從金磚大賽設備談加快推進中國制造2025強國戰略

熊清平

（武漢華中數控股份有限公司，湖北 武漢 430223）

中國制造2025進行時之高端講壇

從金磚大賽設備談加快推進中國制造2025強國戰略

熊清平

（武漢華中數控股份有限公司，湖北 武漢 430223）

介紹了金磚大賽智能制造賽項的競賽任務。華中數控針對該任務專門開發的HNC-iFactory-m1r1智能制造實訓平臺，包含數字化立體料倉、六關節機器人、第七軸加工中心、機床治具、在線檢測系統、智能產線總控系統、產線總控PLC軟件、RFID管理系統、產線大數據、云數控系統、大數據采集軟件、工藝優化軟件等，實現了機床G代碼優化、“心電圖”健康診斷、斷刀檢測、二維碼故障診斷等智能控制功能，具備高速高精加工特點。支持“大數據采集及工藝優化”、支持“個性化產品的定制加工”，設置集物聯網、大數據、云數控等技術于一身的應用服務平臺。此外，為加快推進“中國制造2025”強國戰略，華中數控適時在全國布局產業基地，在多地建立“中國制造2025”智能制造示范點，著力探索智能制造人才培養，率先組建智能制造職教集團，開展智能制造人才需求調研、師資培訓和頂崗實習，開發教材和教學資源及職業標準。

金磚大賽；數控；智能智造；工業機器人

0 引言

“金磚國家技能發展與技術創新大賽”（以下簡稱“金磚大賽”）是在中國外交部、教育部、工業和信息化部指導下，由金磚國家工商理事會主辦的國際性大賽。其中，“智能制造生產線運營與維護”賽項，以國際職業能力標準為依據設置競賽內容，通過本賽項的實施，為打造智能制造世界技能大賽奠定基礎。

HNC-iFactory-m1r1智能制造實訓平臺是綜合華中數控在智能制造方面的優勢，專門為本賽項開發的競賽平臺。該平臺融合了數控技術、云數控、機器人、RFID、MES、在線檢測等技術，由數字化立體料倉、行走機器人、加工中心、在線檢測系統、智能產線控制系統、安全圍欄等組成。

1 賽項任務

參賽選手由3人組成，比賽以書面形式下達任務，選手以團隊形式參賽。選手須根據本次大賽項目從功能和結構、使用價值、節約成本、人性化設計、團隊合作、事故預防、環保性、創新性等八個方面對本賽項進行準備，并在操作比賽結束后，根據準備內容進行現場答辯。下面簡單介紹賽項的主要任務。

1.1 RFID系統的調試與應用

RFID是無線射頻識別技術的英文縮寫，其主要特點是將電子標簽附著在目標物品上，可通過讀寫器進行全球范圍內的追蹤和識別。

（1）在產線總控單元上設置RFID系統參數，完成通訊連接。

（2）人工取料至RFID讀寫工位，完成毛坯件RFID信息初始化操作，并放入對應的倉位。

1.2 機器人（含第七軸）編程與調試

（1）機器人夾具的安裝。要求讀懂現場提供的機械工程圖，根據圖紙核對相應的零件及裝配關系，根據圖紙裝配關系進行夾具的組裝。

（2）機器人第七軸的調試。要求直接操作機器人，找到第七軸操作界面，運行第七軸，并設置初始點。

（3）機器人的示教編程。要求編寫機器人工件出入庫、加工中心取料和放料程序，調試并運行該程序。

（4）PLC編程。要求編寫數控機床自動門開關和氣動卡盤松緊PLC程序，調試并運行該程序。1.3產線設備的運行與維護

選手須完成產線總控單元與設備層（機床、機器人、RFID系統、數字化立體料倉等）的通訊連接及參數設置、數控機床刀具的壽命監控及手動更換、機床遠程故障診斷和排除、大數據采集相關軟件的運行及參數設置、訂單派發進行第一個試件自動加工。

1.4 大數據采集及工藝優化與個性化產品定制加工

（1）大數據采集及工藝優化。選手須完成第一個試件自動測量和工藝優化相關參數采集并設置刀具補償參數，通過相關軟件將數據采集到產線總控單元并同步到大數據平臺，利用相關軟件進行工藝優化，設置相關參數，完成第二個試件的自動加工。

