建設面向智能制造的開放式數控創新平臺構建企業間命運共同體
2021-2-26 來源：- 作者：-
沈陽中科數控技術股份有限公司總經理 于 東
作為數控裝備的關鍵功能部件，數控系統承載著系統廠、主機廠、最終用戶的知識產權與技術成果。為滿足用戶的制造工藝，發揮裝備的功能，數控系統的研制、開發與應用需要供需間的密切合作。特別是在制造技術與信息技術深度融合，行業向自動化、數字化、智能化轉變的時代，工業互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術的進步，已具備為生產現場提供新價值的條件。
在確保數控系統高速、高精、高效控制性能的前提下，將信息物理系統（CPS，Cyber Physical System）和數字孿生技術與數控系統融合，使用戶的加工過程或主機廠的裝備設計過程在更高水平上得到優化，已成為國際主流數控系統廠商關注的發展方向。數控系統對口的國際標準化組織ISOTC184/SC1已更名為IndustrialCyber and Physical Device Control，也從某種意義說明了數控系統內涵的延伸。對此，沈陽中科數控技術股份有限公司積極探索新型供需關系，建設面向智能制造的開放式數控技術平臺，以支持企業間的密切合作。
1. 建設面向智能制造開放式數控技術平臺，支撐新型供需合作關系
開放式數控技術源于信息技術與制造技術的融合。開放式數控系統希望通過定義系統的內部接口與外部接口規范，解決系統的可擴展性、可移植性、可伸縮性、互操作性等問題，以達到系統廠、主機廠、最終用戶間技術的融合。
作為中科院沈陽計算所高檔數控國家工程研究中心的產業化實體，中科數控通過實施并完成國家專項課題“開放式數控系統支撐技術創新平臺”，建立了開放式數控系統計算平臺、現場網絡平臺、控制與工藝平臺，開展支持多種CPU（X86/“龍芯”/ARM）硬件平臺、基于實時操作系統軟件平臺、現場總線與網絡化、高速高精運動控制以及二次開發等關鍵技術，形成了以開放為特色的數控系統技術創新平臺及覆蓋高檔型、標準型及專用型的“藍天數控”系列化產品，支持了與主機廠與用戶廠的配套與應用。
近年來，圍繞數控技術數字化、智能化的發展趨勢，公司開展了遼寧省數字化車間互聯互通技術工程實驗室的建設，通過解決工業互聯網、大數據、數字孿生及網絡化協同制造等關鍵技術，使數控系統成為制造車間的數字化平臺，以實現加工過程的數字化感知、建模、控制與服務。
為滿足用戶對加工過程或裝備設計過程的優化等新需求，公司通過承擔專項課題“國產高檔數控系統智能化技術研究開發及應用驗證”，開展遼寧省智能化數控技術工程研究中心建設，通過解決加工過程監控、工藝與設備參數優化、智能故障預警與診斷、工件在位測量等，實現數控系統與智能制造關鍵要素的融合，以支撐公司與用戶建立更加緊密的新型供需關系。
2. 基于開放式數控技術平臺，與用戶聯合研發定制化產品
針對行業企業“專、精、特”的發展趨勢，公司通過解決基于開放式數控系統的二次開發平臺技術，開發了采用組件技術的工藝軟件包及二次開發工具，在界面、工藝、運動控制等層面實現與主機廠及用戶專有技術的融合，以支持與用戶聯合研發定制化產品。
（1）面向電加工機床的專用型數控系統
針對數控刀片模具加工難點，如硬質合金材料加工效率低、采用非平動加工和多電極加工、表面質量與面型精度要求高等問題，與主機廠密切合作，通過解決穩定高效的放電間隙控制、電源參數在線調整、定時和自適應抬刀控制、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床的專用型數控系統。產品在數控刀片模具和地礦合金模具領域實現了高速、高精與高質量加工，加工性能達到了國際同類機床較好水平。
圖1 面向電加工機床的專用型數控系統
（2）面向超快激光加工機床的專用數控系統
超快激光加工機床控制對象涉及多通道多軸聯動、激光器功率監測與控制、復合光束掃描控制、光束指向監測與調整控制、光學掃描頭切換伺服控制、終端監測控制、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、電、檢測于一體的專用數控設備，要求在系統的界面、工藝、運動控制等方面融入設備廠商、用戶的功能與性能要求，需要系統廠、主機廠、用戶間的緊密合作。
