图1 国际机床展览会使参观者能了解关于他们今日能应用的实用新技术，以及可能对我们不断前进的工业有重大影响的颠覆性技术

将于2016年9月12～17日在美国伊利诺斯州芝加哥迈考密会展中心举行的国际机床展览会(IMTS)不仅展示了当前技术，还展望了未来技术趋势。

从图1可以看到更适合被归于未来技术类别的制造技术动态，其展示了ITAMCO的工厂经理和首席自动化工程师Dave Hinderlider安装Microsoft HoloLens全息计算机。位于印第安纳州的齿轮制造商Plymouth认为，此技术将最终使其能优化工程师在新齿轮装置设计过程中的合作和协作，将他们聚集在工作场所，审核、精化和操纵关键组件的3D全息模型。该公司还在开发一种工艺，利用HoloLens技术，对协作型机器人进行编程，来生产变速箱和齿轮传动装置。

实际上，你可以在展会上尝试此技术，并发现其他可能在未来几年内影响机械加工和制造的颠覆性技术，你还可以检查新设备的运行情况，并考虑可整合到工艺中的新方法，确保你的工厂具有更高效率和更好的效果。

以下为您将在国际机床展览会上看到的一些技术，这些技术混合了这两种场景，尽管它们仍然处于新兴或发展阶段，但可立即应用这些技术提高能力和竞争力。

盛装参展的增材制造

今年增材制造(AM)更重要的进展之一就是其涉及了国际机床展览会本身。2016届的IMTS展会上新增加了一个展馆，完全用于增材制造展示，增材制造是仅有的10种获得主题展馆的技术之一。老实说，这个展馆比较小，因为增材制造技术或3D打印工艺用于生产零件制造的用途本身仍然相对较小。但是，对于增材制造对零件适用性的任何质疑都已经成为过去，增材制造技术现在已经是一种成熟、广泛被接受的制造功能组件的方法，尤其是涉足航空航天和医疗行业的制造商，目前正在展示一种可能的零部件新的生产方法。另外，与这些制造商相关的其他可能还包括利用增材制造技术生产夹具、固定设备、模具和其他生产用工装，以及利用增材制造技术通过3D打印、短期的生产零件精化和确认零件的设计，之后开始在一些其他工艺中正式投入批量生产。

增材制造能走多远?这部分取决于此技术的先进程度，以增材方式制造零件，机床的速度和功能仍然在不断提升中。更重要的是，用于金属成形3D零件的不同机床仍然处于用户应用的最早阶段，这意味着它们适用性和有用性的完整范围仍然未被发现。现在正在开发不同系统和方法，用于零件在增材模具中成形过程的监控，以便确认从一个模具到下一模具零件的可重复性。

但是同时，此技术能走多远也取决于制造商当前对该技术更大可能性的探索。在最佳的情况下，增材制造并不是用于已经处于生产中零件的解决方案，因为在极大程度上，这些零件已经通过某种其他工艺正在被有效地制造。而增材制造技术是还不存在的各种类型零件(这些零件在过去要制造出来是不现实的)的催化技术，这些类型的零件包括代替整个装置的复杂单个组件、结合了高强度与低重量的具有有机或晶格形态的组件以及具有复杂内部结构或内部通道封闭的组件。增材制造使得所有这些几何形状形式都易于生成。同时，这可能证明是所有优势中最具有价值的一种优势，即增材制造还能使目前我们并没有常规采用的金属的加工成为可能，因为这些金属是难以加工的。增材制造使得零件如此接近净形状，确保机械加工要求可以非常容易满足。

今天，对于某一制造商来说，可能已经准备好或可能没有准备好探索或实现这些承诺，但这些承诺指示了增材制造的使用只会越来越大规模进步的原因。对于目前，该制造商很可能已经可以探索增材制造更快和更可以实现的承诺之一，即利用增材制造机床制造夹具和其他工装，以及原型机和短期试制的零件，确保数控机床和成熟制造技术的其他有价值设备不至于因此工作而承受较大工作负担。

图2 刀具加工是3D打印可对机械加工补充的一个领域，工业3D打印机可用来制造工装夹具和其他定制硬件，这样机床就不用在这些一次性零件上被固定起来

顺理成章的自动化发展

实际上，机器人对于制造行业来说并不是新事物，但机器人技术的使用在不断增长中，在北美地区尤其如此。根据机器人行业协会的统计数据，2015年北美的机器人订单量和出货量已经创下了新的记录，总共有31 464台机器人从北美的公司订购，价值为18亿美元，即数量上相对于2014年增加了14%，价值上增长了11%。

该协会表示，该趋势会延续至2016年。在2016年第一季度，总共有7406台机器人价值约为4.02亿美元从北美的公司订购，在2016年头3个月内订购的机器人数量创下了新的记录，相对于2015年同期增长了7%。

今天的机器人比过去的机器人更快、更智能，也正变得更加适合用于小批量/高混合式生产，这在视觉技术中尤其如此，在视觉技术中，会使用到高速、高清摄像头，提供更高的零件识别能力，以用于拾取操作，线下机器人编程工具的功能也正变得更加强大和直观。

