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华中科技大学技术创新纪实:用数控机床"大脑"装备"中国智造" | 高校科技40年
中国中小企业天水网 (www.smets.gov.cn) 时间:18-12-29 15:49:07   来源:中国教育和科研计算机网
 

  ——华中科技大学高档数控系统关键技术及产业化成果纪实
  背景介绍
  高档数控机床是高端制造业的“工业母机”,代表国家制造业的核心竞争力。数控系统是数控机床的“大脑”,国外一直将其作为战略性关键核心技术,长期对我国进行技术封锁和行业垄断。高档数控系统受制于人的不利局面,严重制约我国高端制造业的发展,影响我国国防安全、产业安全和工业信息安全。
  从1982年到1985年,日本东芝机械公司向苏联出口8台数控机床,这些先进设备彻底改变了当时冷战时期美苏在核潜艇乃至航空母舰上的战略竞争,使北约和美国在海军舰艇方面一下子失去了原有优势,这就是历史上著名的东芝事件。1999年的考斯特报告,2010年的伊朗离心机时间,以及近期的中美贸易摩擦,这一系列事件都充分说明发展自主可控的高档数控机床和高档数控系统的重要战略意义。
  数控系统技术是机械制造和控制技术相结合的产物,是当今高端装备制造业的核心技术之一。数控技术和芯片技术一样,“要不来、买不来、讨不来”,必须立足自主创新,自己掌握核心技术。在经济全球化和信息技术革命的影响下,国际制造业正在发生深刻变化,制造业的规模和水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。数控机床特别是高档数控机床是国际装备制造业竞争的热点领域,数控系统是数控机床的“大脑”,国外一直将其作为战略性关键核心技术,长期对我国进行技术封锁和行业垄断。
  伴随着改革开放40年的脚步,华中科技大学肩负用“中国大脑”装备“中国制造”历史使命,推动国产数控系统的技术进步和产业化。1974年成功研制数控镗铣床。1999年跨学科成立数控工程中心。1993年研制基于PC的华中I型,实现技术创新。1998年研制模拟脉冲式华中Ⅱ型,实现产业化。2008年研制数字总线式华中8型,实现技术跨越。2018年,智能华中9型投入研发,迈向新的征程。
  全面追赶,缩小差距,实现跟跑
  2009年,国家启动科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”(以下简称“04专项”),支持国内数控系统企业提升技术水平,攻克了运动控制技术、平台化技术、网络化技术和智能化技术等4方面关键核心技术,突破高档数控技术瓶颈,全面缩小与国外的差距。
  在国家重大科技项目和企业支持下,华中科技大学陈吉红教授团队“产学研用”联合攻关,在几代技术攻关成果的基础上,重点解决了性能、功能、可靠性、成套性和智能化等五大难题,将云计算、大数据、人工智能等信息技术与数控系统深度融合,在国内外率先提出了新一代智能数控系统和智能机床,成功研制出具有自主知识产权的高档数控系统华中8型数控系统成套产品并产业化;构建了全数字高可靠、开放式数控系统软硬件平台,实现了机床互联和数据共享;研发了多轴联动及多通道协同控制、主轴同步控制与伺服轴位置同步控制技术,实现多轴联动、多通道协同等多轴耦合运动的复杂轨迹控制;提出了高速纳米插补技术、面向高速高精和高刚度的伺服控制技术,满足了高速高精加工需求。
  成果鉴定:自主可控的数控系统,全面达到国际先进水平,可替代进口,为中国智能制造提供了智能平台。
  砥砺前行,迈向并跑,局部超越
  2012年,团队在国内外首次研制云计算架构的智能化数控系统,创新性地解决了我国高档数控系统软硬件体系结构云端扩展、本地软硬件升级模式等问题。科技部评价:“总体技术达到国际领先水平。”
  2017年,团队在国内外率先提出并研制新一代智能数控系统和智能机床,2018年在上海机床展一经推出,即引起业界的广泛关注。基于华中数控的智能数控系统软硬件平台,数控技术领域将构建一个完整的、基于自主平台的智能新心态。
  发挥产学研一体化优势,斩获产业化丰收硕果
  华中科技大学这一科研成果在沈飞、成飞、航天八院、核九院、普什宁江等2000多家企业应用近10万台套,实现了航空航天、能源动力、汽车及其零部件、3C制造、机床等领域高档数控装备和武器装备的批量应用,年营业收入近10亿元,为我国高档数控装备的自主可控提供了重要技术保障。从2011年10月至2016年3月结束,时间跨度长达5年统计结果表明,“华中8型”高性能数控系统的平均故障间工作时间(MTBF)已经达到2万个小时左右。
  在航空航天领域加工制造方面的应用,国产高档数控装备实现了“零的突破”。陈吉红教授团队入选2014年科技部重点领域创新团队,入选2017年高校十大科技进展。获得发明专利250多项、软件著作权148项,形成国家和行业标准13项,获得国家科技进步二等奖2项,省部级一等奖5项。
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