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工业控制技术与设备的发展趋势与对策
时间:2019-04-05 02:44:08 来源:金华资讯网 作者:匿名



设备行业的技术水平和现代化决定了整个国民经济的水平和现代化。数控技术和设备是发展新兴的高科技产业和尖端产业(如信息技术及其产业,生物技术及其产业,航空,航天等)的使能技术和最基本的防御设备行业。马克思曾经说过“各种经济时代之间的区别不在于生产什么,而在于如何生产以及生产什么样的劳动信息。”制造技术和设备是人类生产活动最基本的生产材料,而数控技术是当今先进制造技术和设备的核心技术。数控制造技术广泛应用于世界各地的制造业,以提高制造能力和水平,并提高动态和波动市场的适应性和竞争力。此外,世界工业化国家还将数控技术和数控设备列为国家战略物资,不仅采取重大措施发展自己的数控技术及其产业,而且还在“高精度”中国数控关键技术与设备。实施封锁和限制政策。总之,以数控技术为核心,大力发展先进制造技术,已成为世界发达国家加快经济发展,提高综合国力和民族地位的重要途径。

数控技术是一种利用数字信息来控制机械运动和工作过程的技术。数控设备是一种机电一体化产品,由数控技术所代表的新技术渗透到传统制造业和新兴制造业,即所谓的数字设备中。其技术范围涵盖许多领域:(1)机械制造技术; (2)信息处理,处理,传输技术; (3)自动控制技术; (4)伺服驱动技术; (5)传感器技术; (6)软件技术等

1数控技术的发展趋势

数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化,也使制造业成为工业化的象征。随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他为国民经济和民生提供了一些重要的产业(IT,汽车)。轻工业,医疗保健等的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需设备的数字化是现代发展的一个主要趋势。从目前世界数控技术及其设备发展趋势来看,其主要研究热点如下[1~4]。1.1高速,高精度加工技术和设备的新趋势

效率和质量是先进制造技术的支柱。高速,高精度的加工技术可以大大提高效率,提高产品质量和档次,缩短生产周期,提高市场竞争力。为此,日本先进技术研究协会将其列为五大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的核心研究方向之一。

在汽车工业中,每辆车30万辆的年生产周期为40秒,多品种加工是汽车设备必须解决的关键问题之一;在航空航天和航空航天工业中,加工的零件大多是薄壁的。而且薄的肋条,刚性很差,材料是铝或铝合金,这些肋和墙只有在切割速度和切割力小时才能加工。近来,大型铝合金坯料“空心”方法已被用于制造大型零件,如机翼和机身,通过组装多个铆钉,螺钉和其他接头来代替多个零件,从而使零件的强度,刚性和可靠性得到了。提高。这些都需要高速,高精度和高灵活性的加工设备。

从EMO2001的情况来看,高速加工中心的进给速度可达80m/min甚至更高,怠速可达100m/min左右。目前,包括我国上海通用汽车有限公司在内的世界上许多汽车厂已经用一条由高速加工中心组成的生产线取代了组合机床。 CINCINNATI HyperMach机器的进给速度高达60米/分钟,快速速度为100米/分钟,加速度为2克,主轴转速为60 000r/min。加工薄壁飞机零件只需30分钟,普通高速铣床需要3小时,普通铣床需要8小时。德国DMG双主轴车床的主轴转速和加速度分别为12 *!000r/mm。和1克。

在加工精度方面,在过去的10年中,普通数控机床的加工精度从10μm增加到5μm,精密加工中心从3到5μm提高到1到1.5μm,并进行了超精密加工。精度已经开始进入纳米级。 (0.01μm)。在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达到6 000h以上,伺服系统的MTBF值已达到30,000h以上,具有很高的可靠性。

为了实现高速,高精度的加工,电主轴和直线电机等功能部件得到了迅速发展,应用领域得到了进一步扩展。

1.2 5轴同步加工和机床快速加工

3D曲面零件的5轴联合加工可以使用最佳的刀具几何形状进行,不仅具有高光洁度,而且还大大提高了效率。通常认为,5轴联动机的效率可以等于两个3轴联动机。特别是在使用高硬度铣刀(如立方氮化硼)进行淬硬钢零件的高速铣削时,可以将5轴联动加工与3轴连接。处理具有更高的效率。然而,在过去,由于5轴联动数控系统和主机结构复杂,价格比3轴联动数控机床高几倍。另外,编程技术很难,这限制了5轴联动机床的发展。

目前,由于电主轴的出现,大大简化了五轴联动加工复合主轴头的结构,大大降低了制造难度和成本,缩小了数控系统的价格差距。因此,推动了复合主轴头型五轴联动机床和复合加工机床(包括五面加工机床)的开发。

