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新型供需關(guān)系系列八|中科數(shù)控
【新型供需關(guān)系系列八】
中科數(shù)控
2021年是“十四五”開(kāi)局之年，立足新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格局，探索行業(yè)企業(yè)與用戶之間建立新型供需合作伙伴關(guān)系，其緊迫性愈發(fā)凸顯。機(jī)床工具是與需求牽引相關(guān)性極強(qiáng)的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，2021年1月5日，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)毛予鋒在新春媒體座談會(huì)上對(duì)新型供需關(guān)系提出了四點(diǎn)認(rèn)識(shí)：一是市場(chǎng)需求從完全依賴(lài)投資向投資兼顧消費(fèi)方向轉(zhuǎn)變；二是行業(yè)的供給方式從批量化向定制化轉(zhuǎn)變；三是產(chǎn)業(yè)鏈的角色從需求實(shí)現(xiàn)向需求創(chuàng)造轉(zhuǎn)變；四是制造系統(tǒng)從離散型的自動(dòng)化向全系統(tǒng)的智能化轉(zhuǎn)變。
對(duì)此，行業(yè)企業(yè)應(yīng)該如何制定未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，關(guān)注新市場(chǎng)、新需求，與用戶建立更加緊密的新型供需關(guān)系，與用戶共同開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新研發(fā)，真正成為用戶的“工藝師”，這些都是行業(yè)企業(yè)需要相互探討和交流的話題，也是更多企業(yè)需要聚焦的課題。為此，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)傳媒部面向行業(yè)企業(yè)約稿，共同交流學(xué)習(xí)，現(xiàn)分享給大家。
——編者
建設(shè)面向智能制造的開(kāi)放式數(shù)控創(chuàng)新平臺(tái)
構(gòu)建企業(yè)間命運(yùn)共同體
沈陽(yáng)中科數(shù)控技術(shù)股份有限公司總經(jīng)理 于 東
作為數(shù)控裝備的關(guān)鍵功能部件，數(shù)控系統(tǒng)承載著系統(tǒng)廠、主機(jī)廠、最終用戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)與技術(shù)成果。為滿足用戶的制造工藝，發(fā)揮裝備的功能，數(shù)控系統(tǒng)的研制、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用需要供需間的密切合作。特別是在制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，行業(yè)向自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)變的時(shí)代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的進(jìn)步，已具備為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)提供新價(jià)值的條件。
在確保數(shù)控系統(tǒng)高速、高精、高效控制性能的前提下，將信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber Physical System）和數(shù)字孿生技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)融合，使用戶的加工過(guò)程或主機(jī)廠的裝備設(shè)計(jì)過(guò)程在更高水平上得到優(yōu)化，已成為國(guó)際主流數(shù)控系統(tǒng)廠商關(guān)注的發(fā)展方向。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)口的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC184/SC1已更名為Industrial Cyber and Physical Device Control，也從某種意義說(shuō)明了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)涵的延伸。對(duì)此，沈陽(yáng)中科數(shù)控技術(shù)股份有限公司積極探索新型供需關(guān)系，建設(shè)面向智能制造的開(kāi)放式數(shù)控技術(shù)平臺(tái)，以支持企業(yè)間的密切合作。
1. 建設(shè)面向智能制造開(kāi)放式數(shù)控技術(shù)平臺(tái)，支撐新型供需合作關(guān)系
開(kāi)放式數(shù)控技術(shù)源于信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)希望通過(guò)定義系統(tǒng)的內(nèi)部接口與外部接口規(guī)范，解決系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可移植性、可伸縮性、互操作性等問(wèn)題，以達(dá)到系統(tǒng)廠、主機(jī)廠、最終用戶間技術(shù)的融合。
