前瞻運動控制與機器視覺技術的新發展
——— 專訪北京和利時電機技術有限公司 常務副總經理 王健先生
2004/3/16 1:05:00
中國工控網:我們知道,和利時電機的前身是四通電機,作為國內為數不多的擁有自主品牌伺服類產品的四通電機,在國內運動控制和機器視覺領域占據著重要的位置,請問公司為何更名為和利時電機?

王健:請允許我首先交代一下公司的背景。很多人了解和利時,更多的人知道有個四通。和利時電機的前身是四通電機,這個名字大家一定比較熟悉了,它是四通集團下面專注于機電一體化產品開發的專業公司。2004年,正是我們創業的第十個年頭。多年來,公司一直將數字運動控制和光機電一體化作為主導技術發展方向,堅持原創技術開發和引進技術并舉的道路,1995年推出五相大功率步進電機驅動系統,1998年率先向國內工業界引入并推廣智能化視覺檢測系統,2000年推出小型化正弦波全數字伺服電機,2001年網絡化CNC的推出等。正是靠著技術和產品的不斷創新和服務理念的創新,使四通電機成為國內運動控制和視覺領域的領軍企業之一,并在加工自動化領域創造了良好的品牌形象。
和利時公司在國內過程自動化領域早已是人人熟知的著名企業,其技術實力和規模在國內自動化行業當屬一流。為了打造綜合自動化解決方案,提高核心競爭能力,2002年和利時公司向四通電機公司進行戰略性投資,包括資金注入和知識產權轉移,并成為我們的第一大法人股東。隨后我們將名字改為和利時電機技術公司。
更名后的公司100%保持了管理團隊的完整性和經營策略方面的連續性,同時和利時公司在數控和現場總線通訊方面的核心技術和人才也轉移了過來,這樣和利時電機公司擁有精密機械機構,精密電機和驅動,數控和運動控制,工業現場總線,以及機器視覺方面的核心技術和產品,初步具備了提供全套光機電一體化解決方案的能力。
中國工控網:綜上所述,從四通電機到和利時電機,公司具備了更好的發展基礎,請談談和利時電機的核心業務和主要產品線特點。
王健:公司多年來致力于努力開發和生產光機電一體化領域內自主知識產權的產品,和以之為核心的自動化系統集成與增值服務,經過幾年高速發展,和利時電機已經在人才、技術、市場、品牌諸方面形成綜合優勢,在運動控制及機器視覺技術領域中國第一流的高科技公司。
目前公司的主要產品線和業務方向有:
● 運動控制電機及驅動:精密運動控制用微特電機及其驅動系統,包括高性能步進電機、全數字永磁交流伺服電機、智能化永磁無刷直流電機及其驅動系統,并擁有獨立品牌和領先的核心技術。產品型號多達上百種,廣泛應用于需要高精度定位,精密調速和力矩控制的眾多領域。
● 精密機械傳動單元:通過引進國際先進技術,最新推出交流伺服電機專用精密行星齒輪減速器系列,具有高精度、高鋼性、高負載、高效率、低慣性、低振動、低噪音、低溫升等特點。新開發的精密數控直線運動單元可以方便地滿足客戶快速開發整機產品的需求。該系列產品采用模塊化設計的機械直線傳動機構,在精密控制電機的驅動下,通過數字控制軟件可以方便地實現運動速度和距離的柔性變化,非常適合應用于高速、輕載、精密的運動場合。
● 網絡化運動控制系統:在運動控制系統方面能夠提供一系列具有鮮明特色的產品,包括自主研發的基于DSP和FPGA的具有USB通訊接口的運動控制器,6000系列PCI總線運動控制板卡,以及行業專用網絡化運動控制器,可以提供符合國際現場總線標準的產品,包括CAN/PROFIBUS/SERCOS等。
