汽車制造
? ? ? 2017年7月20日，第一屆中國（武漢）智能制造大會(huì)在武漢隆重舉行。展會(huì)期間，今日智造作為受邀媒體，有幸對武漢華中數(shù)控股份有限公司陳吉紅董事長進(jìn)行了專訪，在接受記者采訪時(shí)，陳董事長侃侃而談，為我們詳細(xì)介紹了華中數(shù)控的技術(shù)突破，智能制造方面的成績以及未來愿景。?
據(jù)了解華中數(shù)控去年獲得了中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，而對于華中數(shù)控在科研方面取得了哪些突破，陳董介紹，華中數(shù)控在我國數(shù)控系統(tǒng)后發(fā)追趕，面臨更嚴(yán)苛要求的應(yīng)戰(zhàn)壓力下，在04專項(xiàng)支持下，奮力拼博，歷經(jīng)幾代技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了華中8型為代表的自主可控的數(shù)控系統(tǒng)，全面達(dá)到國際先進(jìn)水平。構(gòu)建了系統(tǒng)平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化，有創(chuàng)新的智能數(shù)控系統(tǒng)，為中國智能制造提供了智能平臺(tái)。通過承擔(dān)04專項(xiàng)，企業(yè)的整體研發(fā)能力和核心競爭力得到極大提升。
圍繞華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)的研制，研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、平臺(tái)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)等三方面關(guān)鍵核心技術(shù)，全面縮小與國外的差距。
攻克了多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高精等運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對國外數(shù)控系統(tǒng)高檔控制功能的全面覆蓋。
基于機(jī)床統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，完成了雙轉(zhuǎn)臺(tái)、雙擺頭、擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)型等多種結(jié)構(gòu)五軸數(shù)控機(jī)床的RTCP變換，實(shí)現(xiàn)了高性能五軸聯(lián)動(dòng)RTCP功能。研發(fā)了五軸大圓插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、圓柱面插補(bǔ)功能，提高了刀軸插補(bǔ)精度。定向加工功能實(shí)現(xiàn)了工件自動(dòng)定位誤差補(bǔ)償。通過集成五軸測量模塊，實(shí)現(xiàn)了五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)在線測量。提出了旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的動(dòng)態(tài)匹配算法，解決了五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)特性調(diào)試的問題。
針對車銑復(fù)合機(jī)床的應(yīng)用，研發(fā)主軸同步控制與伺服軸位置同步控制技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了主、從軸之間同步運(yùn)行和伺服主軸分度，滿足了飛速交換工件、多邊形加工以及車銑轉(zhuǎn)換的需求。研發(fā)了雙軸同步控制技術(shù)，解決了多電機(jī)同步拖動(dòng)控制單邏輯軸的難題。研發(fā)了多通道控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多軸多通道的并行控制、同步控制、交換控制和重疊控制。解決了柔性生產(chǎn)線、復(fù)合加工機(jī)床里多軸協(xié)同的難題。
研發(fā)了納米插補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜曲面類零件的高速與高光鏡面加工。實(shí)現(xiàn)了捷度連續(xù)變化的柔性加減速，配合Hermite、Bezier、NURBS等多種樣條曲線平滑算法，提高了復(fù)雜曲面表面加工質(zhì)量和加工效率。在手機(jī)外殼加工的對比測試中，華中8型為14分36秒，而國外同類系統(tǒng)為15分33秒，零件加工質(zhì)量相當(dāng)?shù)那闆r下華中8型系統(tǒng)效率更高。
為解決高速、高精和高剛度的伺服驅(qū)動(dòng)控制難題。提出了常規(guī)矢量控制與復(fù)矢量前饋補(bǔ)償結(jié)合的算法，實(shí)現(xiàn)了高性能電流動(dòng)態(tài)解耦控制；將高速同步采樣硬件電流矢量控制與抗飽和卷繞技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高增益電流控制并提高了系統(tǒng)帶寬；采用高分辨率絕對式編碼器及速度外推式平滑濾波估計(jì)解決電機(jī)的超低速檢測量化噪音問題，提高了伺服控制精度。
開發(fā)并集成了空間幾何誤差補(bǔ)償模塊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床定位誤差、直線度誤差、垂直度誤差等21項(xiàng)空間誤差快速補(bǔ)償；集成了熱誤差補(bǔ)償模塊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床熱變形引起的熱誤差補(bǔ)償。
構(gòu)建了高性能數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)和新型開放式二次開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)/外部設(shè)備全數(shù)字化通訊和互聯(lián)，為用戶提供了多層次的深度開發(fā)手段。
提出了硬件可置換、軟件跨平臺(tái)的高性能數(shù)控裝置軟硬件體系結(jié)構(gòu)。率先實(shí)現(xiàn)了數(shù)控主板、IPC單元、現(xiàn)場總線設(shè)備等數(shù)控硬件可互換；設(shè)計(jì)嵌入式一體化結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置主板，保障了高集成度和高防護(hù)等級(jí)；提出了軟件跨平臺(tái)的高性能軟件體系結(jié)構(gòu)，可兼容如Windows、Linux、Android等不同操作系統(tǒng)平臺(tái)。