作為中科院沈陽(yáng)計(jì)算所高檔數(shù)控國(guó)家工程研究中心的產(chǎn)業(yè)化實(shí)體，中科數(shù)控通過(guò)實(shí)施并完成國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)課題“開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)支撐技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)”，建立了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、控制與工藝平臺(tái)，開(kāi)展支持多種CPU（X86/“龍芯”/ARM）硬件平臺(tái)、基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)總線與網(wǎng)絡(luò)化、高速高精運(yùn)動(dòng)控制以及二次開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，形成了以開(kāi)放為特色的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)及覆蓋高檔型、標(biāo)準(zhǔn)型及專(zhuān)用型的“藍(lán)天數(shù)控”系列化產(chǎn)品，支持了與主機(jī)廠與用戶廠的配套與應(yīng)用。
近年來(lái)，圍繞數(shù)控技術(shù)數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，公司開(kāi)展了遼寧省數(shù)字化車(chē)間互聯(lián)互通技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，通過(guò)解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生及網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造等關(guān)鍵技術(shù)，使數(shù)控系統(tǒng)成為制造車(chē)間的數(shù)字化平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的數(shù)字化感知、建模、控制與服務(wù)。
為滿足用戶對(duì)加工過(guò)程或裝備設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化等新需求，公司通過(guò)承擔(dān)專(zhuān)項(xiàng)課題“國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用驗(yàn)證”，開(kāi)展遼寧省智能化數(shù)控技術(shù)工程研究中心建設(shè)，通過(guò)解決加工過(guò)程監(jiān)控、工藝與設(shè)備參數(shù)優(yōu)化、智能故障預(yù)警與診斷、工件在位測(cè)量等，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與智能制造關(guān)鍵要素的融合，以支撐公司與用戶建立更加緊密的新型供需關(guān)系。
2. 基于開(kāi)放式數(shù)控技術(shù)平臺(tái)，與用戶聯(lián)合研發(fā)定制化產(chǎn)品
針對(duì)行業(yè)企業(yè)“專(zhuān)、精、特”的發(fā)展趨勢(shì)，公司通過(guò)解決基于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了采用組件技術(shù)的工藝軟件包及二次開(kāi)發(fā)工具，在界面、工藝、運(yùn)動(dòng)控制等層面實(shí)現(xiàn)與主機(jī)廠及用戶專(zhuān)有技術(shù)的融合，以支持與用戶聯(lián)合研發(fā)定制化產(chǎn)品。
（1）面向電加工機(jī)床的專(zhuān)用型數(shù)控系統(tǒng)
針對(duì)數(shù)控刀片模具加工難點(diǎn)，如硬質(zhì)合金材料加工效率低、采用非平動(dòng)加工和多電極加工、表面質(zhì)量與面型精度要求高等問(wèn)題，與主機(jī)廠密切合作，通過(guò)解決穩(wěn)定高效的放電間隙控制、電源參數(shù)在線調(diào)整、定時(shí)和自適應(yīng)抬刀控制、平面的自由及伺服平動(dòng)、加工程序的手動(dòng)與自動(dòng)軌跡回退、工藝專(zhuān)家系統(tǒng)與自動(dòng)編程、自動(dòng)找正與電極防碰撞等功能，研制出面向電加工機(jī)床的專(zhuān)用型數(shù)控系統(tǒng)。產(chǎn)品在數(shù)控刀片模具和地礦合金模具領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高速、高精與高質(zhì)量加工，加工性能達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)機(jī)床較好水平。
圖1 面向電加工機(jī)床的專(zhuān)用型數(shù)控系統(tǒng)
（2）面向超快激光加工機(jī)床的專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)
超快激光加工機(jī)床控制對(duì)象涉及多通道多軸聯(lián)動(dòng)、激光器功率監(jiān)測(cè)與控制、復(fù)合光束掃描控制、光束指向監(jiān)測(cè)與調(diào)整控制、光學(xué)掃描頭切換伺服控制、終端監(jiān)測(cè)控制、恒重疊率螺旋掃描控制、非圓形面掃描加工控制以及三維檢測(cè)輔助定位控制等，是集光、機(jī)、電、檢測(cè)于一體的專(zhuān)用數(shù)控設(shè)備，要求在系統(tǒng)的界面、工藝、運(yùn)動(dòng)控制等方面融入設(shè)備廠商、用戶的功能與性能要求，需要系統(tǒng)廠、主機(jī)廠、用戶間的緊密合作。
基于開(kāi)放式數(shù)控技術(shù)平臺(tái)，公司通過(guò)與激光設(shè)備廠商、航空制造領(lǐng)域的用戶密切合作，開(kāi)發(fā)出雙通道11軸超快激光加工用專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)解決了多通道控制、RTCP、高速程序預(yù)處理、焦距測(cè)量、三維測(cè)量、光路切換、四光楔掃描以及功率檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)，用于葉片工件姿態(tài)轉(zhuǎn)換；一個(gè)通道實(shí)現(xiàn) 6 軸聯(lián)動(dòng)，用于激光設(shè)備光束指向調(diào)整和打孔檢測(cè)。設(shè)備適用于金屬、非金屬等材料表面的微結(jié)構(gòu)處理，如微腔、型腔、盲孔、通孔、異型孔異型槽及復(fù)雜形貌微結(jié)構(gòu)的加工等，并在航空制造領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片打孔加工的技術(shù)瓶頸。
