導航分類CCMT2024展品評述 | 從中國數控機床展看數控系統發展——AI賦能 五軸引領 復合升級
【CCMT2024展品評述】
從中國數控機床展看數控系統發展
——AI賦能 五軸引領 復合升級
【編者按】CCMT2024（第十三屆中國數控機床展覽會）已于4月12日圓滿落幕。展會期間，主辦方中國機床工具工業協會有關分會組織人員針對本專業領域展品進行評述，現編發部分文章，供業界參考。文章觀點僅代表作者本人。
第十三屆中國數控機床展覽會（CCMT2024）于2024年4月8日在上海新國際博覽中心盛大開幕。CCMT2024以“聚焦——數字?互聯?智造”為主題，展示機床工具行業在數字化、互聯互通、智能制造、高效加工方面所取得的最新成果，也體現了全球機床工具行業正以更堅定的步伐、更清晰的方向，邁向更加廣闊的未來。
數控系統行業是技術含量較高、技術發展較快的行業，為了促進行業整體發展，做好技術交流工作很有必要。數控系統分會組織會員企業起草展品評述，對本行業參展展品的技術特點、發展現狀與國外的差距等進行分析，提出行業發展建議。展品可能有所缺漏，觀點可能有所不妥，請指正。
一、數控系統部分主要展品
此次展會上，展出數控系統的國外企業主要有西門子、發那科、三菱電機、海德漢、馬扎克等，國內數控企業主要有華中數控、廣州數控、科德數控、沈陽中科等，由于篇幅原因，只做簡要介紹。
西門子以“數字驅動，成就可持續發展未來”為主題，全面展示西門子數控系統產品及數字化解決方案，包括新一代“數字原生”高端數控系統SINUMERIK ONE、中端數控系統SINUMERIK828和標準型數控系統SINUMERIK 808。發那科展出了最新的FANUC CNC—FANUC i0-F PlusSTEP2系統、智能加工系統FX FANOVI、以及針對新興行業的FANUC功能群（車床、多軸、醫療、模具、新能源汽車、3C/5G、綠色機床等）解決方案。海德漢展出了TNC7數控系統，這款數控系統新的18版軟件提供多項增強功能，例如DCM碰撞監測、OCM擺線銑削和MAS 六自由度圖形輔助設置功能，進一步提高過程可靠性和用戶友好性。三菱電機主要推出和介紹了新款M800V/M80V數控裝置，在原有M800/M80基礎上進行軟硬件升級，在功能應用中增加了NC Machine Tool Optimizer、切削負載控制、二維碼（QR碼）加工循環、3D 加工模擬等技術。馬扎克展示了其Smooth系列的新款數控系統MAZATROL SmoothAi，該CNC裝置搭載了AI生產效率提升技術、先進數字模擬功能、數字孿生技術以及先進自動化適應能力。
華中數控以“AI賦能 五軸引領 復合升級”為參展主題，攜“華中9型智能數控系統、華中8型高檔五軸數控系統、華中8型車銑復合數控系統等展品亮相。華中9型領航智能數控系統，集成了AI芯片，融合AI算法，匯聚大數據，融合大模型，集成強算力，為構建智能化生態提供技術支撐。華中8型高端五軸數控系統產品包由“硬成套”和“軟成套”兩部分組成。系統突破曲面超勻順插補、進給速度自適應、RTCP參數快速自動標定、五軸空間誤差補償、動態防碰撞等技術，使得五軸加工精度和加工效率比肩國際先進水平。
華中9型智能數控系統
華中8型高端五軸數控系統
科德數控推出的GNC62數控系統經過多次迭代和優化，技術指標和性能達到了國際先進水平，展示了科德數控在高端數控系統領域的實力和對國內外市場需求的響應能力。GNC62數控系統主要技術亮點：多種高速高精優化策略提高加工質量；支持所有標準RTCP結構機型并進行了特種結構機型擴展；開放式平臺支持用戶工藝定制開發；智能優化工具包提質增效；最新CNC和伺服技術實現納米級的指令和控制；實時物理量數據到加工軌跡映射；高分辨率扭矩監測系統；綠色節能；GMS高速高功率主軸電機系列；CAM-CNC協同部署。
