华中数控

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【今日智造】武汉华中数控股份有限公司董事长陈吉红专访:冲破国外技术枷锁,引领中国制造转型升级

发布日期:2017-08-10  字体显示:【大】   【中】   【小】

      2017年7月20日,第一届中国(武汉)智能制造大会在武汉隆重举行。展会期间,今日智造作为受邀媒体,有幸对武汉华中数控股份有限公司陈吉红董事长进行了专访,在接受记者采访时,陈董事长侃侃而谈,为我们详细介绍了华中数控的技术突破,智能制造方面的成绩以及未来愿景。 

  
攻克关键核心技术,缩小与国外的差距
 

据了解华中数控去年获得了中国机械工业科学技术奖一等奖,而对于华中数控在科研方面取得了哪些突破,陈董介绍,华中数控在我国数控系统后发追赶,面临更严苛要求的应战压力下,在04专项支持下,奋力拼博,历经几代技术攻关,开发出了华中8型为代表的自主可控的数控系统,全面达到国际先进水平。构建了系统平台化、网络化,有创新的智能数控系统,为中国智能制造提供了智能平台。通过承担04专项,企业的整体研发能力和核心竞争力得到极大提升。

围绕华中8型高性能数控系统的研制,研发团队攻克了运动控制技术、平台化技术、网络化技术等三方面关键核心技术,全面缩小与国外的差距。

运动控制技术突破

攻克了多轴联动、高速、高精等运动控制核心技术,实现了对国外数控系统高档控制功能的全面覆盖。

基于机床统一运动学模型,完成了双转台、双摆头、摆头转台型等多种结构五轴数控机床的RTCP变换,实现了高性能五轴联动RTCP功能。研发了五轴大圆插补、极坐标插补、圆柱面插补功能,提高了刀轴插补精度。定向加工功能实现了工件自动定位误差补偿。通过集成五轴测量模块,实现了五轴机床结构参数自动在线测量。提出了旋转轴与直线轴的动态匹配算法,解决了五轴机床旋转轴动态特性调试的问题。

针对车铣复合机床的应用,研发主轴同步控制与伺服轴位置同步控制技术。实现了主、从轴之间同步运行和伺服主轴分度,满足了飞速交换工件、多边形加工以及车铣转换的需求。研发了双轴同步控制技术,解决了多电机同步拖动控制单逻辑轴的难题。研发了多通道控制技术,实现了多轴多通道的并行控制、同步控制、交换控制和重叠控制。解决了柔性生产线、复合加工机床里多轴协同的难题。

研发了纳米插补技术实现了复杂曲面类零件的高速与高光镜面加工。实现了捷度连续变化的柔性加减速,配合Hermite、Bezier、NURBS等多种样条曲线平滑算法,提高了复杂曲面表面加工质量和加工效率。在手机外壳加工的对比测试中,华中8型为14分36秒,而国外同类系统为15分33秒,零件加工质量相当的情况下华中8型系统效率更高。

为解决高速、高精和高刚度的伺服驱动控制难题。提出了常规矢量控制与复矢量前馈补偿结合的算法,实现了高性能电流动态解耦控制;将高速同步采样硬件电流矢量控制与抗饱和卷绕技术结合,实现高增益电流控制并提高了系统带宽;采用高分辨率绝对式编码器及速度外推式平滑滤波估计解决电机的超低速检测量化噪音问题,提高了伺服控制精度。

开发并集成了空间几何误差补偿模块,实现了机床定位误差、直线度误差、垂直度误差等21项空间误差快速补偿集成了热误差补偿模块,实现了机床热变形引起的热误差补偿。

平台化技术突破

构建了高性能数控系统软硬件平台和新型开放式二次开发平台,实现了数控系统内/外部设备全数字化通讯和互联,为用户提供了多层次的深度开发手段。

提出了硬件可置换、软件跨平台的高性能数控装置软硬件体系结构。率先实现了数控主板、IPC单元、现场总线设备等数控硬件可互换;设计嵌入式一体化结构的数控装置主板,保障了高集成度和高防护等级;提出了软件跨平台的高性能软件体系结构,可兼容如Windows、Linux、Android等不同操作系统平台。

实现了高同步性的NCUC现场总线技术。提出了新型全自动式漂移补偿和偏移补偿算法,实现了基于帧传输片内延时实时精确补偿,获取了高同步精度。提出了时钟同步初始化的新算法,提高同步初始化效率。自主知识产权的NCUC总线经第三方与国外EtherCAT总线对比测试,NCUC2.0的时钟同步达到12ns,比EtherCAT的同步精度高3倍,同步初始化仅需85帧,比EtherCAT的同步初始化效率高90倍。

建立了新型的开放式数控系统二次开发平台,为第三方应用提供了多层次的深度开发手段。研发了多层次开放的API应用程序二次开发接口,形成了包含应用、功能、控制、设备和数据采集等多层次的应用程序开发接口工具包。基于脚本技术实现了数控系统HMI(人机界面)的二次开发,提供脚本集成、动态库集成、本地应用程序、云端应用程序集成等四种应用程序界面集成工具。利用网络通信、远程接口技术及逻辑处理对数控系统内部大数据进行封装,形成数控系统开放式大数据采集和传输接口。接口可实现运动轴状态(电流、位置、速度、温度等)、主轴状态(功率、扭矩、速度、温度等)、机床运行状态数据(温度、振动、PLC、I/O、报警和故障信息等)、机床操作状态数据(开机、关机、断电、急停等)、加工程序数据(程序名称、工件名称、刀具、加工时间、程序执行时间,程序行号等)等大数据采集。

