解鎖智能裝備的“心髒”與“大腦”

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-05-29 19:07:46
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解鎖智能裝備的“心髒”與“大腦”  
 

解鎖智能裝備的“心髒”與“大腦”

▲大推力高精度直線電機


解鎖智能裝備的“心髒”與“大腦”

▲協作機器人一體化關節

■本報見習記者 趙利利

1月6日,第十二屆中國產學研合作創新大會在京舉行,由中國科學院寧波材料技術與工程研究所牽頭、海天塑機集團有限公司等公司參與申報的“麵向智能製造裝備的精密驅動與控製關鍵技術研究及產業化”項目獲得2018中國產學研合作創新成果一等獎。

這一結果並不令人意外,此前,該項目成果已經獲得多項省部級、全國行業科技獎及中國專利優秀獎。數字能更直觀地反映項目組取得的成果:從2011年1月1日立項以來,該項目共研發各類伺服電機及驅動器、運動控製係統、精密數控裝備等新產品80餘種,推廣核心部件10萬多套,數控裝備2萬多台。不僅如此,其所授權的發明專利達31項、實用新型專利35項,發表論文51篇、專著4部。而體現在經濟效益上,項目近3年新增產值達63.3億元、利潤達15.5億元。

“高效”“高速”“精密”“關鍵核心技術”是項目團隊負責人張馳麵對《中國科學報》采訪時提及最多的詞匯。作為中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進製造技術研究所的一名研究員、精密運動與先進機器人團隊負責人,張馳坦言,其所做的事情其實就是瞄準智能製造的核心關鍵技術做工作。

核心部件技術與國外差距顯著

談及高端智能裝備,相關領域業內人士就不能回避驅動裝置和控製係統。在中國新材料產業技術創新戰略聯盟遞交的項目推薦書中這樣描述驅動與控製係統的作用:精密驅動與控製係統是數控機床、機器人、精密注塑機、半導體製造設備等高端智能製造裝備的關鍵核心部件,是實現精密加工、節能減排和高效生產的重要保證。

“驅動裝置一般指電機係統,相當於人的心髒,為裝備提供動力;而控製係統就相當於人的大腦,解決設備‘怎麽走’‘走多準’‘走多快’的問題。”張馳告訴《中國科學報》, 電機及其驅動控製係統是智能裝備關鍵核心部件。

張馳表示,中國已成為世界第一大機床消費國、進口國和生產國,但90%的高檔數控機床仍需進口,伺服電機、驅動器、數控係統水平與國外差距顯著。

以機器人為例,2011年起,我國機器人銷售年平均增長38.5%以上,但伺服電機、驅動器、控製器、傳感器和精密減速器等核心部件技術依然遠遠落後於ABB、庫卡、日本安川和發那科等公司,絕大部分需進口,這些部件成本占機器人係統總成本的75%。

作為數控機床、機器人、精密注塑機等智能製造裝備的核心部件,張馳團隊的項目圍繞精密驅動與控製係統的關鍵技術取得了多項成果。

中國工程院院士薛群基在推薦專家意見中寫到,該項目麵向智能製造裝備核心部件精密驅動與控製係統的關鍵技術開展產學研合作研究與產業化,建立了永磁直驅電機的高推力/力矩密度、低推力/力矩波動的設計理論與方法,提出了一係列創新的伺服控製與振動抑製方法,解決了運動係統中高速與高精度的矛盾;提出了伺服電機精密冷卻結構和高性能伺服驅動方法,提高了係統可靠性和動態響應能力;發明了高速重載磁懸浮門機、自由活塞式內燃直線發電機、全電動注塑機用伺服電機及驅動控製係統,技術成果達到國際領先水平。

“研製成功一係列伺服電機及驅動器、運動控製係統及數控裝備,並在數控機床、注塑機、紡織機械等領域進行了產業化應用,取得了顯著的經濟和社會效益。”薛群基在推薦意見中肯定了該項目成果的社會轉化能力。

研製出與西門子對標的直線電機

高推力密度低推力波動直線電機是成果之一,張馳告訴《中國科學報》,該成果揭示了永磁直線電機氣隙磁密正弦化機理,建立了極間和齒頂漏磁解析模型,提出了考慮槽口影響並融入矢量控製的場路結合設計方法,發明了優化端部長度、繞組及鐵心齒的雙層交叉精密冷卻直線電機,提高了推力密度、降低了推力波動和溫升。

“伊人影院研製出了與西門子1FN3600對標的直線電機,在國內首台行程8米的複合加工中心得以應用,重複定位精度10微米。”張馳說。而這一直線電機技術也成功應用於國內首台效率37.4%的15千瓦內燃直線發電機。

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