（2）個性化產品定制加工。通過遠程互聯網+進行個性化產品設計和編程，并通過大數據平臺進行訂單派發，完成該產品的生產。

2 設備配置

本次大賽的智能制造競賽平臺包括：數字化立體料倉（含料盤和工件）、六關節機器人HSR-JR612（含機器人電柜、機器人示教器及機器人夾具）、第七軸加工中心、機床治具、在線檢測系統、安全防護圍欄、智能產線總控系統、產線總控PLC軟件、RFID管理系統（含讀寫臺、讀寫器、電子標簽等）、產線大數據、云數控系統、大數據采集軟件、工藝優化軟件。HNC-iFactory-m1r1智能制造實訓平臺如圖1所示。

圖1 HNC-iFactory-m1r1智能制造實訓平臺

2.1 實現高速高精加工的數控系統

配置了華中數控HNC-818A數控系統。“華中8型”系列化高性能數控系統，是在國家科技重大專項“高檔數控機床與基礎制造裝備”支持下，華中數控公司經過艱苦努力，在多項關鍵技術（體系結構、總線、五軸、多軸多通道等技術）上實現了突破，成功研制出的系列高性能數控系統，其功能和性能指標達到國際先進水平。其主要特點有：

（1）高速高精加工。在航空航天、3C、能源動力等領域，在高速與高光鏡面加工中，對數控系統進給軸頻繁加減速、主軸高速切削（20 000 r/min以上）與快速啟停等功能和性能提出了更高的控制要求。華中8型數控系統針對目前高速高精的數控加工需求，實現了柔性加減速控制技術、超前預讀技術、小線段軌跡平滑技術、高速剛性攻絲等。如圖2所示。

圖2 華中8型數控系統具備高速高精及快速啟停等功能

（2）智能控制技術。華中8型數控系統以大數據采集為基礎，建立數控機床、生產線、車間CPS模型，利用云計算技術，實現云端冷熱數據兼備及分布式存儲，最終實現數控機床7×24 h實時監控和大數據采集，建立數控機床的“數字雙胞胎”，實現了機床G代碼優化、“心電圖”健康診斷、斷刀檢測、二維碼故障診斷等智能控制功能。

在本次金磚大賽智能制造賽項中，華中數控智能控制功能得到充分應用，大數據助力智能制造，云平臺讓制造更智能。

2.2 支持“大數據采集及工藝優化”

比賽中，選手須完成第一個試件自動測量和工藝優化相關參數采集并設置刀具補償參數，通過相關軟件將數據采集到產線總控單元并同步到大數據平臺，利用相關軟件進行工藝優化，設置相關參數，完成第二個試件的自動加工。其中運用到的就是華中數控系統中“基于大數據分析的工藝參數智能優化方法”。

大數據中心以數控機床CPS模型、大數據采集與存儲、開放式云計算應用架構、機床互聯通信協議為技術基礎，實現對數控機床7×24 h監控和實時數據采集，建立數控機床的“數字雙胞胎”，開創了大數據在數控加工領域應用的新途徑，為機床智能化應用集成提供必要基礎。

因為3C行業對數控機床的高速高精加工性能有很高的要求，對加工效率尤其敏感。對一個3000臺機床規模的3C加工車間，若單件加工效率提升10%，意味著可節省300臺機床的費用。采集加工過程的實時數據，獲得加工過程“心電圖”，建立實時數據、材料去除率和加工程序行之間的對應關系，基于實測數據優化加工工藝參數，不僅可以均衡刀具切削負荷，使加工過程更平穩，還可以有效、安全地提高加工效率。

2.3 支持“個性化產品的定制加工”

任務中，選手通過遠程互聯網+進行個性化產品設計和編程，并通過大數據平臺進行訂單派發，完成該產品的生產。

來自金磚國家的選手在國外通過互聯網下單，在現場完成產品的生產。作為一項國際化賽事，本次比賽實現了全球異地化參賽，來自金磚國家的參賽選手通過遠程方式，實時下單，現場及時進行產品設計及加工，遠程可以實時觀看加工過程。而實現這一新穎的比賽模式所運用到的就是華中數控的新一代云數控服務平臺。