在EMO2001,日本机械株式会社的5天加工机床采用复合主轴头实现四个垂直平面加工和任意角度加工,可实现5面加工和5轴加工。同一台机器。可以加工倾斜面和倒锥形孔。德国DMG展出了DMUVoution系列加工中心,可在一侧设置5面和5轴加工,可通过CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

1.3智能化,开放化和网络化已成为当代数控系统发展的主流趋势

21世纪的数控设备将是一个具有一定智能的系统。智能化内容包含在CNC系统的各个方面:为追求智能处理效率和加工质量,如过程的自适应控制,自动过程参数生成;智能提高驱动性能和方便连接,如前馈控制,电机参数自适应计算,负载自动选择模型自动识别,自整定等;简化编程,简化操作,智能化,如智能自动编程,智能人机界面等;以及智能诊断,智能监控,方便的系统诊断和维护。为了解决传统数控系统闭合和数控应用软件工业化生产的问题。目前,许多国家已经研究了开放式数控系统,如下一代工作站/机器控制(NGC),OSACA(自动化系统内控制的开放系统架构)和日本的OSEC(开放系统环境)。对于控制器),中国的ONC(开放式数控系统)等。数控系统的开放性已成为数控系统的未来。所谓的开放式数控系统就是数控系统的发展。在统一的操作平台上,它可以用于机床制造商和最终用户。通过改变,添加或切割结构对象(数控功能),可以形成序列化,方便用户的特殊应用和技术集成到控制系统中,快速实现不同品种和等级的开放式数控系统,形成一个具有鲜明个性的名牌产品。目前,开放式数控系统的体系结构规范,通信规范,配置规范,操作平台,数控系统功能库和数控系统功能软件开发工具是当前研究的核心。

网络化数控设备是过去两年国际知名机床展的新亮点。数控设备网络将极大地满足生产线,制造系统和制造企业的信息集成需求。它也是实施敏捷制造,虚拟企业和全球制造等新制造模型的基本单位。国内外一些着名的数控机床和数控系统制造公司在过去两年中推出了相关的新概念和原型,如日本Mazak在EMO2001上展出的“Cyber??Production Center”。控制中心(CPC);大Corporation机床公司展出“IT广场”(信息技术广场,IT广场);开放式制造环境(OME)等反映了数控机床加工在网络化方向上的发展趋势。1.4注意建立新的技术标准和规范

1.4.1关于CNC系统设计和开发规范

如上所述,开放式CNC系统具有更好的通用性,灵活性,适应性和可扩展性。美国,欧洲共同体和日本已实施战略发展计划并实施开放式架构数控系统规范(OMAC)。 ,OSACA,OSEC)的研究与开发,世界三大经济体在短期内开展了几乎相同的科学计划和规范,标志着数控技术发生变革的新时代。 2000年,中国开始研究制定中国ONC数控系统的规范框架。

1.4.2关于CNC标准

数控标准是制造业信息技术发展的一个趋势。数控技术诞生50年后的信息交流基于ISO6983标准,即用G,M代码描述如何处理,其基本特征是面向加工过程,显然,他已经越来越多无法满足现代数控技术的高速度。需要发展。为此,国际上正在研究和开发新的数控系统标准ISO14649(STEP-NC)。其目的是提供一种不依赖于特定系统的中立机制,并且可以在整个产品生命周期中描述统一的数据模型。为了在整个制造过程甚至各种工业领域实现产品信息的标准化。

STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,它将对数控技术和整个制造业的发展产生深远的影响。首先,STEP-NC提出了一种新的制造概念。在传统的制造理念中,数控加工程序集中在一台计算机上。在新标准下,数控程序可以分散在互联网上,这是开放式和网络化数控技术的方向。其次,STEP-NC数控系统还可以大大减少加工图纸(约75%),加工编程时间(约35%)和加工时间(约50%)。

目前,欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲已经启动了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1~2001.12.31)。该计划由来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户,供应商和学术机构参加。 STEP Tools,Inc。是全球制造数据交换软件的开发商,开发了一种超级模型,用作数控机床信息交换的工具,目标是描述具有统一规格的所有过程。这种新的数据交换格式已在配备SIEMENS,FIDIA和欧洲OSACA-NC的原型上得到验证。2中国数控技术及其产业发展的基本估算

中国的数控技术始于1958年。过去50年的发展过程大致可分为三个阶段:第一阶段是1958年至1979年,即封闭发展阶段。在现阶段,由于国外技术封锁和中国基本条件的限制,数控技术的发展相对缓慢。第二阶段是国家“六五”和“七五”时期以及“第八个五年计划”的早期阶段,即引进技术,消化和吸收,以及初步建立本地化系统。在这个阶段,由于改革开放和国家的关注,以及研发环境和国际环境的改善,中国数控技术的研发和产品的本地化已经取得了进步很大。第三阶段是“八五”和“九五”期间工业化研究的实施和市场竞争的阶段。在这个阶段,中国国内数控设备的产业化取得了实质性进展。 “九五”末,国内数控机床国内市场占有率达到50%,国内数控系统(普及型)也达到10%。