基于開放式數控技術平臺，公司通過與激光設備廠商、航空制造領域的用戶密切合作，開發出雙通道11軸超快激光加工用專用數控系統。系統解決了多通道控制、RTCP、高速程序預處理、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鍵技術。系統的一個通道實現5軸聯動，用于葉片工件姿態轉換；一個通道實現 6 軸聯動，用于激光設備光束指向調整和打孔檢測。設備適用于金屬、非金屬等材料表面的微結構處理，如微腔、型腔、盲孔、通孔、異型孔異型槽及復雜形貌微結構的加工等，并在航空制造領域進行應用，解決了航空發動機葉片打孔加工的技術瓶頸。
圖2 雙通道11軸超快激光加工用專用數控系統
3. 開展數字化車間應用示范，從產品導向向提供解決方案轉變
數字化車間是實施智能制造的載體，也是支撐行業創造新產品、新需求、新業態的重要平臺。發揮數控系統的數字化、智能化特征，使之成為支撐數字化車間或智能工廠整體優化的重要設備，是數控系統未來的重要發展方向。
基于“藍天數控”的開放特性，公司通過解決異構多源設備互聯互通、工業大數據的智能化處理、基于數字孿生的可視化管控平臺，形成基于“藍天數控”的數字化車間解決方案。
（1）異構多源設備互聯互通平臺
實現了數字化車間中多種異構多源設備的聯網與實時數據采集監控，具體包括數控機床、柔性線、PLC控制單元、倉儲物流系統（立體庫、AGV等）、測量與檢測系統、真空排屑系統、中央清洗系統、視頻監控系統等設備的互聯互通。
（2）工業大數據平臺
基于實時采集數據，通過開展數據清洗、挖掘、分析等智能化處理，研制了數字化車間工業大數據平臺，實現了車間設備使用效率與故障、任務、工時、能耗、人員信息等數據的處理，并提供基于專家知識庫的決策功能。
（3）可視化管控平臺
通過解決虛擬現實、實時互動3D引擎等關鍵技術，研制開發了基于數字孿生的3D可視化數字化車間管控平臺。平臺以3D動態數字標簽形式，直觀呈現車間各個設備和生產環節的實時信息，使設備的實時信息與生產對象、排產計劃和生產任務形成關聯，實現“物理空間”和“虛擬空間”實時互動，提升車間生產管控效率。
圖2 雙通道11軸超快激光加工用專用數控系統
3. 開展數字化車間應用示范，從產品導向向提供解決方案轉變
數字化車間是實施智能制造的載體，也是支撐行業創造新產品、新需求、新業態的重要平臺。發揮數控系統的數字化、智能化特征，使之成為支撐數字化車間或智能工廠整體優化的重要設備，是數控系統未來的重要發展方向。
基于“藍天數控”的開放特性，公司通過解決異構多源設備互聯互通、工業大數據的智能化處理、基于數字孿生的可視化管控平臺，形成基于“藍天數控”的數字化車間解決方案。
（1）異構多源設備互聯互通平臺
實現了數字化車間中多種異構多源設備的聯網與實時數據采集監控，具體包括數控機床、柔性線、PLC控制單元、倉儲物流系統（立體庫、AGV等）、測量與檢測系統、真空排屑系統、中央清洗系統、視頻監控系統等設備的互聯互通。
（2）工業大數據平臺
基于實時采集數據，通過開展數據清洗、挖掘、分析等智能化處理，研制了數字化車間工業大數據平臺，實現了車間設備使用效率與故障、任務、工時、能耗、人員信息等數據的處理，并提供基于專家知識庫的決策功能。
（3）可視化管控平臺
通過解決虛擬現實、實時互動3D引擎等關鍵技術，研制開發了基于數字孿生的3D可視化數字化車間管控平臺。平臺以3D動態數字標簽形式，直觀呈現車間各個設備和生產環節的實時信息，使設備的實時信息與生產對象、排產計劃和生產任務形成關聯，實現“物理空間”和“虛擬空間”實時互動，提升車間生產管控效率。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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