華中8型系統和工業互聯網平臺的全面對接，使數控系統不僅是一臺機床的控制器，而且成為工廠信息化網絡的一個節點。依托華中數控的新一代云數控服務平臺，實現異地工廠車間和設備之間的雙向數據交互，可為用戶提供不同層次和規模的產品和服務，比如產品租賃、個性化定制等。

依托華中8型數控系統智能終端，配合云數控大數據服務平臺，打造一個整合產業鏈各方資源、在線高效配置生產要素的產業生態體系，讓傳統生產方式和消費模式發生顛覆性改變。

2.4 應用服務平臺

設置了集物聯網、大數據、云數控等技術于一身的應用服務平臺。平臺通過采集數控系統的位置、電流、溫度、力矩、震動、跟隨誤差、聲音、圖形、視頻等大數據，分布式存儲管理大數據，應用大數據分析特征提取等智能算法，深度挖掘數控機床的能力，從而提高數控機床的管理效率、加工效率、加工質量，并保障機床的健康工作。云服務平臺包括模塊：產線加工狀態監控、數控系統狀態監控、參數信息管理、效率統計分析、加工程序管理、健康診斷、智能優化、視頻監控、云平臺API.

云服務平臺就像在車間裝上千里眼、順風耳，使得管理維護機床的人在任何有網絡的地方都可以管理監控機床；同時也像為機床裝了顯微鏡，看到機床運行的更多細節，通過分析和處理系統更好地挖掘機床的潛力。因此，利用云服務平臺做基礎，通過大數據、云計算、接口技術和智能應用等技術，可實現智慧工程的智能設計、智能計劃、智能物流、智能加工及智能檢驗等功能。

3 示范“中國制造2025”智能制造

3.1 全國布局產業基地，大力實施智能制造

近年來，華中數控在深圳、重慶、佛山、泉州、東莞、襄陽、沈陽、寧波、蘇州等地成立了研究院和分公司，與工業軟件等智能制造企業建立協同合作關系，產業布局遍及珠三角、長三角等經濟發達地區。

公司多年前就開展了機器人控制技術的研究，作為國內少數在機器人核心關鍵部件（控制系統、伺服驅動、電機等）具有完全自主知識產權的機器人生產企業，具有強大的生產和研發技術優勢，產品已經應用于搬運、焊接、上下料、噴涂等領域，同時在機器人自動化生產線方面有成功的產線項目建設和整合經驗，綜合實力在國內保持前列。

華中數控在工業機器人領域已有豐碩成果，目前已經形成桁架機器人、六軸機器人、四軸機器人三大系列多種型號的工業機器人批量生產，并在全國范圍內市場批量應用。從自主的機器人實際運行試驗和市場反饋的信息看，機器人本體均達到了很好的質量標準。

華中數控新開發的華數Ⅱ型機器人系統成功實現產品化，在機床上下料、沖壓、打磨等多個領域開始批量應用，獲得成功。配套華數Ⅱ型系統的機器人產品，已經具備在部分細分市場直接與國外四大家族機器人抗衡的能力。

華中數控和蘇州某企業合作共建的打磨車間，打磨員工人數從之前的200人下降到40人，資金從875萬的工資投入轉為500萬的設備投入，凈省375萬；產品質量合格率由85%上升到96%以上。這是一個驚人的數字。

3.2 示范“中國制造2025”智能制造

華中數控應用高性能數控系統、工業機器人、智能控制技術等方面的綜合實力，與自主創新智能制造企業一起組成聯合團隊，在廣東東莞、江蘇蘇州、福建泉州、廣東佛山、湖北武漢等地建設智能工廠和生產線，其中多個項目被入選工信部智能制造示范項目。

（1）東莞勁勝精密組件股份有限公司智能制造項目（見圖3）.這是2015年國家94家智能制造專項之一，項目名稱為：移動終端金屬加工智能制造新模式。華中數控參與了整個項目的規劃和實施，并且主要負責提供機床數控系統、機器人、產線總控系統和智能工廠大數據，打通了最底端的設備層到最高端的決策層，實現了真正意義上的智能化生產。

