在制造業(yè)信息化的領域中，傳統(tǒng)的機械加工正在向數字化、智能化方向發(fā)展，這是制造行業(yè)進行信息化改造的必經之路。完全實現機械加工的智能化，還需要很長的時間，但是目標必須明確，并堅定地走下去，理想才能變成現實。企業(yè)進行信息化的最終目的是為了提高生產率獲取更多的利潤，智能加工是提高生產效率的有效手段。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、什么是數控編程系統(tǒng)的智能化

　　在數控加工飛速發(fā)展的今天，包括數控機床及控制系統(tǒng)在內的硬件設備日益更新。無論在何種數控設備中，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。

　　智能化已經成為控制系統(tǒng)發(fā)展的明確目標;

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

　　數控編程系統(tǒng)作為NC代碼的產生平臺，也象控制系統(tǒng)一樣有著自己獨立的發(fā)展軌跡，數控編程系統(tǒng)的智能化也是人們在這個領域內不斷最求的崇高目標之一。

　　數控編程系統(tǒng)在智能化方向的發(fā)展時，應該具有如下幾個特點：

　　首先該系統(tǒng)應該能夠根據工件的數學模型，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構信息。

　　然后要有一定的判斷和分析能力，配以強大的專家系統(tǒng)來完成這些工作;其次，該系統(tǒng)應該具有更多的自動工作選項，最大限度的簡化操作過程。

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

　　二、數控編程系統(tǒng)智能化的前提

　　當前，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控加工的效率和質量;。智能化的數控編程系統(tǒng)除了應該具有簡化編程操作、廣泛的適應性之外，還有一個非常重要的用途，就是提供可靠的安全加工保障，因此提高數控加工的安全性也是智能化非常重要的一個方面。

　　數控編程系統(tǒng)的智能化并不是一蹴而就的，在數控編程系統(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。那么，是什么阻礙了數控編程系統(tǒng)在智能化方向的發(fā)展呢?答案是"數學模型"，數學模型作為編程系統(tǒng)工作的目標和對象，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，數學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控編程系統(tǒng)的智能化有很大的影響。數學模型的發(fā)展從線框模型到曲面模型再到現在常用的實體模型，不同類型的模型結構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。例如在表達一個正六面體結構的數學模型中，線框模型只能通過線框來表達邊的信息。在曲面模型中，人們可以表達出來各個面上的信息，當然也包括了線框模型所包含的所有邊的信息。如果用實體模型來表達模型信息，不僅邊和面的信息可以包含在模型中，而且實體內部的結構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，例如從設計環(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)境下數學模型信息的傳遞對加工編程的影響。在CAD/CAM發(fā)展的初期，甚至現在，很多的產品模型被設計出來以后，經常要通過一些轉換格式(如IGES等)傳遞到CAM環(huán)境下進行編程操作。眾所周知，這種轉換將會產生一定的信息丟失，在CAM環(huán)境下，因為很多的特征信息及其特征參數在轉化過程中都丟失了，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據在傳遞過程中完整性，才有可能進行更多的智能化操作。所以，市場上的一些CAD/CAM一體化軟件的出現就是為了從根本上解決這個問題。很多的獨立的CAM平臺也通過與CAD軟件供應商之間的合作解決了數據傳遞的問題，為智能化奠定了良好基礎。

　　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?，F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，因此能夠表達的信息量是有限的。目前國際上已經制定出了一套全新的模型標準-STEP NC數學模型，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學模型并識別其中所包含的零件的工藝信息和結構信息。徹底的避免了模型在傳遞過程中的丟失。而且在此模型結構的基礎上，可以實現更多的智能化。不過在未來的一段時間內，G代碼還將是我們唯一的選擇。

　　三、當前數控編程系統(tǒng)智能化實現的程度

　　目前實體模型結構基礎上，數控編程系統(tǒng)已經實現了部分智能化。由于實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行編程操作，并在操作過程中根據專家系統(tǒng)的支持提供更多的自動操作選項，成為當前智能數控編程系統(tǒng)的一個主要的發(fā)展方向。例如當前的EdgeCAM、CAMWorks等系統(tǒng)都可以完成一些諸如自動查找加工特征、自動設置加工參數、自動提供加工方法、自動選擇加工刀具等工作。

　　由于實體模型能夠更多的表達零件模型的結構信息，所以更多的三維零件實體模型被設計人員創(chuàng)造出來。利用實體模型，工程師可以通過一些智能CAM系統(tǒng)很快的完成數控編程的工作。而且工程師除了具有了針對實體模型的結構信息及其特征參數進行編程的功能之外，還可以根據實體模型的特征更改進行自動更新刀具路徑。這樣刀具路徑與實體模型之間的互動不僅可以減少由于設計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操作。只要在CAD環(huán)境下到CAM環(huán)境下的實體模型能夠完整的傳遞，就可以實現這個過程。例如EdgeCAM可以與CATIAUGProEInventorSolidWorksSolidedgeSolid3000等多種CAD環(huán)境實現這種動態(tài)關聯。

　　很多的CAM系統(tǒng)都提供了一些常用的二次開發(fā)的工具。包括如何將一些經常使用的編程過程以一個固定的方式置入現有的系統(tǒng)中，以便在以后的編程過程中隨時調用。二次開發(fā)工具的開放程度和可操作性成為評價一個系統(tǒng)的重要的參數。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制到流程圖中，作為整個加工過程中的一個加工節(jié)點，配合其他的操作，就可以定制一個新的加工策略。而且其中一些參數設置，都是與實體模型相關聯，例如加工孔可以按照指定孔特征的直徑來選擇刀具。實體模型中孔特征的參數(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，人們就認識到了模擬加工的重要性，因為它是一個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的問題，以及如何將仿真結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、智能數控編程系統(tǒng)的未來發(fā)展

　　隨著STEPNC數學模型的推廣和投入使用，將有一種面向對象的數控編程系統(tǒng)出現，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。通過智能數控編程系統(tǒng)，大大簡化了編程操作過程。隨著計算機技術的不斷升級和人工智能領域的研究成果，也會為數控編程系統(tǒng)的智能化發(fā)展帶來相應的促進作用?？傊S著科技的不斷發(fā)展，數控技術的提高，以及各個系統(tǒng)之間的協作配合，未來智能數控技術將會有廣闊的發(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。