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前瞻運動控制與機器視覺技術(shù)的新發(fā)展

前瞻運動控制與機器視覺技術(shù)的新發(fā)展

——— 專訪北京和利時電機技術(shù)有限公司 常務(wù)副總經(jīng)理 王健先生
中國工控網(wǎng):我們知道,和利時電機的前身是四通電機,作為國內(nèi)為數(shù)不多的擁有自主品牌伺服類產(chǎn)品的四通電機,在國內(nèi)運動控制和機器視覺領(lǐng)域占據(jù)著重要的位置,請問公司為何更名為和利時電機?


王健:請允許我首先交代一下公司的背景。很多人了解和利時,更多的人知道有個四通。和利時電機的前身是四通電機,這個名字大家一定比較熟悉了,它是四通集團下面專注于機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的專業(yè)公司。2004年,正是我們創(chuàng)業(yè)的第十個年頭。多年來,公司一直將數(shù)字運動控制和光機電一體化作為主導(dǎo)技術(shù)發(fā)展方向,堅持原創(chuàng)技術(shù)開發(fā)和引進技術(shù)并舉的道路,1995年推出五相大功率步進電機驅(qū)動系統(tǒng),1998年率先向國內(nèi)工業(yè)界引入并推廣智能化視覺檢測系統(tǒng),2000年推出小型化正弦波全數(shù)字伺服電機,2001年網(wǎng)絡(luò)化CNC的推出等。正是靠著技術(shù)和產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新和服務(wù)理念的創(chuàng)新,使四通電機成為國內(nèi)運動控制和視覺領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一,并在加工自動化領(lǐng)域創(chuàng)造了良好的品牌形象。
和利時公司在國內(nèi)過程自動化領(lǐng)域早已是人人熟知的著名企業(yè),其技術(shù)實力和規(guī)模在國內(nèi)自動化行業(yè)當(dāng)屬一流。為了打造綜合自動化解決方案,提高核心競爭能力,2002年和利時公司向四通電機公司進行戰(zhàn)略性投資,包括資金注入和知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移,并成為我們的第一大法人股東。隨后我們將名字改為和利時電機技術(shù)公司。
更名后的公司100%保持了管理團隊的完整性和經(jīng)營策略方面的連續(xù)性,同時和利時公司在數(shù)控和現(xiàn)場總線通訊方面的核心技術(shù)和人才也轉(zhuǎn)移了過來,這樣和利時電機公司擁有精密機械機構(gòu),精密電機和驅(qū)動,數(shù)控和運動控制,工業(yè)現(xiàn)場總線,以及機器視覺方面的核心技術(shù)和產(chǎn)品,初步具備了提供全套光機電一體化解決方案的能力。

中國工控網(wǎng):綜上所述,從四通電機到和利時電機,公司具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ),請談?wù)労屠麜r電機的核心業(yè)務(wù)和主要產(chǎn)品線特點。
王?。?/b>公司多年來致力于努力開發(fā)和生產(chǎn)光機電一體化領(lǐng)域內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品,和以之為核心的自動化系統(tǒng)集成與增值服務(wù),經(jīng)過幾年高速發(fā)展,和利時電機已經(jīng)在人才、技術(shù)、市場、品牌諸方面形成綜合優(yōu)勢,在運動控制及機器視覺技術(shù)領(lǐng)域中國第一流的高科技公司。
目前公司的主要產(chǎn)品線和業(yè)務(wù)方向有:
● 運動控制電機及驅(qū)動:精密運動控制用微特電機及其驅(qū)動系統(tǒng),包括高性能步進電機、全數(shù)字永磁交流伺服電機、智能化永磁無刷直流電機及其驅(qū)動系統(tǒng),并擁有獨立品牌和領(lǐng)先的核心技術(shù)。產(chǎn)品型號多達上百種,廣泛應(yīng)用于需要高精度定位,精密調(diào)速和力矩控制的眾多領(lǐng)域。
● 精密機械傳動單元:通過引進國際先進技術(shù),最新推出交流伺服電機專用精密行星齒輪減速器系列,具有高精度、高鋼性、高負載、高效率、低慣性、低振動、低噪音、低溫升等特點。新開發(fā)的精密數(shù)控直線運動單元可以方便地滿足客戶快速開發(fā)整機產(chǎn)品的需求。該系列產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計的機械直線傳動機構(gòu),在精密控制電機的驅(qū)動下,通過數(shù)字控制軟件可以方便地實現(xiàn)運動速度和距離的柔性變化,非常適合應(yīng)用于高速、輕載、精密的運動場合。
● 網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng):在運動控制系統(tǒng)方面能夠提供一系列具有鮮明特色的產(chǎn)品,包括自主研發(fā)的基于DSP和FPGA的具有USB通訊接口的運動控制器,6000系列PCI總線運動控制板卡,以及行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)化運動控制器,可以提供符合國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,包括CAN/PROFIBUS/SERCOS等。
● 機器視覺測量系統(tǒng):公司在1998年確立機器視覺和圖像處理為重要的技術(shù)發(fā)展方向,在工業(yè)視覺處理技術(shù)領(lǐng)域我們與西門子,松下,DVT等國際著名公司有著密切的合作伙伴關(guān)系,多年來培養(yǎng)了一支具有豐富應(yīng)用經(jīng)驗的工程技術(shù)隊伍,許多視覺項目都在目標(biāo)行業(yè)內(nèi)具有開創(chuàng)性。我們既可以向客戶提供不同風(fēng)格和性價比的產(chǎn)品,也可以憑借我們在自動化行業(yè)的背景提供交鑰匙式的一攬子解決方案。
● 系統(tǒng)集成與服務(wù):以運動控制和視覺測量技術(shù)為核心的光機電一體化系統(tǒng)集成作為產(chǎn)品之外另一核心競爭能力,包括全程技術(shù)支持、控制與測量方案咨詢、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計開發(fā)、以及整機和流水線設(shè)計制造。公司憑借專業(yè)知識和市場品牌,已成為多家先進自動化廠商的授權(quán)系統(tǒng)集成商或核心合作伙伴。在半導(dǎo)體、電子、汽車、制藥和食品包裝等領(lǐng)域,我們將為客戶帶來控制的精細化和檢測的自動化。