GNC62數控系統
廣州數控展出了GSK 27i高端多通道數控系統，GSK27i是面向多軸多通道復雜加工應用的高端智能化數控系統，GSK27i數控系統產品功能性能上對標歐洲高端數控系統產品，以進口替代和產業升級為目標市場，適用于高端五軸機床、高檔加工中心、車銑復合、磨削、滾齒、磨齒及復雜加工設備的加工場景。
GSK27i高檔數控系統
沈陽中科數控此次推出全系列數控系統產品，包括高檔型、標準型及專用型產品。GJ610支持多種類型的五軸機床結構，適合發動機機匣、葉片、模具等空間復雜曲面零件的加工，具備支持第三旋轉軸參與和支持多軸耦合的RTCP控制、傾斜面加工、五軸手動進給、支持遠程示教的空間圓弧插補等高檔功能，同時具備進給軸換向沖擊抑制、切削負載突變下進給率自適應、同步消隙等智能化控制技術，滿足客戶對各種高檔機床的配套需求。
本次展會上，蘇州新代、北京凱恩帝、南京華興、上海維宏、浙江德歐、天津泰森數控、上海錸鈉克、成都廣泰、南京達風等國產數控企業悉數亮相，由于篇幅有限，只做簡單描述。
蘇州新代推出了22MA PLUS加工中心控制器、22TBPLUS車床控制器、7TA控制器、盤式電機等最新特色產品，并提供了自動量刀專用畫面、伺服尾座專用畫面、DTRQ防碰撞，新代車銑復合CAD/CAM等特色功能和方案。華興數控展出了多款數控系統、伺服驅動、主軸驅動以及配套電機，其中包含最新研發的多軸多通道數控系統、多款總線式數控系統以及4kw/7.5kw/9kw/11kw的SDV系列主軸伺服驅動單元，主要技術優勢是智能化程度高、穩定性強、適應性強、易于操作、數據精確等。上海維宏推出了FE30M數控系統，該系統基于維宏數控系統核心平臺Phoenix 開發，為中國設備加工用戶量身定制，各項性能全面對標國外高端產品，是一款更貼合本土用戶實際需求的高端數控系統。上海錸鈉克本次參展的數控系統支持多種解決方案：隨動磨、五軸聯動、高精高速絲杠直驅運動控制、精密周邊磨應用、鉆攻加工中心等解決方案，其中主要亮點為：基于PWM傳輸的驅控一體式伺服控制器、基于高性能開關器件的伺服放大器、高性能直驅技術。
二、國產機床配套數控系統統計情況
本次展會期間，數控系統分會秘書處組織對參展機床企業進行了數據統計，重點收集了E1、E3、E4、E5、E7、N1、N3、N4、N5、W1、W2等國內數控機床企業集中的展館。經過統計，此次參展的國產數控金切機床總計1006臺，按機型分，其中車床263臺、車銑復合120臺、加工中心239臺、五軸175臺、磨床131臺、齒輪機床62臺、其他機型17臺。按數控系統廠家分，其中，國外數控系統主要包括發那科（296臺）、西門子（172臺）、三菱（47臺）、海德漢（13臺）、發格（11臺）、其他（NUM、力士樂等國外品牌21臺），統計配套約560余臺套，占比約55%。國產數控系統主要包括華中數控（136臺）、廣州數控（73臺）、新代數控（102臺）、凱恩帝數控（21臺）、科德數控（10臺）等，總計配套約446余臺，占比約45%。
相比CIMT2023的統計數據（國外系統占比約2/3，國產系統占比1/3），此次展會國產數控系統配套比率提升明顯，尤其是五軸機床等高端機床配置國產系統占比越來越高。例如，此次參展的國產五軸聯動數控機床共175臺，其中配套華中五軸聯動數控系統38臺，占比22%，排第二名，僅次于西門子數控系統，綜合說明國產系統替代趨勢越來越明顯。
三、國內外企業典型產品的技術水平對比分析
1. 技術對比
（1）數字化技術
以西門子、海德漢、發那科為代表的高檔數控系統，采用高性能的CPU處理器、高分辨率的插補指令、高頻的精插補指令、先進的多軸協同控制體系架構、高性能的伺服控制算法、千兆的光纖現場總線、高分辨率位置檢測裝置和高過載倍數與低齒槽脈動的電機，整個控制系統的每個部件都做到極致性能，相較于國內數控系統的控制精度和效率，具有較大優勢。在虛擬設計、虛擬仿真、虛擬調試等數字孿生領域，西門子數控系統走在了世界前列，世界上其他的數控系統企業也都在跟進研發。
