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高性能數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化

1、華中8型高檔數(shù)控系統(tǒng) 國(guó)家重大科技專項(xiàng)成果高速高精·多軸多通道·智能控制華中8型高檔數(shù)控系統(tǒng)是華中數(shù)控研發(fā)的新一代全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)，突破了一批關(guān)鍵核心技術(shù)，如：NCUC高速現(xiàn)場(chǎng)總線，多通道、多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，納米插補(bǔ)技術(shù),前瞻預(yù)讀功能，小線段高速平滑，雙軸同步控制，刀具空間長(zhǎng)度補(bǔ)償（RTCP），復(fù)合加工，誤差補(bǔ)償，對(duì)話式式編程等。2016年4月10日，華中8型通過(guò)中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為“該系統(tǒng)各項(xiàng)功能、性能、可靠性達(dá)到國(guó)外同類系統(tǒng)水平，可替代進(jìn)口”。2018年，華中8型高檔數(shù)控系統(tǒng)榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。目前，華中8型數(shù)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)臺(tái)銷售。其中，既包括量大面廣的數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控銑床、立式加工中心、臥式加工中心、鉆攻中心等中、高檔數(shù)控機(jī)床，還包括與重大專項(xiàng)配套的近千臺(tái)高檔數(shù)控機(jī)床，產(chǎn)品覆蓋十余類規(guī)格的機(jī)型，領(lǐng)域涉及航空航天、軍工、能源裝備、汽車制造、3C加工等，是配套最多的國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)。 2、華中9型-新一代人工智能數(shù)控系統(tǒng) 華中數(shù)控本次展會(huì)隆重推出的華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)，集成AI芯片，融合AI算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的自主感知、自主學(xué)習(xí)、自主決策和自主執(zhí)行，是新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的典范，為數(shù)控機(jī)床智能化構(gòu)筑開(kāi)放平臺(tái)，為先進(jìn)制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化開(kāi)創(chuàng)路徑。 Part 1: 構(gòu)筑智能新平臺(tái) HNC9智能數(shù)控系統(tǒng)（E1-A201）新一代智能數(shù)控系統(tǒng)——華中9型，踐行“智能+”為機(jī)床賦能的創(chuàng)新理念，構(gòu)筑人（H）-機(jī)（P）-信息（C）融合的數(shù)字孿生系統(tǒng)（S）（HCPS）。華中9型深度融合大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，打造“端-邊-云”的智能體系架構(gòu)，形成三個(gè)平臺(tái)：集成AI芯片的智能硬件平臺(tái)、支持AI算法的智能軟件平臺(tái)、構(gòu)建智能APP生態(tài)的開(kāi)放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“1-3”的體系創(chuàng)新。 Part 2: 踐行智能新模式華中9型遵循“自主感知-自主學(xué)習(xí)-自主決策-自主執(zhí)行”的新模式，構(gòu)建機(jī)床數(shù)字孿生，探索機(jī)床實(shí)現(xiàn)智能的新方法！自主感知：指令域大數(shù)據(jù) 獨(dú)創(chuàng)的指令域大數(shù)據(jù)分析方法，采集、匯聚數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電控大數(shù)據(jù)和外部傳感器數(shù)據(jù)，形成指令域“心電圖”，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)與加工工況的關(guān)聯(lián)映射，構(gòu)建由機(jī)床全生命周期大數(shù)據(jù)描述的數(shù)字孿生。自主學(xué)習(xí)：融合建模借助具有“因果關(guān)系”的數(shù)理模型和具有“關(guān)聯(lián)關(guān)系”的大數(shù)據(jù)模型，獨(dú)創(chuàng)性地將數(shù)理模型與大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行融合建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)行為的自學(xué)習(xí)和認(rèn)知理解，構(gòu)建由機(jī)床動(dòng)態(tài)模型描述的數(shù)字孿生。自主決策：i代碼利用所獲得的數(shù)字孿生，進(jìn)行虛擬加工，并預(yù)測(cè)加工效果。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，自動(dòng)進(jìn)行多輪優(yōu)化迭代，最終生成多目標(biāo)智能優(yōu)化的“i代碼”，實(shí)現(xiàn)自主決策。自主執(zhí)行：雙碼聯(lián)控獨(dú)創(chuàng)的雙碼聯(lián)控技術(shù)，讓傳統(tǒng)數(shù)控加工的“G-代碼”（第一代碼）和多目標(biāo)智能優(yōu)化的“i-代碼”（第二代碼）同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、可靠、安全的數(shù)控加工。華中9型以融合建模為核心，以“指令域心電圖”、“i代碼”和“雙碼聯(lián)控”為關(guān)鍵技術(shù)，形成“1-3”的技術(shù)創(chuàng)新，支撐著華中9型實(shí)現(xiàn)“自主感知-自主學(xué)習(xí)-自主決策-自主執(zhí)行”智能創(chuàng)新的新模式。 Part 3: 打造智能新應(yīng)用華中9型圍繞“質(zhì)量提升、工藝優(yōu)化、健康保障、生產(chǎn)管理”四類智能化應(yīng)用場(chǎng)景，華中9型支撐用戶開(kāi)發(fā)智能APP，打造機(jī)床智能應(yīng)用新生態(tài)。 