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建設(shè)面向智能制造的開放式數(shù)控創(chuàng)新平臺構(gòu)建企業(yè)間命運(yùn)共同體

2021-2-26 來源：- 作者：-

沈陽中科數(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，使用戶的加工過程或主機(jī)廠的裝備設(shè)計(jì)過程在更高水平上得到優(yōu)化，已成為國際主流數(shù)控系統(tǒng)廠商關(guān)注的發(fā)展方向。數(shù)控系統(tǒng)對口的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC184/SC1已更名為IndustrialCyber and Physical Device Control，也從某種意義說明了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)涵的延伸。對此，沈陽中科數(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)面向智能制造的開放式數(shù)控技術(shù)平臺，以支持企業(yè)間的密切合作。

1. 建設(shè)面向智能制造開放式數(shù)控技術(shù)平臺，支撐新型供需合作關(guān)系

開放式數(shù)控技術(shù)源于信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合。開放式數(shù)控系統(tǒng)希望通過定義系統(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。

作為中科院沈陽計(jì)算所高檔數(shù)控國家工程研究中心的產(chǎn)業(yè)化實(shí)體，中科數(shù)控通過實(shí)施并完成國家專項(xiàng)課題“開放式數(shù)控系統(tǒng)支撐技術(shù)創(chuàng)新平臺”，建立了開放式數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算平臺、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)平臺、控制與工藝平臺，開展支持多種CPU（X86/“龍芯”/ARM）硬件平臺、基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件平臺、現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)化、高速高精運(yùn)動控制以及二次開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，形成了以開放為特色的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新平臺及覆蓋高檔型、標(biāo)準(zhǔn)型及專用型的“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，圍繞數(shù)控技術(shù)數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢，公司開展了遼寧省數(shù)字化車間互聯(lián)互通技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，通過解決工業(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)成為制造車間的數(shù)字化平臺，以實(shí)現(xiàn)加工過程的數(shù)字化感知、建模、控制與服務(wù)。

為滿足用戶對加工過程或裝備設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化等新需求，公司通過承擔(dān)專項(xiàng)課題“國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用驗(yàn)證”，開展遼寧省智能化數(shù)控技術(shù)工程研究中心建設(shè)，通過解決加工過程監(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. 基于開放式數(shù)控技術(shù)平臺，與用戶聯(lián)合研發(fā)定制化產(chǎn)品

針對行業(yè)企業(yè)“專、精、特”的發(fā)展趨勢，公司通過解決基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)平臺技術(shù)，開發(fā)了采用組件技術(shù)的工藝軟件包及二次開發(fā)工具，在界面、工藝、運(yùn)動控制等層面實(shí)現(xiàn)與主機(jī)廠及用戶專有技術(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)床的專用型數(shù)控系統(tǒng)

針對數(shù)控刀片模具加工難點(diǎn)，如硬質(zhì)合金材料加工效率低、采用非平動加工和多電極加工、表面質(zhì)量與面型精度要求高等問題，與主機(jī)廠密切合作，通過解決穩(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、加工程序的手動與自動軌跡回退、工藝專家系統(tǒng)與自動編程、自動找正與電極防碰撞等功能，研制出面向電加工機(jī)床的專用型數(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)到了國際同類機(jī)床較好水平。

圖1 面向電加工機(jī)床的專用型數(shù)控系統(tǒng)

（2）面向超快激光加工機(jī)床的專用數(shù)控系統(tǒng)

超快激光加工機(jī)床控制對象涉及多通道多軸聯(lián)動、激光器功率監(jiān)測與控制、復(fù)合光束掃描控制、光束指向監(jiān)測與調(diào)整控制、光學(xué)掃描頭切換伺服控制、終端監(jiān)測控制、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輔助定位控制等，是集光、機(jī)、電、檢測于一體的專用數(shù)控設(shè)備，要求在系統(tǒng)的界面、工藝、運(yùn)動控制等方面融入設(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。

基于開放式數(shù)控技術(shù)平臺，公司通過與激光設(shè)備廠商、航空制造領(lǐng)域的用戶密切合作，開發(fā)出雙通道11軸超快激光加工用專用數(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、焦距測量、三維測量、光路切換、四光楔掃描以及功率檢測等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的一個(gè)通道實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動，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，用于激光設(shè)備光束指向調(diào)整和打孔檢測。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用數(shù)控系統(tǒng)

3. 開展數(shù)字化車間應(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。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)未來的重要發(fā)展方向。

基于“藍(lán)天數(shù)控”的開放特性，公司通過解決異構(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，形成基于“藍(lán)天數(shù)控”的數(shù)字化車間解決方案。

（1）異構(gòu)多源設(shè)備互聯(lián)互通平臺

實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化車間中多種異構(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、倉儲物流系統(tǒng)（立體庫、AGV等）、測量與檢測系統(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

基于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，通過開展數(shù)據(jù)清洗、挖掘、分析等智能化處理，研制了數(shù)字化車間工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)了車間設(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，并提供基于專家知識庫的決策功能。

（3）可視化管控平臺

通過解決虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)互動3D引擎等關(guān)鍵技術(shù)，研制開發(fā)了基于數(shù)字孿生的3D可視化數(shù)字化車間管控平臺。平臺以3D動態(tài)數(shù)字標(biāo)簽形式，直觀呈現(xiàn)車間各個(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，提升車間生產(chǎn)管控效率。

圖2 雙通道11軸超快激光加工用專用數(shù)控系統(tǒng)

3. 開展數(shù)字化車間應(yīng)用示范，從產(chǎn)品導(dǎo)向向提供解決方案轉(zhuǎn)變

（1）異構(gòu)多源設(shè)備互聯(lián)互通平臺

（2）工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺

（3）可視化管控平臺

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