì)這些特征直接進(jìn)行編程操作，并在操作過(guò)程中根據(jù)專家系統(tǒng)的支持提供更多的自動(dòng)操作選項(xiàng)，成為當(dāng)前智能數(shù)控編程系統(tǒng)的一個(gè)主要的發(fā)展方向。例如當(dāng)前的EdgeCAM、CAMWorks等系統(tǒng)都可以完成一些諸如自動(dòng)查找加工特征、自動(dòng)設(shè)置加工參數(shù)、自動(dòng)提供加工方法、自動(dòng)選擇加工刀具等工作。

    由于實(shí)體模型能夠更多的表達(dá)零件模型的結(jié)構(gòu)信息，所以更多的三維零件實(shí)體模型被設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造出來(lái)。利用實(shí)體模型，工程師可以通過(guò)一些智能CAM系統(tǒng)很快的完成數(shù)控編程的工作。而且工程師除了具有了針對(duì)實(shí)體模型的結(jié)構(gòu)信息及其特征參數(shù)進(jìn)行編程的功能之外，還可以根據(jù)實(shí)體模型的特征更改進(jìn)行自動(dòng)更新刀具路徑。這樣刀具路徑與實(shí)體模型之間的互動(dòng)不僅可以減少由于設(shè)計(jì)更改而增加的編程工作量，而且減少了編程過(guò)程中大量的重復(fù)操作。只要在CAD環(huán)境下到CAM環(huán)境下的實(shí)體模型能夠完整的傳遞，就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。例如EdgeCAM可以與CATIAUGProEInventorSolidWorksSolidedgeSolid3000等多種CAD環(huán)境實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。

    很多的CAM系統(tǒng)都提供了一些常用的二次開(kāi)發(fā)的工具。包括如何將一些經(jīng)常使用的編程過(guò)程以一個(gè)固定的方式置入現(xiàn)有的系統(tǒng)中，以便在以后的編程過(guò)程中隨時(shí)調(diào)用。二次開(kāi)發(fā)工具的開(kāi)放程度和可操作性成為評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的重要的參數(shù)。例如EdgeCAM提供的加工策略定義工具(strategy manager)，它可以將前面的加工過(guò)程復(fù)制到流程圖中，作為整個(gè)加工過(guò)程中的一個(gè)加工節(jié)點(diǎn)，配合其他的操作，就可以定制一個(gè)新的加工策略。而且其中一些參數(shù)設(shè)置，都是與實(shí)體模型相關(guān)聯(lián)，例如加工孔可以按照指定孔特征的直徑來(lái)選擇刀具。實(shí)體模型中孔特征的參數(shù)（直徑或深度）被更改后，加工過(guò)程也跟隨自動(dòng)更改。

    在CAM發(fā)展的初期，人們就認(rèn)識(shí)到了模擬加工的重要性，因?yàn)樗且粋€(gè)有效的避免加工過(guò)程中發(fā)生干涉、過(guò)切和碰撞的手段。在國(guó)外，有很多公司就直接從事這類仿真系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)。對(duì)于智能數(shù)控編程系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅要求有更加精確逼真的仿真加工的手段，而且如何解決仿真過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，以及如何將仿真結(jié)果輸出再利用方面也做了更多的嘗試。

圖1 EdgeCAM中逼真的模擬加工仿真

    四、智能數(shù)控編程系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展

    隨著STEPNC數(shù)學(xué)模型的推廣和投入使用，將有一種面向?qū)ο蟮臄?shù)控編程系統(tǒng)出現(xiàn)，人們只需要在模型中加入一些如何完成零件加工的工藝信息，然后將模型傳遞到控制系統(tǒng)中就可以了。通過(guò)智能數(shù)控編程系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了編程操作過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷升級(jí)和人工智能領(lǐng)域的研究成果，也會(huì)為數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化發(fā)展帶來(lái)相應(yīng)的促進(jìn)作用。總之，隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的提高，以及各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)作配合，未來(lái)智能數(shù)控技術(shù)將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景，并為我國(guó)的制造業(yè)向高效率、高精尖發(fā)展帶來(lái)一片光明。