摘要：10月13日2016杭州云栖大会拉开帷幕，智能工业专场的武汉华中数控股份有限公司陈吉红带来了“从德国工业4.0看传统机械装备智能化”的重要演讲。本文从工业4.0和智能手机的启发开始谈起，重点分享了基于工业4.0思维的智能机床和智能数控系统，进而解释了华中8型数控系统，最后对华中数控做了简要介绍。

 

以下内容根据演讲PPT及现场分享整理：

以下为精彩内容整理：

 

工业4.0战略

工业4.0利于移动互联网、大数据、物联网技术，建立物理-信息融合（Cyber-Physical）系统，推动制造业向服务业转型。

发展智能制造已上升为国家战略，中国制造2025”的主攻方向是智能制造，也是“互联网+制造”的制高点。

 

智能数控机床

智能机床是具有自感知、自调节、自诊断、自适应及通讯功能，能够实现最优化加工的高性

能机床。国外智能机床具有智能测量、实时补偿、加工优化、工具管理、远程监控诊断等功能，但这些技术二十年前就已经有了，只不过因为在实际应用中不好用而没有推广。

 

智能手机的启示

智能手机可以无线接入互联网、具有PDA功能、具有开放性操作系统、人性化且功能强大。智能手机中内置很多传感器，在Android、iOS操作系统支持下，成千上万个第三方应用软件，利用传感器和网络的信息和知识，实现智能操控和决策，大大扩充了手机的应用领域。手机是云计算、云服务的技术平台。

 

美国的CPS

8项计划+3项集成+4大主题+1个网络，构成了工业4.0架构。

GE的商业模式转型，远程采集航空发动机的运行数据（转速、温度、油耗、推力、振动………），物理的发动机在天上飞，地面有一个发动机数字双胞胎。

建立发动机运行状态健康的智能化监控、预警、维护系统商业模式转型：发动机制造à发动机租赁全生命周期服务。移动互联网、大数据、物联网、传感器、智能化等新技术的应用，加速了制造业向服务业的转变。

通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结 合软件和大数据分析，我们可以突破物理和材料科学的限制，改变世界的运行方式。到2030年，工业互联网革命可以为全球GDP贡献大约15万亿美元，相当于增加一个美国。

工业以太网

2006年AMT支持的MTConnect协会制定了MTConnect协议。典型的应用模式是将数控系统作为数据的服务端，远程电脑当客户端来收集、处理数据。会员单位包括Mazak、Okuma、Hurco、Fanuc、GE、富士康等。提供了车间云计算在网络上数据传递的规范。

物理-信息融合系统（Cyber-Physical System）

用好零件心电图和后面零件心电图的对比，判断生产系统的健康状态。

 

基于工业4.0思维的智能机床和智能数控系统

总目标

以西门子840D为目标。

• 提升国产高档数控系统性能，充实功能，部分功能实现创新性超越；

• 解决国产高档数控系统产品不成套、功能不足、规格不全的问题；

• 建立高档数控系统（包括驱动装置及各类电机、电主轴等）的综合验证平台；

• 在功能、性能、系列化、成套性和可靠性方面，全面达到西门子840D的水平。

华中8型高档数控系统

高档数控系统关键技术取得突破，开发了华中8型系列化高档数控系统，依托国家科技重大专项项目，成功研发“华中8型”高档数控系统。最大通道数为10通道，每通道最大联动轴数为9轴，每通道最多主轴数为4轴。

建立国产数控应用示范基地

联合攻关，协同创新。为04专项课题研发了近400台高档数控机床配套。

配华中8型的沈飞进口龙门五轴机床和加工的S件。

中国机械工业联合会组织院士、专家对项目进行科技成果鉴定。一致认为华中数控在我国数控系统后发追赶，面临更严苛要求的应战压力下，奋力拼博，历经几代技术攻关，开发出了华中8型为代表的自主可控的数控系统，全面达到国际先进水平，为高档数控机床重大专项作出了突出的贡献。构建了系统平台化、网络化，有创新的智能数控系统，为中国智能制造提供了智能平台。