圖2 雙通道11軸超快激光加工用專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)
3. 開(kāi)展數(shù)字化車(chē)間應(yīng)用示范，從產(chǎn)品導(dǎo)向向提供解決方案轉(zhuǎn)變
數(shù)字化車(chē)間是實(shí)施智能制造的載體，也是支撐行業(yè)創(chuàng)造新產(chǎn)品、新需求、新業(yè)態(tài)的重要平臺(tái)。發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化特征，使之成為支撐數(shù)字化車(chē)間或智能工廠整體優(yōu)化的重要設(shè)備，是數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)的重要發(fā)展方向。
基于“藍(lán)天數(shù)控”的開(kāi)放特性，公司通過(guò)解決異構(gòu)多源設(shè)備互聯(lián)互通、工業(yè)大數(shù)據(jù)的智能化處理、基于數(shù)字孿生的可視化管控平臺(tái)，形成基于“藍(lán)天數(shù)控”的數(shù)字化車(chē)間解決方案。
（1）異構(gòu)多源設(shè)備互聯(lián)互通平臺(tái)
實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化車(chē)間中多種異構(gòu)多源設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，具體包括數(shù)控機(jī)床、柔性線、PLC控制單元、倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)（立體庫(kù)、AGV等）、測(cè)量與檢測(cè)系統(tǒng)、真空排屑系統(tǒng)、中央清洗系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備的互聯(lián)互通。
（2）工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)
基于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)清洗、挖掘、分析等智能化處理，研制了數(shù)字化車(chē)間工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)間設(shè)備使用效率與故障、任務(wù)、工時(shí)、能耗、人員信息等數(shù)據(jù)的處理，并提供基于專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的決策功能。
（3）可視化管控平臺(tái)
通過(guò)解決虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)互動(dòng)3D引擎等關(guān)鍵技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)了基于數(shù)字孿生的3D可視化數(shù)字化車(chē)間管控平臺(tái)。平臺(tái)以3D動(dòng)態(tài)數(shù)字標(biāo)簽形式，直觀呈現(xiàn)車(chē)間各個(gè)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)信息，使設(shè)備的實(shí)時(shí)信息與生產(chǎn)對(duì)象、排產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)任務(wù)形成關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)“物理空間”和“虛擬空間”實(shí)時(shí)互動(dòng)，提升車(chē)間生產(chǎn)管控效率。
圖3 基于“藍(lán)天數(shù)控”的數(shù)字化車(chē)間解決方案
“藍(lán)天數(shù)控”的數(shù)字化車(chē)間解決方案在航空航天等制造領(lǐng)域的應(yīng)用示范，探索了一條從以產(chǎn)品導(dǎo)向向以提供解決方案轉(zhuǎn)變的技術(shù)途徑。
在建設(shè)面向智能制造的開(kāi)放式數(shù)控創(chuàng)新平臺(tái)的同時(shí)，公司積極參與標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。作為標(biāo)準(zhǔn)工作組組長(zhǎng)單位，與行業(yè)企業(yè)密切合作，主持制定了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)系列化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，希望以標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)一步規(guī)范企業(yè)間的合作。其中，GB/T 18759.3-2009《機(jī)械電氣設(shè)備 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) 第3部分：總線接口與通信協(xié)議》等6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)獲2020年度中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)一等獎(jiǎng)。
針對(duì)行業(yè)進(jìn)入新發(fā)展階段所面臨的新問(wèn)題，未來(lái)公司將以利益為紐帶，以技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)為支撐，構(gòu)建企業(yè)間命運(yùn)共同體，探索行業(yè)企業(yè)間新型供需合作關(guān)系。
（供稿：中科數(shù)控 責(zé)編：梅峰）
