精耕驅(qū)控一體賽道，從“先行者”到“領(lǐng)先者”——訪深圳市華成工業(yè)控制股份有限公司董事長湯勇
2022-4-20 來源：數(shù)控機床市場 作者：呂曉峰 張浩程
深圳市華成工業(yè)控制股份有限公司董事長 湯勇
2021 年，對于深圳市華成工業(yè)控制股份有限公司（以下簡稱 “華成工控”）董事長湯勇來說，有兩件值得驕傲的事情 : 一件是 2 月 9 日，公司在新三板掛牌上市 ; 另一件是 8 月 25 日，公司入選工信部第三批專精特新 “小巨人” 企業(yè)。“這既是對我們公司規(guī)模、研發(fā)能力等多方面的認(rèn)可，也給了我們做大做強、再上新臺階的信心。” 湯勇表示。
華成工控成立于 2005 年，產(chǎn)品線覆蓋了運動控制、驅(qū)控一體化、機器視覺、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)等眾多產(chǎn)品。特別是驅(qū)控一體產(chǎn)品，由最初的單軸、兩軸發(fā)展至如今的三軸、四軸、五軸、六軸、多軸，由單一注塑機機械手驅(qū)控一體控制系統(tǒng)發(fā)展為車床機械手驅(qū)動一體控制系統(tǒng)、沖壓機械手驅(qū)動一體控制系統(tǒng)、機器人驅(qū)動一體控制系統(tǒng)，與眾為興、固高、山龍智控、臺達、納博特等同行廠商相比，市場占有率超過 50%，取得了明顯領(lǐng)先。總結(jié)企業(yè)的成功之道，湯勇認(rèn)為離不開創(chuàng)新求變—— “我們存在的價值是什么，就是要改變原先的東西。”
從驅(qū)控一體1.0到2.0
所謂驅(qū)控一體，是指相對于傳統(tǒng)的運動控制，將伺服驅(qū)動與運動控制集于一身，兩者之間可以在內(nèi)部進行高速數(shù)據(jù)通信，用戶在使用時可以節(jié)省大量電纜、空間，擁有著體積小、成本低、效率高等諸多優(yōu)勢。
驅(qū)控一體的方案最早是日本廠商應(yīng)用，如東芝、三菱、YAMAHA、EPSON 等，最早應(yīng)用于SCARA 機器人產(chǎn)品上。從 2015 年開始，中國廠商才逐漸開始驅(qū)控一體控制系統(tǒng)的研發(fā)，但發(fā)展至今，驅(qū)控一體已從最早的概念化階段逐步進入產(chǎn)業(yè)化落地階段，市場接受度大幅提高。
具體來看，中國驅(qū)控一體控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)過了兩個階段，形變與質(zhì)變的階段。
2015-2018 年為驅(qū)控一體的 “1.0”，在這個階段，各廠商投入更多精力著眼于 “硬件驅(qū)控一體”，將控制器和驅(qū)動器進行物理層面的結(jié)合，減少外部走線，讓控制器更加緊湊，體積變得更小，屬于形變的階段。
2019 年，隨著布局驅(qū)控一體的企業(yè)逐步增多以及相關(guān)技術(shù)的持續(xù)進步和成熟，越來越多的驅(qū)控一體產(chǎn)品落地，驅(qū)控一體正式踏入了 “2.0”。這一時期，各廠商將硬件、軟件、力覺、視覺甚至機器人本體都整合到一起，讓機器人變成即插即用的一體式自動化裝置，以降低部署時間成本，減少部署空間，更加適配柔性自動化產(chǎn)線。然而，從驅(qū)控一體“1.0”踏入“2.0”并不容易，驅(qū)控一體廠商需要做到的不是簡單地把伺服驅(qū)動和運動控制揉到一起，而是要有機地考慮兩者之間的關(guān)系，從而達到 1+1>2 的協(xié)同效果。以華成工控的產(chǎn)品為例，華成工控通過共直流母線及能效管理技術(shù)，其驅(qū)控一體產(chǎn)品在減小產(chǎn)品體積的同時可以有效保障散熱能力，從而可以更好地控制整個系統(tǒng)的溫升。
產(chǎn)品不斷進階之路
湯勇表示，華成工控做驅(qū)控一體的初心是源于一根線。
