浅谈“智能化”在数控系统中的深层发展


作者:华中科技大学机械科学与工程学院王晓宇先生 日期:2019/02/25 来源:MM《现代制造》

华中科技大学机械科学与工程学院王晓宇先生
华中科技大学机械科学与工程学院王晓宇先生

数控机床是制造机器的设备,被誉为“工业母机”,其也代表了国家制造业的核心竞争力,而数控系统作为数控机床的“大脑”,涉及到机、电、磁及控等多领域技术交叉及融合,因此其在高速、高精、多轴联动、工艺复合及可靠性等方面的技术难度非常大,属于非常典型的关键核心技术,因为其关系到了一个国家的国防、产业和信息安全。

中国数控系统发展正在面临挑战

在我看来,智能化数控系统是将云计算、大数据、传感器、物联网及移动互联网等最新信息技术与数控技术进行深度融合,基于新一代人工智能技术,可实现智能数控机床对加工过程和制造环境的自感知、自学习、自决策及自反馈等目标。据我所知,目前国内外相关单位对智能化数控系统的研究均处于探索阶段。

数控系统的智能化发展目前正面临着技术复杂度高、用户需求多样且成套性要求高等困难,我认为其最大的挑战在于其核心控制技术与多领域技术的融合,特别是现代工业对零部件加工品质的追求越来越高,推动数控装备不断提升加工速度和精度,如何利用现代通信、计算机、自动控制等技术,将大数据、云计算、人工智能与数控系统深度融合,实现更高速度、更高精度的运动控制尚存在一系列挑战。

发展就要掌握核心科技

只有将核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全,而中国数控系统产业发展历程也证明了一点,即高档数控系统的关键核心技术是不能依靠引进的,必须立足于自主创新,必须研发出属于中国自己的核心科技。

“十二五”以来,国产数控系统技术取得了较大进步,与国外相关技术的差距正在逐步缩小,其中华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精及航天数控等5家数控系统企业,自主研发了高档数控系统关键技术,他们努力攻克数控系统软硬件平台、高速高精、多轴联动、总线技术及纳米插补等一批高档数控系统关键技术,研发出了全数字总线式高档数控系统产品样机,实现了从模拟接口、脉冲接口到全数字总线控制、高速高精的技术跨越。

据我了解,自2011年开始,华中数控把云计算、大数据及物理信息融合系统等新技术用于“华中8型”数控系统,创造性地提出了“指令域示波器”的加工过程大数据分析中心,实现从数控设备的运行、加工、操作和维护等环节的智能化,并在武汉建立了“数控加工大数据中心”,通过无线网络来监控用户企业车间生产线的相关数据,以此实现了“华中8型”数控系统的远程监控、加工优化及健康保障等超越国外的原创性智能化功能模块,而华中数控自己也由此迈出了向制造型服务业转型升级的步伐。

大连光洋则扎实地从基础零部件做起,围绕智能制造,已经建立了完整的技术链和产业链,拥有了全自主知识产权的控制系统、传感器、各类关键执行部件、各类高档五轴数控机床及工业机器人,具备了为用户设计制造各类智能化制造装备的能力。围绕智能制造装备产业及高档数控机床产业及关键功能部件研发成就显著。同样重要的时间还有,2013年7月31日大连科德制造的高精度五轴立式机床出口德国,树立了中国机床制造领域重要的里程碑。

发展目标应当明确

相关数控系统企业应该瞄准国际领先的智能化数控系统,集中优势研发力量,以产业化为目标,科学组织实施数控系统智能化攻关工程。同时,为提高国产数控系统产业化,数控系统相关企业应积极与数控机床厂商紧密合作,建立战略伙伴关系,积极推进数控系统在航空航天、能源装备、汽车制造、船舶制造及3C加工等领域的应用。

新一轮工业革命的核心技术是智能制造,即制造业数字化、网络化和智能化。“中国制造2025”、“美国工业互联网”或是“德国工业4.0”,都把智能制造作为主攻方向,而智能化数控系统是智能制造的核心。

我认为,数控系统智能化发展的突破方向将围绕工业互联网、云计算、大数据、物理信息系统(CPS)等技术与数控系统的深度融合方面,构建全方位(多维度)开放式数控系统开发平台,建设现场总线、工业互联网、云计算及大数据融合的新型网络化数控系统云服务平台,开发基于电控数据分析的数控机床CPS模型的智能化功能,研制平台化、网络化和智能化等技术水平超越国外先进水平、具有创新发展的高性能数控系统,是提升高端制造装备自主研发水平和实现产业转型升级的基础。

在“十三五”期间,中国将全面推进智能制造,实现制造业转型升级,数控系统各种智能装备的“大脑”,将具有广阔的发展前景,其也将成为智能制造的核心元素,而数控系统的智能化水平也将实现智能制造装备、柔性制造单元、智能生产线、智能车间及智能工厂的基础支撑和可靠保障。

关于相关数控系统企业未来的发展,在我看来,应当围绕国家智能制造战略目标,大力推进信息化和制造业的深度融合,做大并做强企业智能制造,攻克一批关键共性技术,加强对共性智能技术、算法、软件架构、软件平台、软件系统、嵌入式系统及大型复杂装备系统仿真软件的研发,为实现制造装备和制造过程的智能化提供共性技术支撑,为“中国制造2025”战略实施提供基础支撑。