基于IEC61131-3标准研发了PLC编程平台。通过模型驱动、状态机编程等方法,实现了PLC程序的标准化开发。提出了基于易包装规范、基于总线标准应用层的统一架构等方法,实现了与数控系统NCK的无缝集成。同时开发了遵循PLCopen规范的运动控制、安全等工控软件库。实现了从处理器及外围器件、现场总线、编译工具链、开发平台、工控软件库等环节的自主可控。


网络化技术突破

拓展了基于数控系统云服务平台和云计算结构数控系统的网络化技术,实现了机器互联和数据共享,为数字化车间建设提供了技术保障

通过Saas云架构实现了数控系统云服务平台,可方便的接入远程的数控系统和数控机床。平台采用HTML5、WebSocket等网络技术实现WEB应用的数据可视化和跨平台操作,用户可通过电脑、手机、平板等设备实现与云服务平台的远程交互。同时与平台集成的产线控制器实现了从数控系统、数控机床、车间生产线、车间信息化管理软件(DNC、MES、ERP、PLM、CAPP、CAD/CAM等)之间的数据互联与共享,构成了智能制造和智能生产的服务支撑平台。

基于云计算、大数据和工业互联网技术,发明了一种基于云计算结构的智能化高档数控系统体系架构。将在本地数控系统上实现的复杂计算的非实时性功能移入到数控系统云端,实现了数控系统功能的本地和云端分散部署。本地数控装置接收云端上位机提供的应用服务,如PDM、ERP、MES、CAPP、CAD/CAM等,实现云端应用软件操作体验的本地化。同时系统在云端集成了数据处理算法引擎,用户调用算法引擎实现数控系统应用软件开发。

在研制过程中,数控系统关键技术获得了许多科技成果。申请发明专利69项(授权29项),申请实用新型专利7项;形成的国家标准8项、国家标准报批稿3项,形成行业标准2项;获得软件著作权64项;发表论文88篇。

 视频:华中数控股份有限公司陈吉红董事长专访实录一

采访问题:华中数控去年获得了中国机械工业科学技术奖一等奖,可否介绍一下在科研方面,华中数控取得了哪些突破?)


  
装备与系统是智能制造发展的基础
 

“十二五”期间产业升级、经济转型,要求越来越多的设备实现智能互联,为客户创造更多的价值,而陈董也就华中数控是如何通过高精技术来提升产品的附加值向记者做了阐述。

装备与系统是智能制造发展的基础。对于我们这样一个制造大国,没有强大的自主品牌装备和系统的支撑,实施智能制造就是空中楼阁,也毫无安全可言。因此,国家越来越重视智能制造“自主创新”、自主可控“,把大力发展自主品牌智能制造装备产业作为《中国制造2025》的重中之重,予以高度重视,加快核心关键技术及装备的研发突破,积极推进试点示范,争取早日实现自主品牌智能制造装备和解决方案的大规模工程应用。

华中数控在华中8型高性能数控系统的基础上,基于云计算、大数据、CPS等单元技术,利用控制信息、传感信息、网络信息,实现了从数控设备的运行、加工、操作和编程等环节的智能化,开发了智能管理、智能调试、智能补偿、智能加工、健康保障、网络销售平台、租赁服务、云端工厂等超越国外的原创性的智能化软件。并在武汉建立了“数控加工大数据中心”,通过无线网络监控用户企业车间生产线的相关数据,实现华中8型数控系统的远程监控、加工优化、健康保障等智能化功能。华中数控由此迈出了向制造型服务业转型升级的步伐。

面对电子信息产品制造行业对数控系统高速、高精的技术要求,华中数控创造性地提出了“指令域示波器”的加工过程大数据分析方法,实现了控制算法优化和加工工艺参数优化等智能化技术,在华中8型基础上开发了高速钻攻中心数控系统HNC-818AM。同时,华中数控最新研发的LDD系列高动态响应伺服电机,加减速性能大大提高,最高转速达到4500r/min。

由于智能化技术和高动态特性伺服电机的应用,在同等加工质量的前提下,与国外品牌数控系统相比,配置华中数控系统的钻攻中心加工效率高出了20%。高速高精技术上的突破,使公司成功在3C制造领域占有一席之地。

综合应用高档数控技术、工业机器人、工业软件等智能制造相关技术,华中数控承担了中国制造2025典范--面向3C加工的智能工厂,专家评价“该项目达到国际先进水平”。该项目利用自主知识产权的国产数控系统配套国产高速钻攻中心机床装备,与国产工业机器人配套,同时采用先进的智能化制造执行系统等技术手段,应用于智能手机等3C产品的生产制造,实现“国产装备装备中国3C制造业”的格局,为“中国制造2025”战略在我国3C制造业的推进形成典型示范,具有重大意义。

  视频:华中数控股份有限公司陈吉红董事长专访实录二

采访问题:“十二五”期间产业升级、经济转型,要求越来越多的设备实现智能互联,为客户创造更多的价值,那么华中数控是如何通过高精技术来提升产品的附加值的?)


  
以“一核三体”为发展战略
 

华中数控作为我国数控系统行业的领军者以及国家首批“创新型企业”,对于未来的创新之路,当然也有一定的规划,陈董向记者透露,“十三五”期间,华中数控将抓住制造业发展的战略机遇期,按照“一核三体”的发展战略,实现公司做大做强的发展目标。“一核三体”以数控系统技术为核心,以机床数控系统和工业机器人、电动汽车为三个业务主体。公司作为我国数控技术和智能制造的“国家队”,将立足关键核心技术突破,在完善“数控一代”的同时,发展“智能一代”,引领中国制造业的转型升级。

 视频:华中数控股份有限公司陈吉红董事长专访实录三

采访问题:作为我国数控系统行业的领军者以及国家首批“创新型企业”,华中数控在未来的创新之路上有怎样的愿景呢?)