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中国高端数控系统打破欧美垄断

内容来源:江苏经济报      浏览次数:598      更新时间:2023-08-15

我国高端制造业关键技术长期以来要看欧美垄断企业脸色的时代即将结束,南京四开电子陆启建数控系统研发团队经过20多年的前赴后继,目前已在关键核心技术上拥有了世界顶尖能力,可广泛应用于高端制造业各细分领域。

数控系统在高端制造业中扮演着极其重要的角色,随着制造业的发展和技术进步,数控系统也在不断地创新进化。然而,由于我国目前90%以上高端数控系统仍然依赖进口,这在一定程度上对国家经济高质量发展和国防安全构成了潜在风险。为了摆脱长期受制西方发达国家的技术封锁,我国从第六个五年计划开始,便将数控系统的研发纳入突破欧美技术围剿的重中之重,但直至“十三五”,40年过去了,关键核心技术仍然没有过关,继而成为制约我国高端制造业“卡脖子”的手段。

今年6月18日,第一届高端装备产业生态大会在浙江乌镇举行,大会组织者专门发文邀请南京四开数控系统研发团队技术负责人陆启建参会。陆启建认为,数控系统是国民经济高质量发展的灵魂与基础,更是体现国家意志的源头性技术,同时也直接影响到国家安全的等级。因此,能否把数控系统创新和发展的主动权牢牢掌握在中国人自己的手中,构筑支撑高端引领的竞争新优势,已成为我国制造领域抢占创新技术制高点的关键突破口。

这个观点也在今年6月科技部和工信部联合发布的《关于组织申报国家重点研发计划》中得到验证。计划明确“高性能制造技术与重大装备”第一项即为“基于国产操作系统和芯片的高端数控系统,以及国产芯片(非×86)和国产实时操作系统的高端数控装置,其主要技术攻关内容与指标分别为:一、研发基于国产芯片(非×86)和国产实时操作系统的高档数控装置;二、研发基于国产芯片(非×86)多轴同步伺服控制装置;三、研究高速实时现场总线技术研究(对标EtherCAT、DRIVC-CLia);四、数控系统功能、性能、可靠性、电磁兼容性、防护等级、散热特性、功能特性的测试验证;五、针对航空航天、汽车及新能源汽车、消费电子、半导体等重点领域的推广应用,并以此补齐国产操作系统的产业链短板,带动国内数控系统产业链上下游发展。

2022年10月,国内机床行业权威刊物《制造技术与机床》杂志刊登了陆启建等撰写的论文《数控系统的新进展》,提出了发展数控系统的新观点,并重点介绍了第七代数控系统典型案例的组织架构、背景特点以及采用数百万门级别的超大规模可编程逻辑芯片(FPGA),用HDL编程方式,融合运动插补逻辑控制、开关逻辑控制,高速数字串行通信及CPU/FPC综合管理控制等多个控制核心为一体,形成了具有数控系统专用芯片级别的、完全自主知识产权的CNC融合处理器控制核心、FPGA的可编程特性有利于SOC硬件设计的软件化、可实现在硬件设备不变动条件下持续不断地更新新系统,大幅缩短了数控系统的插件延时,CNC与驱动器之间采用高速实时串行通信。

为了精确验证该系统的功能,南京陆启建团队专门设计出小型五轴联动的光纤激光加工中心,采用IPCG200W的固体激光器和高精度(u级别)的激光头,光斑直径小于10us,还可以选配同轴CCD相机,加工时在屏幕上实时显示加工工件状态。由于激光切割在物理上几乎没有切削力,所以该机床的5个运动坐标都采用了直接驱动技术,具有极高的运行速度和加速度,切出零件的效果很好。

在SKY-SOC数控系统中,由于算力的提高,采用了双精度64位浮点运算技术,数据运算和交换的最小单位达到了皮米级别,即10-12m,0.001纳米级别。

陆启建表示,新一代数控系统的特征主要有两个方面:一是系统的架构采用SOC嵌入式、多CPU核心的集成芯片形成;二是数控系统与伺服驱动器等之间的连接采用实时串行通信的工业以太网数字通信方式(天空通信协议SKYLINK),在性能指标上优于德国SERCOSIII,其通信时间不确定性小于0.1us,有望将SKYLINK升级为行业标准或者国际标准。

当前,全球数控机床的需求正持续增长,预计到2025年将达到1000亿美元以上,这一市场的增长主要受到制造业的发展和自动化程度提高的推动,尤其是汽车、航空航天以及电子、能源等行业对数控机床的需求持续增加。中国作为全球最大的制造业国家,有着庞大的制造业基础和市场需求,对高端数控机床的需求量巨大。SOC数控系统不仅打破了欧美等国利用技术垄断扼制中国发展的企图,同时也将对我国经济高质量发展和国防安全产生重大而深刻的影响。

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