“数控一代”--中国智能制造的崛起

    6.在线监测

    所谓在线检测就是直接安装在生产线上，通过软测量技术实时检测，实时反馈，以此来更好地指导生产，减少不必要的浪费。

    过程工业常常伴随着物理化学反应、生化反应、相变过程及物质和能量的转移和传递，往往是一个十分复杂的工业大系统，其本身就存在大量的不确定性和非线性因素；通常伴随着十分苛刻的生产条件或环境，如高温、高压、低温、真空、高粉尘和高湿度，有时甚至存在易燃、易爆或有毒物质，生产的安全性要求较高；强调生产过程的实时性、整体性，各生产装置间存在复杂的耦合、制约关系，要求从全局协调，以求整个生产装置运行平稳、高效。这种种复杂特性使得在工业过程中很难建立起准确的数学模型。

    近年来，随着科学技术的迅猛发展和市场竞争的日益激烈，为了保证产品的质量和经济效益，先进控制和优化控制纷纷被应用于工业过程中。然而，不管是在先进控制策略的应用过程中还是对产品质量的直接控制过程中，一个最棘手的问题就是难以对产品的质量变量进行在线实时测量。受工艺、技术或者经济的限制，一些重要的过程参数和质量指标难以甚至无法通过硬件传感器在线检测。目前，生产过程中通常采用定时离线分析的方法，即每几小时采样一次，送化验室进行人工分析，然后根据分析值来指导生产。由于时间滞后大，因此远远不能满足在线控制的要求。

    在线检测技术正是为了解决这类变量的实时测量和控制问题而逐渐发展起来的。在线检测技术，根源于推理控制中的推理估计器，即采集某些容易测量的变量（也称二次变量或辅助变量），并构造一个以这些易测变量为输入的数学模型来估计难测的主要变量（也称主导变量）。从而为过程控制、质量控制、过程管理与决策等提供支持，也为进一步实现质量控制和过程优化奠定基础。在线连续检测技术已是现代流程工业和过程控制领域关键技术之一，它的成功应用将极大地推动在线质量控制和各种先进控制策略的实施，使生产过程控制得更加理想，像浓度、粘度、分子量、转化率、比值、液位等质量参数都可以实现在线检测。

图9 在线检测技术

    7.数控刀具

    数控刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具；同时“数控刀具”除切削用的刀片外，还包括刀杆和刀柄等附件。各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。

    制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

图10 数控刀具

    8.PLC技术

    PLC的全称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

    PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

图11PLC