纵观中国数控技术在过去50年的发展,特别是经过四个五年计划,取得了以下成果。

一个。为数控技术的发展奠定了基础,基本掌握了现代数控技术。目前,我国基本掌握了数控系统,伺服驱动器,数控主机,专机及其配套部件的基础技术。大多数技术已经基于商业开发,并且一些技术已经商业化和工业化。

湾最初形成了数控工业基地。在研究成果和部分技术商品化的基础上,建立了华中数控,航天数控等批量生产的数控系统生产厂。兰州电机厂,华中数控等伺服系统和伺服电机生产厂,以及北京第一机床厂和济南第一机床厂。这些生产工厂基本形成了中国的数控产业基地。

C。建立了数控研究,开发和管理人才的基础团队。

虽然我们在数控技术的研发和产业化方面取得了很大的进步,但我们也必须清楚地认识到中国高端数控技术的研究和发展,特别是工业化的现状和中国的实际需求。是一个很大的差距。虽然从垂直角度来看中国的发展速度非常快,但横向比率(与国外相比)不仅在技术水平上存在差距,而且在某些方面也存在发展速度的差距,即技术上的差距。一些高度复杂的数控设备的水平已经扩大。从国际角度来看,中国数控技术水平和工业化水平的估计大致如下。一个。在技??术层面,它比国外先进水平落后大约10到15年,在高科技领域更是如此。

湾在工业化水平上,市场份额低,品种覆盖率小,规模化生产尚未形成;专业生产水平和全套功能部件低;外观质量相对较差;可靠性不高,商业化程度不足;国内数控系统尚未建立自己的品牌效应,用户信心不足。

C。数控技术在竞争前的可持续发展,研发和工程能力薄弱;数控技术的应用不强;相关标准的研究和制定滞后。

分析上述差距的主要原因如下。

一个。理解方面。了解国内数控行业的艰巨性,复杂性和长期性特征是不够的;市场不规范,国外封锁增加,系统难以估计,中国数控技术的应用水平和能力分析不足。

湾系统方面。从技术角度来看,有很多次关注数控产业化的问题。从制度和产业链的角度来看,全面考虑数控产业化问题的时机较少;没有完整的高质量支持系统,完善的培训和服务网络支持系统。 。

C。机制方面。糟糕的机制导致人才流失,这限制了技术和技术路线创新和产品创新,并限制了规划的有效实施,往往是计划理想和实施困难。

d。技术方面。企业在技术上的自主创新能力不强,核心技术的工程能力不强。机床标准向后,水平低。数控系统的新标准还不够充分。

3中国数控技术与产业化发展的战略思考

3.1战略考虑

中国是一个制造大国。在世界产业转移中,我们应该尝试接受前端而不是后端转移,即必须掌握先进制造核心技术。否则,在新一轮国际产业结构调整中,中国制造业将进一步“空心”。以资源,环境和市场为代价,我们可能只在新的世界经济结构中交换国际“加工中心”和“装配中心”,而不是掌握核心技术的制造中心的地位,这将严重影响中国。现代制造业的发展过程。在国家安全战略的高度,我们应该重视数控技术和工业问题。首先,从社会保障的角度来看,由于制造业是中国就业人口最多的行业,制造业的发展不仅可以提高人民的生活水平,还可以缓解中国。就业压力保证了社会稳定。其次,从国防安全的角度看,西方发达国家将高科技数控产品列为国家战略物质,对中国的禁运和限制,“东芝事件”和“考克斯报告”。 “这是最好的例子。”

3.2发展战略

从中国的基本国情出发,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为指导,以提高中国制造装备业的综合竞争力和产业化水平为目标,可以在国内占主导地位。在21世纪初采用系统的方法。制造装备产业发展和升级的关键技术,以及支持产业化发展的配套技术和配套技术,是研究和开发的内容,实现制造装备产业的跨越式发展。

重视市场需求导向,即基于CNC终端产品,CNC行业将由整机驱动(如数控车床,铣床,高速高精度高性能数控机床,典型数字化机械,重点行业关键设备等)的发展。专注于解决数控系统及相关功能部件(数字伺服系统和电机,高速电主轴系统和新设备配件)的可靠性和生产规模。没有规模,就没有高可靠性的产品;没有规模,就没有廉价和有竞争力的产品;当然,没有大型中国数控设备这样的东西。

在精密设备的开发中,有必要强调生产,学习,研究和最终用户的紧密结合,以“制造,使用和销售”为目标,并实施国家意愿,以解决紧急需求。这个国家。 。

在竞争前的数控技术方面,强调创新,强调自主知识产权技术和产品的研发,为中国数控产业,装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。行业。

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