华中8型智能数控系统（iNC）的三大技术平台

1.         开放式数控系统软、硬件技术平台

支持多种伺服电机：力矩电机；旋转电机；直线电机；电主轴；液压伺服油缸。开放式体系结构是完善的二次开发平台。

2.         大数据采集、传输与储存技术平台

支持多种传感器：直线光栅尺；旋转光栅尺；电阻尺；温度热电偶；振动（加速度）；力传感器；声发射传感器等。

数控系统蕴含大量实时工作状态数据。比如：

• 运动轴状态：电流、位置、速度、温度等

• 主轴状态：功率、扭矩、速度、温度等

• 机床运行状态数据：温度、振动、PLC、I/O、报警和故障信息等

• 机床操作状态数据：开机、关机、断电、急停等

• 加工程序数据：程序名称、工件名称、刀具、加工时间、程序执行时间，程序行号等。

数控机床工作状态大数据与加工指令密切相关，与零件加工质量、精度和加工效率之间存在内蕴的映射关系。

以前信号都是在时域和频域进行分析，但仅仅这样不能说明机床在做什么，于是我们加了指令域，使用指令域示波器。

3.         云计算、云服务技术平台

在Hadoop和Spark基础上做了云计算平台，推出了云服务系统。

华中8型智能数控系统（iNC）的智能模块

利用控制信息、传感信息、网络信息，实现从数控设备的运行、加工、操作和编程等环节中，替代人脑，完成工作。包括：智能管理、智能调试、智能补偿、智能加工、健康保障、网络销售平台、租赁服务、云端工厂（C2C）。

通过云数控服务平台可以实现智能管理。对车间进行监控：

• 可缩放的车间布局图 清晰的了解车间运行的状况；

• 查看数控面板；

• 程序信息和程序仿真；

• PLC 梯图、寄存器状态；

• 加工过程中的心电图，实现10ms级的电流负载实时播放，并和G代码行号对应。

我们还可以进行效率统计和故障率分析。

面向数控加工车间的智能解决方案

云管家

基于云系统的信息平台能提供贴身的管家式服务，无论何时何地，无需冗长的报告，只需点击终端，所有信息尽在掌握。

云维护

基于云系统的维护平台提供远程故障诊断服务，自动发送故障提醒短信，支持基于地理位置的故障报修，专家远程在线检测，轻松完成系统诊断、升级、备份、恢复。

云智能

基于云端强大的服务器资源和专业软件的增值服务，分享华中数控及第三方公司在编程、工艺、优化的专有功能，也可以将“您的特色应用”有偿共享给所有其他用户，使数控系统更智能、更专业。

东莞劲胜-国家智能制造示范工厂

该示范工厂拥有10条产线，180台钻攻中心，72台机器人，25台RGV，15台AGV小车。

主要特点是三国（国产智能装备、国产工业软件、国产数控系统）、六化（装备自动化、决策自主化、信息集成化、过程可视化、生产柔性化、工艺数字化）、一核心（智能工厂大数据）。

集成原则：松耦合性、数据健壮性、接口规范、设计规范、可扩展化。

基于指令域大数据的智能化技术

工艺参数智能优化

3C行业对数控机床的高速高精加工性能有很高的要求，对加工效率尤其敏感。对一个3000台机床规模的3C加工车间，若单件加工效率提升10%，意味着可节省300台机床的费用。

智能化刀具断刀检测技术

发明了基于指令域大数据的智能化刀具断刀检测技术，保障了机床和生产线的加工安全。对数控机床切削过程的“心电图”进行7×24小时监控，通过机器学习算法实现在线刀具断刀监控。

 

华中数控

华中数控是国家数控系统工程技术研究中心，不仅自己有产业，还支撑了学校的若干个研究院。华中数控遵循着“一核心二主体”发展战略，一核心是数控系统，二主体是数控机床和工业机器人。

华中数控自主知识产权系列数控系统：

• 年产中、高档数控系统10000台套，占国产普及型数控系统市场30%；

• 系统控制轴数从2轴到8轴，满足用户从低端到高端的需求；

• 是目前国家少数拥有成套核心技术自主知识产权（包括数控装置、伺服驱动装置及主轴驱动装置等）和自主配套能力的企业之一。