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建設麵（miàn）向智能製造的開放式（shì）數控創新平台構建（jiàn）企業間命運共同（tóng）體

2021-2-26 來源：- 作者：-

沈陽中科數控技（jì）術股份有限公司總經理（lǐ）於東

作為數控裝備的關鍵功能部件，數控係統承載著係統廠、主（zhǔ）機廠、最終（zhōng）用戶的知識產權與技術成果。為滿足用戶的製造工藝，發揮裝備的功能，數控係統的研製、開發與應用需要供需間的密切合作。特別是（shì）在製造技術（shù）與信息（xī）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（hù）聯網、大數據、人（rén）工智（zhì）能等新一代信息技（jì）術的（de）進步，已具（jù）備為生產現場提供新價值的條件。

在確保數控係統高速、高精、高效控製性能的前（qián）提下，將信息（xī）物理係統（CPS，Cyber Physical System）和數（shù）字孿生技術（shù）與數控係統融合，使用戶的（de）加工過程或主機廠的裝備設計過（guò）程在更（gèng）高水平上得到優化，已成為（wéi）國際主流數控（kòng）係統廠商關注的發展方向。數控係統（tǒng）對口的國際標準化（huà）組織ISOTC184/SC1已更名為IndustrialCyber and Physical Device Control，也從某種意義說明了數控係統內涵的延伸。對此（cǐ），沈（shěn）陽中科數控技術股份有限（xiàn）公司積極探索新型供需關係，建設麵（miàn）向（xiàng）智能（néng）製造的開放式數控技術平台，以支持企業間的密切合作。

1. 建設麵（miàn）向智能製造開放（fàng）式數（shù）控技術平台，支撐新型供需合作關係

開（kāi）放式數控技術源於信息技術與製造技術（shù）的融合。開放式數控係（xì）統希望通過（guò）定義係統的內（nèi）部接口與外（wài）部接口規範，解決係統的可（kě）擴展性、可移植性、可伸縮性、互操作性（xìng）等問題（tí），以達到係（xì）統廠、主機廠、最（zuì）終用（yòng）戶（hù）間技術的融合（hé）。

作為中科院沈陽計算所高檔數控（kòng）國家工程研究中心的產業化實體，中科數控通過（guò）實施並完成國家專項課題“開放式數控係統支撐技術（shù）創新平台”，建立了開放式數控係統計算平台（tái）、現場網絡平台、控製與工藝平台，開（kāi）展支持（chí）多種CPU（X86/“龍芯”/ARM）硬件平台、基於（yú）實時操作係（xì）統軟件平台、現場總線與網絡（luò）化、高速高精運動控製以及二次開發等關鍵技術，形成了以開放為（wéi）特色的數控係統技術創新平台及覆蓋高（gāo）檔型（xíng）、標準型及專用（yòng）型的“藍天數（shù）控”係（xì）列化產品，支持了與主機廠（chǎng）與用戶廠的配套與應用（yòng）。

近年（nián）來，圍繞（rào）數控技術數字化、智能化的發展趨勢，公司開（kāi）展了遼寧省數（shù）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製造等關鍵技術，使數控係統成為（wéi）製造車間的數字化（huà）平台，以實現加工（gōng）過程的數字化感知、建模、控製與服務。

為滿足用戶對加工過程或裝備設（shè）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（shù）控係統智能化技術研究開發及應用驗證”，開展遼寧省智（zhì）能化（huà）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（yǔ）設備參數優化、智能故障預警與診斷、工件在位測量等，實現數控係統與智（zhì）能製造關（guān）鍵要素的融合，以支撐公司與用戶建立（lì）更加緊密的新型供需關係。

2. 基於開放式數控技術平台，與用戶聯合研發定製化（huà）產品

針對行業企業“專、精、特（tè）”的發展趨勢（shì），公司通過（guò）解決基於開放式（shì）數控係（xì）統的二次（cì）開發平台技術，開發了采用組件技術的工藝軟件包及二次開發工具，在界麵、工藝、運動控製等層麵實現與主機廠及用戶專有技（jì）術的融合，以支持與用戶聯合（hé）研發定製化產品。

（1）麵向電加（jiā）工機床的專用（yòng）型數控係統

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（fēi）平動加工和多電極加工、表麵質量與麵型精度要求高等問題，與主機廠密切（qiē）合作，通過解決（jué）穩定高效的放電間隙控製、電源參（cān）數在（zài）線調整、定時和自適應抬刀控（kòng）製、平麵的自由及（jí）伺服平（píng）動、加工程序的手動（dòng）與自動軌跡回退、工藝專家係統與（yǔ）自動編程、自動找（zhǎo）正與電極防碰撞等功能，研製出麵向電加工機床（chuáng）的專用型數控係統。產品在數控刀（dāo）片模具和地礦（kuàng）合金模具領域實（shí）現了高速、高（gāo）精與高質量加（jiā）工，加工性能達到了國際同類機床較好水平。