實(shí)現(xiàn)了高同步性的NCUC現(xiàn)場總線技術(shù)。提出了新型全自動(dòng)式漂移補(bǔ)償和偏移補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)了基于幀傳輸片內(nèi)延時(shí)實(shí)時(shí)精確補(bǔ)償，獲取了高同步精度。提出了時(shí)鐘同步初始化的新算法，提高同步初始化效率。自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NCUC總線經(jīng)第三方與國外EtherCAT總線對比測試，NCUC2.0的時(shí)鐘同步達(dá)到12ns，比EtherCAT的同步精度高3倍，同步初始化僅需85幀，比EtherCAT的同步初始化效率高90倍。
建立了新型的開放式數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)，為第三方應(yīng)用提供了多層次的深度開發(fā)手段。研發(fā)了多層次開放的API應(yīng)用程序二次開發(fā)接口，形成了包含應(yīng)用、功能、控制、設(shè)備和數(shù)據(jù)采集等多層次的應(yīng)用程序開發(fā)接口工具包?；谀_本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)HMI(人機(jī)界面)的二次開發(fā)，提供腳本集成、動(dòng)態(tài)庫集成、本地應(yīng)用程序、云端應(yīng)用程序集成等四種應(yīng)用程序界面集成工具。利用網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程接口技術(shù)及邏輯處理對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部大數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，形成數(shù)控系統(tǒng)開放式大數(shù)據(jù)采集和傳輸接口。接口可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸狀態(tài)（電流、位置、速度、溫度等）、主軸狀態(tài)（功率、扭矩、速度、溫度等）、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)（溫度、振動(dòng)、PLC、I/O、報(bào)警和故障信息等）、機(jī)床操作狀態(tài)數(shù)據(jù)（開機(jī)、關(guān)機(jī)、斷電、急停等）、加工程序數(shù)據(jù)（程序名稱、工件名稱、刀具、加工時(shí)間、程序執(zhí)行時(shí)間，程序行號(hào)等）等大數(shù)據(jù)采集。
基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)了PLC編程平臺(tái)。通過模型驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)機(jī)編程等方法，實(shí)現(xiàn)了PLC程序的標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)。提出了基于易包裝規(guī)范、基于總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層的統(tǒng)一架構(gòu)等方法，實(shí)現(xiàn)了與數(shù)控系統(tǒng)NCK的無縫集成。同時(shí)開發(fā)了遵循PLCopen規(guī)范的運(yùn)動(dòng)控制、安全等工控軟件庫。實(shí)現(xiàn)了從處理器及外圍器件、現(xiàn)場總線、編譯工具鏈、開發(fā)平臺(tái)、工控軟件庫等環(huán)節(jié)的自主可控。
拓展了基于數(shù)控系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)和云計(jì)算結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享，為數(shù)字化車間建設(shè)提供了技術(shù)保障
通過Saas云架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)，可方便的接入遠(yuǎn)程的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床。平臺(tái)采用HTML5、WebSocket等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)WEB應(yīng)用的數(shù)據(jù)可視化和跨平臺(tái)操作，用戶可通過電腦、手機(jī)、平板等設(shè)備實(shí)現(xiàn)與云服務(wù)平臺(tái)的遠(yuǎn)程交互。同時(shí)與平臺(tái)集成的產(chǎn)線控制器實(shí)現(xiàn)了從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、車間生產(chǎn)線、車間信息化管理軟件（DNC、MES、ERP、PLM、CAPP、CAD/CAM等）之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)與共享，構(gòu)成了智能制造和智能生產(chǎn)的服務(wù)支撐平臺(tái)。
基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)明了一種基于云計(jì)算結(jié)構(gòu)的智能化高檔數(shù)控系統(tǒng)體系架構(gòu)。將在本地?cái)?shù)控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜計(jì)算的非實(shí)時(shí)性功能移入到數(shù)控系統(tǒng)云端，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)功能的本地和云端分散部署。本地?cái)?shù)控裝置接收云端上位機(jī)提供的應(yīng)用服務(wù)，如PDM、ERP、MES、CAPP、CAD/CAM等，實(shí)現(xiàn)云端應(yīng)用軟件操作體驗(yàn)的本地化。同時(shí)系統(tǒng)在云端集成了數(shù)據(jù)處理算法引擎，用戶調(diào)用算法引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)。
在研制過程中，數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)獲得了許多科技成果。申請發(fā)明專利69項(xiàng)（授權(quán)29項(xiàng)），申請實(shí)用新型專利7項(xiàng)；形成的國家標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)、國家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿3項(xiàng)，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)；獲得軟件著作權(quán)64項(xiàng)；發(fā)表論文88篇。
?視頻：華中數(shù)控股份有限公司陳吉紅董事長專訪實(shí)錄一
（△采訪問題：華中數(shù)控去年獲得了中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，可否介紹一下在科研方面，華中數(shù)控取得了哪些突破？）