圖3 東莞勁勝精密股份公司的智能工廠

（2）“中國制造2025”智能制造示范工廠。華中數控與勝利精密公司合作建設的便攜式電子產品結構模組精密加工智能制造新模式項目，是“中國制造2025”智能制造示范專項。該項目實現通過智能化功能的應用，降低產品研發和生產過程對人的依賴度，提高產品的質量和生產效率，降低能耗和成本；在“勝利智造未來”的公司戰略下，建設國家智能制造示范工廠，踐行“中國制造2025”，在3C產品制造行業中引領制造升級；在推動產業升級的同時，也推動著產業工人和技術人員的升級。

（3）基于機器視覺的全自動拉片上料系統（見圖4）。泉州華數機器人有限公司及泉州華中科技大學智能制造研究院，聯合福建潯興拉鏈科技股份有限公司共同開發基于機器視覺的全自動拉片上料系統。全自動拉片上料系統使用華數Delta機器人，結合機器視覺分析，可準確識別拉片的正反面，自動對拉片進行有向排序，自動進行混料檢驗及異料剔除，極大地滿足了拉鏈頭自動組裝的要求。

圖4 基于機器視覺的全自動拉片上料系統

在湖北，華中數控為東風楚凱汽車零部件有限公司建設汽車關鍵零部件加工自動化生產線，其中包括61臺機加設備和23臺華數機器人，全部配置華中8型數控系統。在鐘祥，華中數控與大連機床集團合作建設智能制造“雙創”基地，共配置了1000臺華中數控高速鉆攻中心數控系統；在黃石，智能制造模具產業園共配置華中8型數控系統的550臺鉆攻中心數控系統，加工各類3C零件。

4 探索智能制造人才培養

近年來，公司緊密結合智能制造產業發展的急需，在前期與職業院校合作的基礎上，充分發揮產業優勢，與許多自主創新企業和職業院校開展了多種形式、富有成效的人才培養工作，取得了好成果，也受到社會各界的好評。

4.1 建設智能制造職教集團

（1）牽頭組建武漢智能制造職教集團。在武漢市政府的支持下，華中數控和武漢軟件工程職業學院牽頭組建武漢智能制造職業教育集團，該集團由省內外57家院校、企業共同組成，集團共同培養適應高端智能產業發展的專業人才，參與智能制造行業標準的制定，合理優化和共享教育資源等。建設武漢市智能制造公共服務平臺，在智能制造相關專業建設、公共實訓基地建設、機器人教學及師資培養等方面展開合作，通過開展技術人才培養和教育研究，解決面對中國制造2025戰略規劃中技術技能人才培養面臨的共性問題，實施人才引領戰略，切實推進職教改革轉型升級，推動武漢市智能制造產業的發展。

（2）與東莞機電工程學校合作建設東莞市模具（國際）職業教育集團的公共服務平臺。華中數控聯合東莞市機電工程學校、東莞勁勝精密組件股份有限公司、深圳華數機器人有限公司等多家企業建設東莞市模具（國際）職業教育集團的公共服務平臺，平臺包括“智能制造培訓中心”、“智能制造創客中心”、“3D打印工程培訓中心”、“廣東省智能制造名師名匠工作站”、新魯班勁勝學院等。主要開展工業4.0與中國制造2025——智能制造人才培養，為東莞產業轉型升級提供人力資源支撐。

4.2 對智能制造人才需求進行調研

“中國制造2025”時代，工業生產將呈現前所未有的特征，生產中的人才需求同樣發生巨大變化，為深刻認知這一變化，2014年到2016年間，華中數控多次組織專家深入企業一線調研。例如，專家走訪了東莞勁勝、深圳創世紀、深圳嘉熠自動化，調研智能制造產業鏈人才需求；在武漢市工業4.0與智能制造專題研修班，專家與參會人員進行了深入的交流，了解了傳統企業智能升級需求。專家還走訪了大量的一線企業做調研，獲得了詳實的一手資料。