華成工控最早是做注塑機械手控制系統(tǒng)，早期的注塑機械手一般選用國內(nèi)的控制，日系的伺服。以注塑五軸機械手舉例，客戶需要焊接脈沖線 5 條，共 150 個焊點，在加上編碼器線，不算冷軋端子，整機光焊線的焊點就在 180 個以上。
在統(tǒng)計故障率上，出現(xiàn)問題最多的地方主要是焊線焊錯、虛焊的情況，一根線問題的排查就可能需要半天的時間，而日系的伺服廠家很難到現(xiàn)場解決問題，于是湯勇萌生了研發(fā)驅(qū)控一體系統(tǒng)的想法。
看到了行業(yè)的痛點與市場的需求，湯勇成立了專門的研發(fā)小組著手研發(fā)驅(qū)控一體系統(tǒng)，當(dāng)時考慮的方案主要有 3 種 : 單芯架構(gòu)、多芯架構(gòu)和總線架構(gòu)。
在芯片方面，華成工控之前的控制都是使用的當(dāng)時很多伺服方案的主控制芯片 DSP，因此順理成章地從單芯架構(gòu)開始，整合了伺服和控制，于 2015 年底推出了驅(qū)控一體單軸系統(tǒng)，2016年推出了驅(qū)控兩軸系統(tǒng)。
但是，在四軸驅(qū)控一體的研制中，多軸的難度隨著軸數(shù)的增加呈幾何倍數(shù)增長，四軸驅(qū)控一體 PCB 板就有 5 塊，板間的連線更是多達 20 條，完全將驅(qū)控一體帶來的優(yōu)勢給抹消了，另外還有穩(wěn)定性、負(fù)載能力等方面的問題，華成工控對于驅(qū)控一體產(chǎn)品的研發(fā)陷入了瓶頸中。
后來經(jīng)過更新方案、更改芯片等方式，誕生了性能更優(yōu)越的產(chǎn)品，華成工控將最先的四軸驅(qū)控一體系統(tǒng)做了召回處理。正是有諸多客戶的包容與幫助，華成工控的驅(qū)控一體才有了很大的發(fā)展。
2017 年底，華成工控對三種架構(gòu)做了重新梳理，各種架構(gòu)雖然各有優(yōu)缺點，但是又有各自適合的應(yīng)用場景。同時伴隨著先進制程的進步，ARM 芯片的快速發(fā)展，單一 ARM 芯片已經(jīng)做到了非常好的集成性，可以整合之前多芯片的多種功能，因此幾種方案齊頭并進。
2018 年，華成推出了單芯架構(gòu)的 QCS1 、QCS2，多芯架構(gòu)的 QCS3G，總線架構(gòu)的 ES 系列等產(chǎn)品。它們覆蓋了不同的應(yīng)用場景，功能和性能大幅提升，可以媲美行業(yè)主流產(chǎn)品。
2021 年，隨著市場對于多軸驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)的需求趨勢越來越強，為了擴展專用機型產(chǎn)品線，華成工控啟動驅(qū)控一體五軸系統(tǒng)的研發(fā)，采用兩種方案并行，一種是 SPI 總線方式，另一種是新的 FPGA+CPU 方式，主要在研產(chǎn)品包括QCS5G/QCS5H 系列。
“剛開始研發(fā)單軸驅(qū)控一體化產(chǎn)品，人員結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備不充分，遇到了很多困難。但今天，即使做多軸驅(qū)控一體化產(chǎn)品也很輕松，因為我們積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗，相關(guān)算法都驗證過，同時多軸存在的總線結(jié)構(gòu)、通訊、芯片選擇無需再耗費大量的時間和精力重新驗證。” 湯勇透露，2022 年華成工控還將推出 SCARA 驅(qū)控一體控制系統(tǒng) QCR4G 和 6 軸驅(qū)控一體控制系統(tǒng)QCR6G。新產(chǎn)品是非總線驅(qū)控一體產(chǎn)品，適用于水平多關(guān)節(jié)機器人和小型的 6 軸機器人（7 公斤內(nèi)），適用于搬運，上下料，噴涂，打螺絲，沖壓等簡易的應(yīng)用場景。
找準(zhǔn)應(yīng)用落地需求點