（2）網絡化技術
網絡化技術既是實現高性能控制的使能技術，又是打破信息孤島、實現大數據匯聚的關鍵技術。一方面是高性能的現場總線技術，目前機床行業的現場總線五花八門，并未統一，例如倍福的EtherCAT、安川的MIII、西門子的PN和DQ、華中數控的NCUC等等，盡管EtherCAT使用廣泛，但是國產總線技術還是有很大的發展空間；另一方面是車間網絡技術，包括OPC UA、MTConnect、Umati、NC-Link等，OPC UA目前還是主流，NC-Link作為我國主推的車間網絡技術，在生態構建上將后來居上。
（3）智能化技術
從展會來看，真正使用人工智能技術推出智能化應用的企業較少，比如華中數控推出基于大模型的故障診斷技術、發那科推出基于AI的輪廓控制、西門子推出的基于人工智能的優化功能OptimizeMyMachining/Magazine，在這方面，國產數控系統與國際數控系統基本相當，并且在大模型應用這個領域局部領先。在常規的智能化功能方面，西門子強化邊緣端作為智能化功能的載體，也實現了APP的商業化，大隈、馬扎克、華中數控等企業，也都在自適應控制、刀具狀態監測、熱誤差補償、健康保障等方面推出智能化功能，國際與國內的數控系統在這些功能上相當。
2. 總體技術分析
國際先進數控系統廠商，如西門子、發那科、海德漢，基本達到了性能和品質的最高水平，其展示重點從產品性能展示向有助于易用性的數字孿生、智能化方向發展；國內數控系統廠商，如華中數控、廣州數控、維宏、科德、凱恩帝，其展示重點主要集中在性能提升層面。這體現出了國際先進數控系統廠商與國內數控系統廠商的差異，進一步說明兩個問題：國內數控系統廠商主要還在數字化性能上對標追趕的階段；同時，當前國際先進數控系統廠商的水平發展到達了數字化階段的瓶頸，這也給國內數控系統廠商對標追趕提供了絕佳的時間窗口。在對標追趕的同時，我們更需要利用人工智能的最新技術實現創新超越，推動人工智能賦能新型工業化，如華中數控利用大模型開展故障診斷、代碼生成等智能化應用。
四、從機床展看數控系統發展趨勢
1. 數控系統開放性越來越普及
隨著數控技術的快速發展，數控系統正由專用型封閉式系統向靈活的開放式數控系統轉變。開放式數控系統是制造技術領域的革命性飛躍，其硬件、軟件和總線規范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可被利用，系統軟硬件可隨著PC技術的發展而升級，不僅使數控系統制造商和用戶進行的系統集成得到有力的支持，而且針對用戶的二次開發也帶來方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，既可通過升檔或裁剪構成各種檔次的數控系統，又可通過擴展構成不同類型數控機床的數控系統，開發周期大大縮短。
西門子、發那科、華中數控等企業都提供開發式的數控系統技術平臺供用戶進行二次開發，比如華中9型數控系統作為深度開放平臺，為機床廠家、行業用戶及科研機構進行智能化研究和應用提供了集成開發平臺，分類APP自主集成，形成一系列自主開發的APP，應用于許多高檔數控機床。
2. AI人工智能大模型賦能數控系統
通過多年的發展，傳統數控系統解決了很多確定性較強的任務，難以解決的問題通常是不確定性很強的任務，而人工智能（大數據智能、大模型等）的方法，則可以通過關聯關系建模減少任務的不確定性，為當前難以解決的問題提供新的思路和方法。同時，人工智能的方法還具有自我學習的特點，對數控感知、決策和控制過程中采集的問題，進行自我學習，使得控制系統不斷進化，以適應質量提升、工藝優化、健康保障和生產管理等場景中的實際任務需求。因此，人工智能大模型賦能數控系統將是重要趨勢之一。
