伺服时代 标准先行

文:2016年第四期

    2016年8月19日,由中国传动网与哈尔滨工业大学共同发起的中国运动控制产业联盟在哈尔滨工业大学活动中心举办了2016第三季伺服与运动控制论坛。本次会议特别邀请哈尔滨工业大学杨明教授等多位学界专家介绍了目前国内伺服驱动、主轴电机、伺服力矩电机以及直线电机等多项技术标准和检测中心的建设情况,参加本次会议的40多家伺服电机、伺服驱动器、运动控制、减速机、配件厂商的近50多位业界代表纷纷畅所欲言,围绕2016年中国伺服及运动控制市场的现况、技术发展、资本动向、国产伺服品牌建设、伺服行业标准如何落地等等进行了深入的探讨。

一、伺服驱动及电机测试标准建设最新发展
1、交流驱动单元性能测试与测试平台

图1哈尔滨工业大学李立毅教授

图2哈尔滨工业大学杨明教授

    会议伊始,李立毅教授代表哈尔滨工业大学致欢迎辞。

    哈尔滨工业大学杨明教授重点介绍了国家科技重大专项——高档数控机床与基础制造装备“伺服驱动及电机测试规范、标准研究与测试平台建设”的研究成果,其中包括22项伺服驱动及电机性能测试规范、伺服驱动及电机关键技术研究等内容。该项目主要解决了高档数控机床适应性需求、规范、标准滞后于技术发展,测试技术与装备缺失,检测与评价脱节,可靠性等重大问题;加强了伺服驱动及电机测试技术的研究和检测平台的建设;实现了独立、公正、客观、科学、准确的集成评测,从而有助于改善目前伺服检测体系落后的现状。

    另外,杨明教授还详细介绍了目前交流伺服驱动单元性能测试与平台建设的最新成果。尽管国标JB/T10184-2000《交流伺服驱动器通用技术条件》规定了产品的测试条件,但现代伺服已突破了这些限制条件,国标测试项目和评价标准中没有详细规定,缺乏可操作性,因此亟需加强这一方面的标准建设。哈工大重点的研究方向包括:自整定控制器参数在环路中的位置、最优参数自整定功能测试、评定技术与装置、电机对拖加载测试平台、机械谐振自动抑制(机械谐振频率检测以及机械谐振抑制效果两部分)、机械谐振抑制功能测试技术与装置、机械传动间隙抑制功能测试技术与装置,以及电流环、速度环及位置环带宽等。

2、高速主轴电机测试标准及方法

图3哈尔滨工业大学曹继伟副教授

    主轴电机一般应用于机床装备中的直驱型动力装备,通常主轴电机的最高转速会超过1万转以上,且现阶段主轴电机主要分为异步主轴电机和永磁同步主轴电机两种。

    针对高速主轴电机,目前哈工大主要研究的测试内容包括:重新定义了主轴电机的S2、S6状态下的额定功率;首次定义了主轴电机的功率密度概念;规定了主轴电机的过载能力;规定了主轴电机最高转速、额定转速的概念;规定了主轴电机基本测试方法。另外,在主轴电机测试平台的建设上,哈工大主要研究的内容有:新型测功机的高功率密度设计技术;多功能测试技术,以及高频电信号快速处理及精确数据采集技术。

3、直线电机测试平台建设及测试标准

图4哈尔滨工业大学张鲁副教授

    直线电机主要应用于高档数控机床,特别是精密高速加工机床、特种加工机床、大型机床中。直线电机静态特性测试主要是研究直线电机定位力、静特性、推力线性度、单边磁拉力的测试方法、测试规范、标准及测试装置。直线电机动态特性测试主要是研究峰值电流、推力常数、推力波动、输出/输出功率、效率、过载能力和定位精度。直线电机参数测试包括:绕组电阻、绕组电感、反电动势常数、电气时间常数、电机常数。哈工大目前着重研究的项目有:直线电机加载测试技术及测试装置、直线电机定位力测试技术及测试装置、直线电机推力系数测试技术及测试装置、直线电机测试台规划方案等。

4、力矩电机综合测试平台

图5哈尔滨工业大学胡建新副教授

    首先,该平台定义了工作区、连续堵转转矩、连续堵转电流等关键术语,并针对分装式力矩电机、组装式力矩电机和普通力矩电机进一步规定了可测试项目。其中,目前哈工大重点研究的内容包括:力矩电机齿槽定位转矩测试技术、力矩电机转矩波动系数测试技术、力矩电机低速平稳性测试技术,力矩电机可靠性测试台,以及各种规格的分装式力矩电机测试台、组装式力矩电机测试台等等。

5、标准化建设为行业发展带来有价值的指导作用

图6上海会通自动化科技发展有限公司董事长、中国运动控制产业联盟理事长苏崇德

    随着哈工大在伺服驱动及电机测试规范、标准研究与测试平台建设的不断完善,需要大家认真思考的一个问题是,这些对于我们产业界来说,究竟能够带来哪些实质帮助。我认为,中国伺服/运动控制行业的标准化建设,可以以一个第三方、中立的技术测试平台为目标,认真研究世界先进技术的发展趋势,同时也可以较客观地对目前国内产品现况作评估,两方面结合起来,以此对中国伺服/运动控制行业的发展带来更有价值的指导作用,帮助企业提升产品性能、技术水平,满足客户更高层次的应用需求,实现先进技术的商品化过程。这是一项非常细致的工作任务,涉及的面较广,需要联合产、学、研等多方力量,共同完成整体行业的技术升级,拉近与国际先进技术规范水平的差距,真正实现中国伺服运动控制行业标准的落地实施。