有了適銷對路的產(chǎn)品，如何找準(zhǔn)行業(yè)應(yīng)用是市場化落地的第一步也是重要一步。湯勇介紹道，目前驅(qū)控一體控制系統(tǒng)產(chǎn)品的主要應(yīng)用行業(yè)有注塑、沖壓、機器人、AGV/AMR 等。
在機器人行業(yè)，通過驅(qū)控一體控制系統(tǒng)與SCARA/DELTA/ 六軸機器人、部分直角坐標(biāo)機器人結(jié)合，在一體設(shè)計后，整個運作系統(tǒng)體積小、功率密度高、集成度高，極大簡化了客戶的電氣設(shè)計，有效提高了設(shè)備性能和可靠性。
以搭載了華成工控 ES-R4 驅(qū)控一體系統(tǒng)的SCARA 搭配伺服電批解決自動鎖付螺絲方案為例。過往傳統(tǒng)電批需要人工，成本高同時人工不穩(wěn)定，影響進度，效率較低，而搭載了華成工控驅(qū)控一體控制系統(tǒng)后，在自動化送料上，可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的運行，多功率智能伺服電批，滿足多個場景應(yīng)用，具體來看，將產(chǎn)品效率提升了75%，同時保障了良好的產(chǎn)品鎖螺絲一致性。
在注塑領(lǐng)域，注塑機是最常用的注塑裝備，其具有能一次成型外型復(fù)雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質(zhì)地密致的塑料制品的能力，但注塑工序要達到自動化，往往需要與注塑機械手聯(lián)合使用。注塑機械手擁有著非常明確的目標(biāo)，盡可能快速取出注塑件以提高機器生產(chǎn)率，因此，對控制器運動控制擁有著較高的要求，因而驅(qū)控一體控制系統(tǒng)可以有效提升注塑機械手的性能。
應(yīng)用了華成工控驅(qū)控一體控制系統(tǒng)的注塑機械手其反應(yīng)靈敏，快速啟動反應(yīng)時間僅為 0.04s，同時伺服電機與液壓系統(tǒng)形成閉環(huán)，重復(fù)定位精度更高，擁有著更高的節(jié)能效率，同時發(fā)熱量更少，有效提升了產(chǎn)品的使用壽命。
在沖壓領(lǐng)域，驅(qū)控一體系統(tǒng)應(yīng)用在沖壓控制系統(tǒng)中，除了將伺服驅(qū)動器和運動控制器結(jié)合在一起，還將機械手與沖床也結(jié)合其中，沖壓機械手控制系統(tǒng)通過 CAN 總線和 EtherCAT 總線兩種不一樣的聯(lián)機信號交互，這樣一體化設(shè)計后，整個系統(tǒng)的抗干擾能力大大增強，響應(yīng)也更快，信息交互的帶寬更高、實時性、穩(wěn)定性也更好成本也更低。
驅(qū)控一體的另一個重要應(yīng)用機遇點為桁架機械手。據(jù)了解，機床是工業(yè)之母，但過往的數(shù)控機床自動化程度不高，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)的效率，而通過桁架機械手完成上下料等作業(yè)，可以有效提高生產(chǎn)效率、節(jié)約用人成本。此外，搭載了驅(qū)控一體控制系統(tǒng)的桁架機械手，其重復(fù)定位精度、效率進一步得到提升。
采訪最后，湯勇表示，華成工控將繼續(xù)以工匠精神的熱忱開拓進取，攻堅創(chuàng)新，致力于為客戶提供更方便、更簡單、更具性價比的驅(qū)控一體系統(tǒng)及解決方案。在未來技術(shù)迭代的方向上，華成工控將一手抓客戶需求，一手投入最新產(chǎn)品與技術(shù)的研發(fā)，做市場滿意的產(chǎn)品，以此加速產(chǎn)品落地，推動行業(yè)發(fā)展，從國產(chǎn)驅(qū)控一體的 “先行者”做到 “領(lǐng)先者”。
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