例如，三菱電機推出的加工診斷工具NC MachiningAID，利用三菱電機專有的人工智能技術Maisart開發而成，無需復雜的專業知識，即可進行加工數據的分析、診斷。馬扎克推出的MAZATROL Smooth Ai，搭載了AI生產效率提升技術、先進數字模擬功能、數字孿生技術以及先進自動化適應能力。華中數控推出的基于AI大模型的數控系統AI會診、加工代碼生成、工藝參數優化，具有很強的實用性。廣州數控也推出了智能熱補償、智能防碰撞檢測等智能化功能。
3. 數字孿生技術使能數控系統
對于機床用戶來說，存在機床設計、交付、運行中存在的設計效率低、交付成本高、過程難以監控的問題。面向上述痛點問題，需要在實際的交付運行之前，開展虛擬的設計、仿真、調試，對運行過程也可以進行監控和反饋控制，以提升設計與生產效率、降低生產與加工成本。數控系統作為重要的中間環節，可以很好地將上下游進行銜接，將3D設計、運動仿真、切削仿真、PLC調試、G代碼調試、防碰撞、實時監控等功能在數字孿生中進行集中體現，以達成更高的生產效率和更低的生產成本，這無疑是重要的發展趨勢之一。
發那科的FX DDMS利用數字孿生技術，可實現方案驗證、銷售演示、打樣模擬、教育培訓等功能，面向產業應用和教育培訓提供數字化解決方案。西門子依靠數字孿生技術的工業云是一種基于數字化和網絡化技術構建的平臺，充分利用數據，實現設計研發、生產制造、運營管理的一體化，有效幫助企業提高生產效率、降低生產成本、優化生產決策、提升質量和安全性。三菱電機提供系列IoT相關產品，利用數字孿生技術，實現生產活動各個環節監控與改善；利用虛擬仿真技術，再現真實機床效果，提高生產調試效率。天大精益推出的智能制造系統可適應規劃仿真平臺（VE2）為立足國際先進可視化仿真的智能制造系統高級仿真軟件，該平臺可以根據制造需求快速定制規劃智能制造系統解決方案，通過高逼真度的可視化仿真對智能制造生產線的布局結構、工藝流程、生產節拍、加工效率等進行評估與優化，滿足不同客戶的個性化需求。
4. 五軸數控普及化
高端五軸數控系統，是機床產業的“最強大腦”，相當于芯片工業中7nm、3nm制程所必須的光刻機，相當于大飛機的發動機，是高端制造所必需的尖端重器。而且五軸數控機床在加工精度、加工效率、一致性、穩定性等方面均優于三軸機床，因此越來越多的客戶尤其是精密制造的客戶更傾向于選擇五軸產品。中國制造業快速發展，對五軸數控提出了強烈的需求，未來五軸高端數控機床將會得到更普遍的應用，這就給我們中國的五軸數控機床、五軸數控系統的的跨越發展提供了一個極好的機會。例如，本次展位上華中數控全新推出的高端五軸數控系統產品包，突破曲面超勻順插補技術、智能前饋技術、高速高精高響應驅動和電機技術、五軸編程技術，融合五軸機床加工工藝及大數據智能分析工具，打造編程-加工-測量一體化的復雜零件制造解決方案，配套高性能五軸機床，可以實現葉輪、葉盤、發動機缸體缸蓋等復雜零件的高精高效加工。
5. 復合化已成為大勢所趨
隨著對加工效率、加工精度、降本增效的需求越來越高，復合化加工越來越多的被應用到各領域，復合加工是數控機床的一個重要技術發展方向。復合功能能夠大大消除散列工序加工過程中的運輸、裝夾及等待時間，工件在機床上只有一次裝夾定位，既減少了加工輔助時間，又提高了工件的加工精度，使加工周期大大縮短并降低加工車間的在制品數量。工本次展會展出大量復合加工機床，包括車削中心，五軸車銑復合，銑車復合，磨削復合，車磨復合。比如華中8型五軸車銑復合數控系統產品包，由數控裝置、高性能驅動器、全規格電機、CAM與工藝庫、單機自動化、豐富的軟件包等部分組成，打造車銑復合新生態。
（來源：協會數控系統分會 責編：蘭海俠）