但是，近期的开发使得此技术能被更加高效地整合和部署，以更好地使工厂能实现无人值守甚至是无照明加工的优势。例如，制造业机器人的当前趋势是应用协作型机器人或“cobots”，这些机器人利用传感器技术，使它们能在共享的工作环境中、在人类身边安全工作，这意味着再也不需要安装隔离栅栏，将工人和机器人隔离。如果机器人意外与人员接触到，其会停止动作，防止伤害发生。

这种新的机器人技术在全球还未失去潜力。来自世界各地的贡献人士已经合作制定出了ISO/TS 15066技术规范，已经于今年早些时候公布，此规范为制造商和机器人集成商提供了关于如何更好地对协作型机器人重大风险评估提供了指南。在之前的ISO机器人标准中，并没有提供这些指南，这在很大程度上是因为机器人技术在该标准制定之时仍然处于早期发展阶段。

但是自动化的发展已经超越了机器人技术，前来国际机床展览会参观的人员将在此展会上发现多个关于这一情况的例子。尽管，自动化的目标是让人类不用执行重复任务，但这些任务并不总是需要复杂的机器人系统。例如，在机械工厂中，相对简单的解决方案如刀具预调器、随行夹具交换装置、机床探头，甚至是存货管理系统全部都能提供各种方法，消除重复耗时的任务。

另外，考虑对工艺进行自动化的理念：即对有用信息收集、分析和响应进行自动化。机床通信上的重大突破允许制造商在自动化技术方面采取向前的措施，这些措施并不一定会改变工艺，但会对数据的收集进行自动化，这样就实现了速度、指令和总体制造生产率的提高。

图3 自动化并不仅限于机器人，机床工厂可以利用的自动化工艺有许多种，其中一种就是刀具预调，刀具预调过程可自动测量刀具偏移量，

以缩短主轴停机时间，并确保精确和可重复测量

图4 协作型机器人仍然是相对较新的，但有越来越多的工厂将它们整合起来，以实现更长时间的无人值守作业或无照明情况下的机械加工

IIoT理念的实际应用

可能数据自动收集方面的最重要进展是产生了机床监控系统，这些系统使得制造企业能随时检查每个连接的机床的状态;快速对机床发出的警报和警告进行响应，从而防止干扰生产;跟踪趋势、揭示问题，如设置时间过长，或产生意外停机时间;显示了机床生产率的实时指标，如设备总体有效性(OEE)、零件数量、正常运行时间和其他性能指标。

实现机床监控系统的公司表示，通过在工厂区域安装的大型平板显示器以仪表板的形式显示相关信息，其在生产率上实现了5%～15%的增长。

机床监控是互操作性标准如MTConnect大力促进软件应用的一个显著实例，该标准于2008年国际机床展览会上首次公布。MTConnect是一系列开放、免版税的标准，其利用可扩展标记语言(XML)和互联网协议(IP)技术作为共同通信链路，发布网络上的机床数据。以最简单的术语来说，就是MTConnect将每台机床的专有计算机语言转换为数据采集和机床监控软件能共同使用的简单互联网语言。

MTConnect的重要性在于实现了对于与工业物联网(IIoT)兼容的系统成为关键的主要性能特征，这些系统必须整合开放式软件架构、开放式协议和开放式数据模型。否则，专有的元素就会妨碍工业物联网的用户和开发人员。今年，国际机床展览会将综合展出支持MTConnect标准的机床连接功能。除了机床监控功能外，其他将展出的应用包括预测性分析技术、云计算和大数据分析。

今天，大多数制造公司理解需要将机械、设备、网络传感器和软件整合起来，这是工业物联网的基本属性。但是，实现此目标就意味着必须安装可加工的有效系统，对于这些系统，工业物联网是极其重要的。因此，机床监控系统应被认为是工业物联网的关键，一旦机床监控系统实施到位，机械工厂将很大程度上建立网络基础设施(包括提供网络安全)、工作人员纪律和势气，以实施数据驱动的制造过程的其他方面。

顶级工厂：IMTS活动

来自我们的顶级工厂评分计划的结果支持以下观点，即先进的工厂更可能考虑和实施以上描述的先进制造理念和技术。实际上，本文和其他报道中的三种理念的每个都可以在西厅入口处W-10顶级工厂展台上找到，该展台是由Gardner Business Media及IMTS赞助商提供的协作型显示屏。

除观看重新定义现代机械工厂如何运作的新的制造理念和领先技术外，参观人员还能了解到将能帮助其公司更高效运作和获得更高利润的商业开发和管理战略，他们还能看到如何依据各种不同的关键基准调查指标将其工厂与其他领先制造商比较，这些指标定义了高层梯队“顶级工厂”。而且，他们还能参观顶级工厂展厅，了解更多关于过去和当前基准评分荣誉计划获得者的信息，并了解是什么让其与众不同。更重要的是，他们到展台处可以知道，他们离开后可以获得知识和各种人脉关系，帮助他们的公司继续增长、成功和创新。