4.3 積極開展師資培訓和頂崗實習

華中數控是國家職業教育骨干師資企業培訓基地。在近幾年，華中數控為國內很多職業院校提供了智能制造專項培訓，其中包括與武漢市經委聯合舉辦的工業4.0培訓，與長沙市教育局聯合成功舉辦的“長沙市中等職業學校創新型人才培養與工業機器人課程建設培訓”，還有鄂爾多斯職業技術學院、泰山職業技術學院的工業機器人師資培訓。

4.4 開發教材和教學資源、職業標準編撰

華中數控積極參與工業機器人系列教材的編寫，目前已經研發并出版了4本中職教材，8本高職教材，建立起中高職的工業機器人專業（方向）的課程體系。華中數控為課程開發了相對應的教學資源庫和在線課程。2015年9月，華數參與“2015年工業機器人產業國家職業技能標準編寫啟動會議”，并主草職業技能標準。2016年5月，國家工業機器人操作與裝調技能標準通過評審。

5 結束語

為使金磚大賽之首屆3D打印與智能制造技能大賽決賽高水平順利舉行，華中數控從設備研發、選手培訓到服務大賽現場，投入了大量的人力物力，這是值得的。一方面，讓華中數控的設備經受了高溫考驗，在室溫38°條件下連續正常運轉8 h以上。另一方面，通過本次比賽，推動了智能制造的技術進步，加快了華中數控挺進“中國制造2025”的步伐，使華中數控向“做世界一流的數控系統企業，用中國大腦裝備中國制造、裝備世界制造”的目標推進了一大步，并為后續的人才培養、競技比賽提供了經驗和方向。華中數控今后還將積極支持類似大賽，在全面實現“中國制造2025”強國戰略的進程中構建自主可控、富有競爭力的智能制造生態系統，服務于制造裝備和產品智能化水平提升，為推動兩化深度融合、建設制造強國提供基礎支撐。

Talk About China’s Strategy of“Manufacturing 2025 Powerful Countries”from BRICS Skills Competition

XIONG Qing-ping
（Wuhan Huazhong Numerical Conntrol Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430223，China）

The BRICS Competition smart manufacturing task.HNC-iFactory-m1r1 training platform for the intelligent CNC task specially developed manufacturing，including digital stereo storehouse，six joint robot，seventh axis machining center，machine tool fixture，on-line detection system，intelligent production line control system，the production line PLC control software，RFID management system，the production line of big data，cloud，CNC system the software of the data acquisition and process optimization software.The intelligent control functions of G code optimization，ECG health diagnosis，breaking cutter detection and two-dimensional code fault diagnosis are realized.The system has the characteristics of high speed and high precision machining.Support“big data acquisition and process optimization”，support customized processing of personalized products，set the internet of things，big data，cloud CNC technology in one application service platform.In addition，to promote the“2025 China manufacturing”strategy to speed up timely in the layout of Huazhong CNC industry base，to build more“2025 China manufacturing”intelligent manufacturing model，focusing on intelligent manufacturing personnel training，take the lead in the formation of intelligent manufacturing vocational education group，to carry out intelligent manufacturing talent demand research，teacher training and internship.The development of teaching materials and teaching resources and occupation standard.

BRICS skills competition；CNC；intelligent manufacturing；industrial robot

TG659

A

1672-545X（2017）08-0001-05

2017-05-20

專家簡介：熊清平（1965-），男，武漢人，碩士，教授。武漢華中數控股份有限公司副總裁，數控系統研究與應用領域享受國務院特殊津貼的拔尖專家，一直從事數控系統和工業機器人及智能制造的開發與研究、推廣應用，特別在數控系統實時內核和運動控制平臺及多坐標聯動等技術有較深的研究，先后主持和參與多項國家級科研重大項目，并將研究成果產業化，同時，先后參與了數個國家智能制造重點項目。熊清平作為數控系統產業化的組織者，順利完成科技成果的轉化，實現了數控系統的產業化，迅速開拓市場，并與國內重點機床廠配套。在高檔數控系統方面，打破國外封鎖，替代進口；在3C市場開拓方面，積極發揮華中8型數控系統的技術優勢，與市場需求緊密結合，實現了與國外品牌數控系統的同臺競技，迫使國外知名公司產品降價，創造了巨大的經濟和社會效益。同時參與多個國家智能制造示范項目，成果顯著。