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，還需要很長的時間，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，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NC代碼來傳遞、識別和控制加工信息，NC代碼需要軟件平臺的支撐，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)備帶來高效和高質(zhì)量的同時，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，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)的智能化也是人們在這個領(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，應(yīng)該具有如下幾個特點(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別能力，能夠識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)來完成這些工作;其次，該系統(tǒng)應(yīng)該具有更多的自動工作選項(xiàng)，最大限度的簡化操作過程。

　　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，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)該具有簡化編程操作、廣泛的適應(yīng)性之外，還有一個非常重要的用途，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量決定了人類發(fā)展的各個階段一樣。另外，數(shù)學(xué)模型所包含的信息在這個加工過程中的傳遞的方式也會對數(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)在描述同一個物體時，它所能表述出來的信息容量是不同的。例如在表達(dá)一個正六面體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型中，線框模型只能通過線框來表達(dá)邊的信息。在曲面模型中，人們可以表達(dá)出來各個面上的信息，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制造過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)的過程中，傳遞信息的有效性也將對整個智能加工起到很大的影響。

　　首先，來看看CAD環(huán)境到CAM環(huán)境下數(shù)學(xué)模型信息的傳遞對加工編程的影響。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)出來以后，經(jīng)常要通過一些轉(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)化過程中都丟失了，這些丟失的信息將不能被CAM平臺所利用。因此只有根本的保障模型數(shù)據(jù)在傳遞過程中完整性，才有可能進(jìn)行更多的智能化操作。所以，市場上的一些CAD/CAM一體化軟件的出現(xiàn)就是為了從根本上解決這個問題。很多的獨(dú)立的CAM平臺也通過與CAD軟件供應(yīng)商之間的合作解決了數(shù)據(jù)傳遞的問題，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)的過程中，信息的傳遞對智能加工的影響。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G代碼傳遞加工信息的。G代碼充其量不過百十來個，因此能夠表達(dá)的信息量是有限的。目前國際上已經(jīng)制定出了一套全新的模型標(biāo)準(zhǔn)-STEP NC數(shù)學(xué)模型，將來無論是編程系統(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。不過在未來的一段時間內(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)體模型是通過特征造型的手段獲得的，因此在編程過程中，如何獲得這些特征，然后直接針對這些特征直接進(jìn)行編程操作，并在操作過程中根據(jù)專家系統(tǒng)的支持提供更多的自動操作選項(xiàng)，成為當(dāng)前智能數(shù)控編程系統(tǒng)的一個主要的發(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查找加工特征、自動設(shè)置加工參數(shù)、自動提供加工方法、自動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。利用實(shí)體模型，工程師可以通過一些智能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)行自動更新刀具路徑。這樣刀具路徑與實(shí)體模型之間的互動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)這個過程。例如EdgeCAM可以與CATIAUGProEInventorSolidWorksSolidedgeSolid3000等多種CAD環(huán)境實(shí)現(xiàn)這種動態(tài)關(guān)聯(lián)。

　　很多的CAM系統(tǒng)都提供了一些常用的二次開發(fā)的工具。包括如何將一些經(jīng)常使用的編程過程以一個固定的方式置入現(xiàn)有的系統(tǒng)中，以便在以后的編程過程中隨時調(diào)用。二次開發(fā)工具的開放程度和可操作性成為評價(jià)一個系統(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程復(fù)制到流程圖中，作為整個加工過程中的一個加工節(jié)點(diǎn)，配合其他的操作，就可以定制一個新的加工策略。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，加工過程也跟隨自動更改。

　　在CAM發(fā)展的初期，人們就認(rèn)識到了模擬加工的重要性，因?yàn)樗且粋€有效的避免加工過程中發(fā)生干涉、過切和碰撞的手段。在國外，有很多公司就直接從事這類仿真系統(tǒng)研究和開發(fā)。對于智能數(shù)控編程系統(tǒng)來說，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程中出現(xiàn)的問題，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。通過智能數(shù)控編程系統(tǒng)，大大簡化了編程操作過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷升級和人工智能領(lǐng)域的研究成果，也會為數(shù)控編程系統(tǒng)的智能化發(fā)展帶來相應(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，以及各個系統(tǒng)之間的協(xié)作配合，未來智能數(shù)控技術(shù)將會有廣闊的發(fā)展前景，并為我國的制造業(yè)向高效率、高精尖發(fā)展帶來一片光明。