6、标准化建设平台可以协助厂商提升技术研发水平

图7高创传动科技开发(深圳)有限公司总经理徐曾祥

    采用不同的测试手段,所得到的测试结果也会不一样,我们可以在参考国外测试方法的基础上,尽量根据中国市场的具体应用情况作更多的补充和完善。同时,在与产业界的结合方面,目前哈工大建成的这些测试平台可以在协助企业提高技术水平上发挥更大的作用。例如,企业可以把他们新研发的产品拿到哈工大的这些测试平台上做检测,测出各项性能参数,其中特别针对一些表现较弱的产品性能参数作认真的分析研究,为企业提供改进产品品质的建议和方案,帮助企业达到技术升级的目标。

    此外,除了伺服电机之外,运动控制行业其它产品线的标准化建设也同样非常重要,包括驱动器、编码器以及产品的安全性能等等,这一系列国内行业标准都需要加快建设步伐。

7、行业标准需要与实际应用相结合

图8武汉登奇机电技术有限公司副总经理傅江治

    中国伺服运动控制行业的标准化建设发展非常迅速,这是大家有目共睹的。由于伺服电机是一个新兴产品,因此,在学术研究之外,标准化建设还可以紧密联系目前各种实际应用情况,做更多细致的调查、研究和分析,强化标准的可操作性,更好地促进伺服运动控制行业标准的落地实施。例如,对于伺服电机的定义,基于实际的工作特性,因而首先要考虑的是电机的动态性能和可控制性,然后是功率传递的效率等等;再如,如何从电机+驱动这一整体系统的角度,来公正、客观地评估产品性能;另外,工作区的定义对于主轴电机来讲也是十分重要的,目前不同厂商标注的工作区都不一样,对工作区的划分依据也不一样,这些都需要在标准化建设方面加强统一规范。

二、技术之外,企业战略规划日益重要

1、市场研究先行,确立适合的企业发展定位

图9中国传动网董事长、中国运动控制产业联盟秘书长苏美萍女士

图10中国传动网总经理喻维荃博士

    根据相关资料显示,2016年上半年国内伺服市场规模接近40亿元,其中,几大主要厂商如松下增长约20%,三菱、安川、台达等均有10%以上的增长,国内规模以上企业的成长幅度约在30%左右,无论是从已产生的产品销售额、还是对未来市场需求的增量来看,整体行业预期都较为乐观。

    但与此同时,挑战与机遇并存。这些挑战主要来自于技术、市场、应用三个层面,而归根到底就是企业对市场需求和发展趋势的把握能力,只有真正针对目标市场做认真的分析研究,实现技术突破,为客户带来品质优秀的产品,才能最终在市场上占有一席之地。另一个值得关注的是,现阶段,直面的竞争越来越激烈,要想赢得更大的市场空间,企业的战略规划,尤其是对自身的定位显得越来越重要,以此实现企业的差异化价值。同时,如何进行长期的品牌规划?这是大部分运动控制厂商正在积极思考的一个课题,因为品牌是企业谋求持续生存发展的保障。

    企业战略规划中包括两大业务战略,即市场营销战略和产品开发战略。确立目标市场仅仅只是市场营销战略的一部分,企业应通过对内外部的研究,整理出自己的SWOT,最终制定出STP企业营销核心战略。尤为重要的是,对于市场的研究要先于对技术和产品的研究,企业要真正走进市场,了解客户的实际需求和应用难点,同时也要加强对前瞻应用的研究。面对当前瞬息万变的市场应用发展,企业需要具备双向思维,一方面要根据已有的资源制定企业的业务范畴;另一方面,还应思考企业期望达成的目标(市场、技术、产品等),需要整合哪些资源,随时随处从客户需求出发,适时做好企业的市场营销战略和产品开发战略。而在产品开发战略上,随着目前客户需求变化加大、对产品订制化的要求日益提升,也需要企业积极应对这些发展趋势,不断推出更有针对性的运动控制产品和系统解决方案。

    正是为了适应新时期企业发展的需要,今年1月中国传动网与哈尔滨工业大学共同发起成立了中国运动控制产业联盟,旨在联合从事运动控制行业研究开发、生产制造、应用服务的企事业单位、大专院校、科研机构等单位,通过整合产业资源,在平等、互利原则的基础上,致力推动中国运动控制行业的健康发展,提升整体产业的综合竞争力。为此,联盟将在下一阶段加大力度不断探索更多、更新的活动形式和活动内容,其中包括举办企业品牌营销讲座、组织参观国内外行业展会等等,努力为中国运动控制行业的腾飞贡献自己的一份力量。

2、明确目标市场,制定准确的产品定位

图11中达电通股份有限公司产品总监李文建

    不同层面的产品都有其严格的技术要求门槛,无论是高端产品、中端产品,还是低端产品,技术性能和产品品质都是第一位的,因此企业的产品定位至关重要。从工业产品的角度出发,满足客户的应用需求是第一位诉求。企业首先应明确自己的目标市场区间,准确定义自己的产品定位,通过持续的技术研发投入,来满足这一行业市场上的各种使用要求,只有这样企业才能充分把握住未来中国运动控制市场的发展良机。

后记
    标准是缩小差距的标尺,也是追赶先进技术的准绳!我们期待伺服行业标准不断完善、尽早落地,为中国运动控制产业的健康发展提供指引,协助提升整体行业的综合竞争实力。传动网、中国运动控制产业联盟将与包括制造企业、科研机构等单位在内的每一位业内热心人士一道,共同推动中国伺服行业技术标准的向前迈进。

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