1、四類應(yīng)用 1）質(zhì)量提升（1）智能輪廓誤差補(bǔ)償高速高精是數(shù)控加工永恒的主題。加工速度越高輪廓誤差越大，如何保障高速加工時(shí)零件加工精度，是智能化需要解決的難題之一。華中9型通過(guò)建立機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和大數(shù)據(jù)融合模型，精確預(yù)測(cè)零件輪廓誤差，生成輪廓誤差補(bǔ)償?shù)?ldquo;i代碼”，有效提升零件的輪廓精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)床動(dòng)態(tài)精度的“由絲入微”。（2）熱誤差補(bǔ)償熱誤差是機(jī)床的主要誤差來(lái)源之一，熱誤差補(bǔ)償是提升機(jī)床加工精度的重要手段。華中9型利用機(jī)床溫度數(shù)據(jù)、內(nèi)部電控?cái)?shù)據(jù)和機(jī)床熱變形數(shù)據(jù)，訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)機(jī)床熱變形規(guī)律，對(duì)熱變形進(jìn)行補(bǔ)償，保持機(jī)床加工精度的穩(wěn)定性，縮短熱機(jī)時(shí)間。 2）工藝優(yōu)化加工工藝參數(shù)與數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工能力的自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)加工效率的最大化，是數(shù)控機(jī)床加工永恒的目標(biāo)，也是智能化在數(shù)控機(jī)床上發(fā)揮作用的重要場(chǎng)景。華中9型建立切削機(jī)理與切削大數(shù)據(jù)的融合模型。通過(guò)虛擬加工，精確預(yù)測(cè)機(jī)床響應(yīng)，并進(jìn)行迭代優(yōu)化，生成優(yōu)化“i代碼”。在加工中自主優(yōu)化工藝參數(shù)，有效提高加工效率。 3）健康保障機(jī)床運(yùn)維困難且復(fù)雜，故障后維修是行業(yè)常態(tài)。讓數(shù)控系統(tǒng)像經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)床運(yùn)維工程師一樣，從機(jī)床運(yùn)行時(shí)的蛛絲馬跡中辨別機(jī)床健康狀態(tài)的變化，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床可預(yù)測(cè)性維護(hù)的關(guān)鍵。華中9型通過(guò)運(yùn)行獨(dú)創(chuàng)的機(jī)床健康狀態(tài)“鐵人三項(xiàng)”自檢程序，提取、積累機(jī)床全生命周期運(yùn)行大數(shù)據(jù)，融合AI算法，建立機(jī)床健康指數(shù)變化模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床健康狀態(tài)的評(píng)測(cè)和預(yù)警。 4）生產(chǎn)管理機(jī)床從生產(chǎn)、裝配到加工運(yùn)行過(guò)程，缺乏對(duì)機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、分析、記錄的工具，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床全生命周期的監(jiān)測(cè)與管理。華中9型通過(guò)數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通訊協(xié)議NC-Link，匯聚機(jī)床裝配、調(diào)試、補(bǔ)償、健康保障及使用過(guò)程數(shù)據(jù)。在iNC-Cloud工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，建立機(jī)床數(shù)據(jù)檔案，實(shí)現(xiàn)機(jī)床全生命周期的運(yùn)維和管理。 2、N個(gè)智能機(jī)床以華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)為平臺(tái)，與秦川機(jī)床集團(tuán)等機(jī)床企業(yè)，“深度融合，聯(lián)合攻關(guān)，協(xié)同創(chuàng)新”，研制了智能精密加工中心、智能五軸加工中心、智能高速輪轂加工中心、智能車削中心、智能凸輪軸磨床、智能螺桿磨床、智能滾齒機(jī)等不同領(lǐng)域、多種類型的智能機(jī)床。推動(dòng)機(jī)床的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力機(jī)床動(dòng)態(tài)精度由絲入微。在智能五軸加工中心中，通過(guò)綜合應(yīng)用輪廓誤差補(bǔ)償、靜摩擦力補(bǔ)償、工藝參數(shù)優(yōu)化等智能化技術(shù)，小葉輪加工效率與加工質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平。在智能精密加工中心中，通過(guò)綜合應(yīng)用空間誤差補(bǔ)償、智能溫度管控、智優(yōu)曲面等智能化技術(shù)，使得新能源汽車渦旋壓縮機(jī)零件加工精度提高到0.006mm以內(nèi)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。此次展會(huì)期間，華中數(shù)控與多家機(jī)床企業(yè)一起聯(lián)合研發(fā)的配置華中9型智能數(shù)控系統(tǒng)的iNC-MT智能機(jī)床即將首秀！ Part 4: 引領(lǐng)智能新路徑新一代人工智能技術(shù)與數(shù)控機(jī)床融合應(yīng)用，將為數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的變革和發(fā)展機(jī)遇。華中9型實(shí)現(xiàn)了1架構(gòu)，3平臺(tái)，1核心，3關(guān)鍵，結(jié)合4類場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了N種機(jī)床的智能實(shí)踐，形成華中9型“13134N”體系，將推動(dòng)數(shù)控機(jī)床“提質(zhì)增效，由絲入微”，引領(lǐng)數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。華中數(shù)控，與智能技術(shù)“同頻共振”，助中國(guó)制造“開(kāi)道超車”。

華中科技大學(xué) 2021-05-11

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