中國工控網(wǎng):與直流伺服驅(qū)動相比,交流伺服驅(qū)動的發(fā)展歷史并不長,但取得了快速發(fā)展,請談?wù)劷涣魉欧c直流伺服和液壓伺服的各自特點和應(yīng)用范圍,并預(yù)測一下交流伺服技術(shù)的發(fā)展趨勢。
王健:一般認為凡是需要對速度,位置和力矩進行精密控制的系統(tǒng)就是伺服系統(tǒng),因此液壓伺服當(dāng)然在我們的討論之列。液壓系統(tǒng)能夠傳遞巨大的力矩,控制簡單,可靠性高,在整個速度范圍內(nèi)保持恒定的力矩輸出,主要應(yīng)用在重型設(shè)備和一些關(guān)鍵場合,比如機場設(shè)備。不過液壓系統(tǒng)存在泄漏和維護問題,體積笨重,因此早已不是應(yīng)用的主流。不過值得注意的是最近有人將電氣伺服(如大功率步進和交流伺服)和液壓伺服技術(shù)結(jié)合,形成電液伺服缸,某種程度上彌補了以上弱點。
直流伺服一直是應(yīng)用非常成熟的系統(tǒng),直流電機具有非常簡單的控制策略以及很好的控制性能,在交流伺服發(fā)展起來之前廣泛得到應(yīng)用,功率范圍從幾瓦一直到幾十千瓦。但是直流電機致命的缺點是電刷的存在帶來電磁兼容,火花,磨損等一系列問題,并且難以達到很大的功率和超高速。人們通過材料和工藝的改進來盡量提高直流伺服的生命力,因此仍將在相當(dāng)長的時間內(nèi)得到應(yīng)用,只是市場份額會持續(xù)下降。
交流伺服系統(tǒng)采用的電機,無論是同步還是異步,都是無刷電機,因此本質(zhì)上消除了直流伺服的維護問題。交流伺服最近的快速發(fā)展得益于控制和電子技術(shù)的日新月異,以及永磁無刷電機設(shè)計技術(shù)的提高。交流伺服系統(tǒng)的性能不斷提高,價格不斷下降,正快速接近和達到直流伺服的水平。伺服控制技術(shù)是比傳動控制更高等級的技術(shù),我們從最近十年里看到的交流電機變頻調(diào)速取代直流電機調(diào)速的場面,隨著技術(shù)的發(fā)展,也正在伺服領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)。我們看到從幾十瓦到幾十千瓦的主流功率范圍內(nèi),交流伺服都在取代直流伺服和液壓伺服。只是把更小功率和更大功率的范圍留給了后者。
以和利時電機為代表,包括華中數(shù)控和廣州數(shù)控在內(nèi)的一批本地公司在交流伺服的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面走在國內(nèi)同行的前列,不過和國際水平相比差距仍然很大,需要進一步加快實現(xiàn)低成本、高性能數(shù)字伺服電機及其驅(qū)動控制裝置的產(chǎn)業(yè)化進程。近期技術(shù)發(fā)展的重點是:發(fā)展智能化控制理論的應(yīng)用、開發(fā)專用芯片技術(shù)、功率模塊技術(shù)與各種現(xiàn)場總線技術(shù),驅(qū)動器方面實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊、控制和驅(qū)動的一體化。電機方面主要發(fā)展高性能永磁同步電機,努力提高電機的動態(tài)性能和穩(wěn)定性,另外就是提高國產(chǎn)編碼器的技術(shù)等級和降低成本。