圖1 麵向電加工機床的專用型數控係（xì）統（tǒng）

（2）麵向超快激光加工機床的（de）專用數控係統

超快激光加工機床控製對象涉（shè）及多通道多軸聯動、激光器功率監測與（yǔ）控製、複合光束掃描控製、光束指向監測與調整控製、光學掃描頭切（qiē）換伺服控製、終端監測控製、恒重疊率螺旋掃（sǎo）描控製、非圓形麵掃描加工（gōng）控製以及三維檢測輔助定（dìng）位控（kòng）製等，是集光、機、電、檢測於一體的專用數控設備，要求在係統的界麵、工藝、運動控製（zhì）等方麵融（róng）入設備廠商、用戶的功能與性（xìng）能要求，需要係統廠、主機廠、用戶間的緊密合（hé）作。

基於開放式數控技術平台，公司通過與激光設備廠商、航（háng）空製造領域的用戶密（mì）切合作，開發出雙通（tōng）道11軸（zhóu）超快激光加工用專用數控係統。係統解決了多通道（dào）控製（zhì）、RTCP、高速（sù）程序預處（chù）理、焦距測（cè）量、三維測量、光路切換（huàn）、四光楔掃描以及功率檢測等關鍵技術。係統的一個通道實現5軸聯動，用於（yú）葉片（piàn）工（gōng）件姿（zī）態轉換；一個通道實現 6 軸聯動，用於激光設（shè）備光束指向調整和打孔檢測。設備適用於金屬、非金屬等材（cái）料表麵的微結構處理，如微腔、型腔、盲孔、通孔、異型孔異型（xíng）槽及複雜形貌微結構的加工等，並（bìng）在航空製造領域進行應（yīng）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（jī）光加工用專用數控係統

3. 開展（zhǎn）數字化車間應用示範，從（cóng）產（chǎn）品導向（xiàng）向（xiàng）提（tí）供解決（jué）方案轉變

數字化（huà）車間是實施智能製造的載體，也（yě）是支撐行（háng）業創造新產品、新需求、新業態的重要平台。發揮（huī）數控（kòng）係（xì）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，是數控係統未（wèi）來的重要發展（zhǎn）方向。

基於“藍天數（shù）控”的開放特性，公司通過解決（jué）異構多源設備互聯互通、工業大數據的智能化處理（lǐ）、基於數字孿生的可視化管控平台，形成基於“藍天數控”的數字化車間解決方案。

（1）異構（gòu）多源設備互聯互通（tōng）平台

實現（xiàn）了（le）數字化車間中（zhōng）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控製單元、倉儲（chǔ）物流係統（立體庫、AGV等）、測量與檢測係統（tǒng）、真（zhēn）空排屑係統、中央清（qīng）洗係統、視頻監控係統等設備的互聯（lián）互通。

（2）工業大數據平台（tái）

基於實時采集數據，通過開展數據清（qīng）洗、挖掘、分析等智能化處理，研（yán）製了數字化車（chē）間工業大數據平台，實現了車間設備使（shǐ）用效率與故障、任務、工時、能耗、人（rén）員信息等數據的處理，並提供基於專家知識庫的決策（cè）功能。

（3）可視化管控平台

通（tōng）過解決虛擬現實、實時互動3D引擎等關鍵技術，研製開發了基於數字孿生的3D可視（shì）化數字化（huà）車間（jiān）管控平台（tái）。平台以3D動態數（shù）字標簽形式，直觀呈現車間各個設備和生產環節的實時信（xìn）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（lǐ）空間（jiān）”和“虛（xū）擬空間”實時互動，提升車間生產管控效（xiào）率。

圖2 雙通道11軸超快激光加工用專用數控係統

3. 開展數字化車間應用示範，從產品導向向提供解決方案轉變

數字化（huà）車間是實施智能製造的載體，也是支撐行（háng）業創造新（xīn）產品、新需求、新業態的重要平台。發揮數控係統的數字化、智能化特征（zhēng），使之成（chéng）為支撐（chēng）數（shù）字化（huà）車間或智能工廠（chǎng）整體優化的重要設備，是數（shù）控係統未來的重要發展方向。

基於“藍天數控”的開放特性，公（gōng）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、基於數字孿生的可視化管控平台，形成基於“藍天數控”的數字化車間解決（jué）方案。

（1）異構多源設備互聯互通平（píng）台

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（kòng）機床、柔性（xìng）線（xiàn）、PLC控製單元、倉儲物流係統（立體（tǐ）庫、AGV等）、測量與檢測係（xì）統、真空排屑係（xì）統、中央清洗係統（tǒng）、視頻監控係（xì）統等設備的互聯互通。

（2）工業大（dà）數據平台

基於實時采集數據（jù），通過開展（zhǎn）數據清洗、挖掘、分（fèn）析等智能化處理，研製了數字化車間工（gōng）業大數據平台，實現了（le）車間設（shè）備使用效率與故障、任務、工時、能（néng）耗、人員信息等數據的處理，並提供基於專家知識（shí）庫的決（jué）策功能。

（3）可視化管（guǎn）控平台

通過解決虛擬現實、實時（shí）互動3D引擎等關鍵技術，研製開發（fā）了基於數字孿生的（de）3D可視化數字化車間管控平台。平台以3D動態數字標簽形（xíng）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（shēng）產任務形成關（guān）聯，實現“物理空（kōng）間”和“虛擬空間”實時互動，提升車間（jiān）生產管控效（xiào）率。

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