“十二五”期間產(chǎn)業(yè)升級(jí)、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，要求越來越多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)，為客戶創(chuàng)造更多的價(jià)值，而陳董也就華中數(shù)控是如何通過高精技術(shù)來提升產(chǎn)品的附加值向記者做了闡述。
裝備與系統(tǒng)是智能制造發(fā)展的基礎(chǔ)。對于我們這樣一個(gè)制造大國，沒有強(qiáng)大的自主品牌裝備和系統(tǒng)的支撐，實(shí)施智能制造就是空中樓閣，也毫無安全可言。因此，國家越來越重視智能制造“自主創(chuàng)新”、自主可控“，把大力發(fā)展自主品牌智能制造裝備產(chǎn)業(yè)作為《中國制造2025》的重中之重，予以高度重視，加快核心關(guān)鍵技術(shù)及裝備的研發(fā)突破，積極推進(jìn)試點(diǎn)示范，爭取早日實(shí)現(xiàn)自主品牌智能制造裝備和解決方案的大規(guī)模工程應(yīng)用。
華中數(shù)控在華中8型高性能數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CPS等單元技術(shù)，利用控制信息、傳感信息、網(wǎng)絡(luò)信息，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行、加工、操作和編程等環(huán)節(jié)的智能化，開發(fā)了智能管理、智能調(diào)試、智能補(bǔ)償、智能加工、健康保障、網(wǎng)絡(luò)銷售平臺(tái)、租賃服務(wù)、云端工廠等超越國外的原創(chuàng)性的智能化軟件。并在武漢建立了“數(shù)控加工大數(shù)據(jù)中心”，通過無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用戶企業(yè)車間生產(chǎn)線的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)華中8型數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、加工優(yōu)化、健康保障等智能化功能。華中數(shù)控由此邁出了向制造型服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。
面對電子信息產(chǎn)品制造行業(yè)對數(shù)控系統(tǒng)高速、高精的技術(shù)要求，華中數(shù)控創(chuàng)造性地提出了“指令域示波器”的加工過程大數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)了控制算法優(yōu)化和加工工藝參數(shù)優(yōu)化等智能化技術(shù)，在華中8型基礎(chǔ)上開發(fā)了高速鉆攻中心數(shù)控系統(tǒng)HNC-818AM。同時(shí)，華中數(shù)控最新研發(fā)的LDD系列高動(dòng)態(tài)響應(yīng)伺服電機(jī)，加減速性能大大提高，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到4500r/min。
由于智能化技術(shù)和高動(dòng)態(tài)特性伺服電機(jī)的應(yīng)用，在同等加工質(zhì)量的前提下，與國外品牌數(shù)控系統(tǒng)相比，配置華中數(shù)控系統(tǒng)的鉆攻中心加工效率高出了20%。高速高精技術(shù)上的突破，使公司成功在3C制造領(lǐng)域占有一席之地。
綜合應(yīng)用高檔數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)軟件等智能制造相關(guān)技術(shù)，華中數(shù)控承擔(dān)了中國制造2025典范--面向3C加工的智能工廠，專家評(píng)價(jià)“該項(xiàng)目達(dá)到國際先進(jìn)水平”。該項(xiàng)目利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)配套國產(chǎn)高速鉆攻中心機(jī)床裝備，與國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人配套，同時(shí)采用先進(jìn)的智能化制造執(zhí)行系統(tǒng)等技術(shù)手段，應(yīng)用于智能手機(jī)等3C產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)“國產(chǎn)裝備裝備中國3C制造業(yè)”的格局，為“中國制造2025”戰(zhàn)略在我國3C制造業(yè)的推進(jìn)形成典型示范，具有重大意義。
??視頻：華中數(shù)控股份有限公司陳吉紅董事長專訪實(shí)錄二
（△采訪問題：“十二五”期間產(chǎn)業(yè)升級(jí)、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，要求越來越多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)，為客戶創(chuàng)造更多的價(jià)值，那么華中數(shù)控是如何通過高精技術(shù)來提升產(chǎn)品的附加值的？）
華中數(shù)控作為我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)的領(lǐng)軍者以及國家首批“創(chuàng)新型企業(yè)”，對于未來的創(chuàng)新之路，當(dāng)然也有一定的規(guī)劃，陳董向記者透露，“十三五”期間，華中數(shù)控將抓住制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期，按照“一核三體”的發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)公司做大做強(qiáng)的發(fā)展目標(biāo)。“一核三體”：以數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)為核心，以機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機(jī)器人、電動(dòng)汽車為三個(gè)業(yè)務(wù)主體。公司作為我國數(shù)控技術(shù)和智能制造的“國家隊(duì)”，將立足關(guān)鍵核心技術(shù)突破，在完善“數(shù)控一代”的同時(shí)，發(fā)展“智能一代”，引領(lǐng)中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
?視頻：華中數(shù)控股份有限公司陳吉紅董事長專訪實(shí)錄三
（△采訪問題：作為我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)的領(lǐng)軍者以及國家首批“創(chuàng)新型企業(yè)”，華中數(shù)控在未來的創(chuàng)新之路上有怎樣的愿景呢？）