中國工控網(wǎng):近年來,隨著加工業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)機械行業(yè)保持著持續(xù)穩(wěn)定的增長,OEM領(lǐng)域成為運動控制和伺服應(yīng)用的重要市場,請結(jié)合中國加工業(yè)環(huán)境談?wù)勥\動與伺服市場的應(yīng)用狀況和應(yīng)用趨勢。
王健:我們都清晰的記得上世紀(jì)90年代初交流變頻技術(shù)在中國迅速普及的場面,一開始只有很少的幾家國外公司比如富士和三肯,后來出現(xiàn)了很多國內(nèi)的公司看到市場的巨大而進入這個領(lǐng)域,但是其中大部分沒有生存下來,少數(shù)在競爭中幸存并強大起來,進而更多的國際公司進入市場進行白熱化的競爭,市場規(guī)模迅速擴大,但是利潤率也直線下降。現(xiàn)在,市場上同時存在著日系,歐美系,臺灣系和本土系企業(yè)。在廣闊的市場中,大家都找到自己的位置,整個行業(yè)經(jīng)過比較充分的競爭以后趨于穩(wěn)定。
運動控制和伺服的市場不像變頻和PLC市場那么大,現(xiàn)在還是屬于技術(shù)含量相對較高的領(lǐng)域。但是近幾年技術(shù)發(fā)展非??欤瑑r格下降的幅度也很大,行業(yè)應(yīng)用也比較多,人們開始接受交流伺服和專用運動控制器對于提高設(shè)備柔性,提高生產(chǎn)率的作用。幾年前人們還在努力采用大功率步進電機進行定位控制,因為價格便宜,控制簡單。現(xiàn)在大多轉(zhuǎn)移到使用交流伺服。運動控制器的被接受要稍微慢一些。同時我們也看到還有更多的行業(yè)和廠家沒有開始采用伺服技術(shù)。從競爭的角度說,伺服似乎處在變頻器市場10年前的情況。我的感覺,中國各地,各行業(yè),行業(yè)中各企業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平差異很大,在這樣一個快速變革的社會里,幾乎所有的技術(shù)都會找到用武之地,絕對的先進與否沒有太大的意義,關(guān)鍵是對用戶是否適用,對他自己是否先進。就像我們自己的公司,一方面交流伺服技術(shù)得到快速發(fā)展,市場前景看好;一方面步進電機仍然在發(fā)展,并在某些行業(yè)或領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位。
從市場發(fā)展趨勢看,交流伺服性價比提高,在定位方面會取代一部分大功率步進電機市場,在精密調(diào)速方面會取代一部分交流變頻的市場,或者說不叫取代,而是奪回原本屬于自己的市場。中國交流伺服市場目前不超過10萬臺,但是日本每年生產(chǎn)超過100萬臺,大部分國內(nèi)市場消化掉,可以想象隨著中國工業(yè)化的快速發(fā)展,中國成為世界制造加工基地,交流伺服的應(yīng)用前景有多么廣闊。

中國工控網(wǎng):在運動控制系統(tǒng)中,有基于PC的運動控制卡,也有帶運動控制功能的PLC,還有專業(yè)的運動控制器。請談?wù)労屠麜r電機在系統(tǒng)應(yīng)用中是如何選擇運動控制器的?
王?。?/b>我們公司10年前開發(fā)運動控制用電機,早在1998年之前就成立了自己的系統(tǒng)集成部門,幫助客戶選擇合適的運動控制方案,因此接觸了很多不同廠家的運動控制產(chǎn)品,這里面包括PC板卡系統(tǒng),PLC系統(tǒng)和專用控制系統(tǒng)。今天,我們自己也開發(fā)專用的運動控制系統(tǒng),但是仍然保持了不少PLC和板卡系統(tǒng)的銷售。在應(yīng)用中如何評價和選擇不同平臺的控制系統(tǒng)很關(guān)鍵。
客戶應(yīng)當(dāng)首先評價自己的應(yīng)用,運動控制部分在整個系統(tǒng)控制部分(比如I/O,人機,通訊等)的比重,技術(shù)復(fù)雜程度(比如多少個軸需要同時控制,是否有插補,是否同步運動,對軸運動的實時性<

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