● 機器視覺測量系統:公司在1998年確立機器視覺和圖像處理為重要的技術發展方向,在工業視覺處理技術領域我們與西門子,松下,DVT等國際著名公司有著密切的合作伙伴關系,多年來培養了一支具有豐富應用經驗的工程技術隊伍,許多視覺項目都在目標行業內具有開創性。我們既可以向客戶提供不同風格和性價比的產品,也可以憑借我們在自動化行業的背景提供交鑰匙式的一攬子解決方案。
● 系統集成與服務:以運動控制和視覺測量技術為核心的光機電一體化系統集成作為產品之外另一核心競爭能力,包括全程技術支持、控制與測量方案咨詢、系統軟硬件設計開發、以及整機和流水線設計制造。公司憑借專業知識和市場品牌,已成為多家先進自動化廠商的授權系統集成商或核心合作伙伴。在半導體、電子、汽車、制藥和食品包裝等領域,我們將為客戶帶來控制的精細化和檢測的自動化。
中國工控網:與直流伺服驅動相比,交流伺服驅動的發展歷史并不長,但取得了快速發展,請談談交流伺服與直流伺服和液壓伺服的各自特點和應用范圍,并預測一下交流伺服技術的發展趨勢。
王健:一般認為凡是需要對速度,位置和力矩進行精密控制的系統就是伺服系統,因此液壓伺服當然在我們的討論之列。液壓系統能夠傳遞巨大的力矩,控制簡單,可靠性高,在整個速度范圍內保持恒定的力矩輸出,主要應用在重型設備和一些關鍵場合,比如機場設備。不過液壓系統存在泄漏和維護問題,體積笨重,因此早已不是應用的主流。不過值得注意的是最近有人將電氣伺服(如大功率步進和交流伺服)和液壓伺服技術結合,形成電液伺服缸,某種程度上彌補了以上弱點。
直流伺服一直是應用非常成熟的系統,直流電機具有非常簡單的控制策略以及很好的控制性能,在交流伺服發展起來之前廣泛得到應用,功率范圍從幾瓦一直到幾十千瓦。但是直流電機致命的缺點是電刷的存在帶來電磁兼容,火花,磨損等一系列問題,并且難以達到很大的功率和超高速。人們通過材料和工藝的改進來盡量提高直流伺服的生命力,因此仍將在相當長的時間內得到應用,只是市場份額會持續下降。
交流伺服系統采用的電機,無論是同步還是異步,都是無刷電機,因此本質上消除了直流伺服的維護問題。交流伺服最近的快速發展得益于控制和電子技術的日新月異,以及永磁無刷電機設計技術的提高。交流伺服系統的性能不斷提高,價格不斷下降,正快速接近和達到直流伺服的水平。伺服控制技術是比傳動控制更高等級的技術,我們從最近十年里看到的交流電機變頻調速取代直流電機調速的場面,隨著技術的發展,也正在伺服領域內出現。我們看到從幾十瓦到幾十千瓦的主流功率范圍內,交流伺服都在取代直流伺服和液壓伺服。只是把更小功率和更大功率的范圍留給了后者。
以和利時電機為代表,包括華中數控和廣州數控在內的一批本地公司在交流伺服的開發和產業化方面走在國內同行的前列,不過和國際水平相比差距仍然很大,需要進一步加快實現低成本、高性能數字伺服電機及其驅動控制裝置的產業化進程。近期技術發展的重點是:發展智能化控制理論的應用、開發專用芯片技術、功率模塊技術與各種現場總線技術,驅動器方面實現網絡通訊、控制和驅動的一體化。電機方面主要發展高性能永磁同步電機,努力提高電機的動態性能和穩定性,另外就是提高國產編碼器的技術等級和降低成本。
中國工控網:近年來,隨著加工業的發展,國內機械行業保持著持續穩定的增長,OEM領域成為運動控制和伺服應用的重要市場,請結合中國加工業環境談談運動與伺服市場的應用狀況和應用趨勢。
王健:我們都清晰的記得上世紀90年代初交流變頻技術在中國迅速普及的場面,一開始只有很少的幾家國外公司比如富士和三肯,后來出現了很多國內的公司看到市場的巨大而進入這個領域,但是其中大部分沒有生存下來,少數在競爭中幸存并強大起來,進而更多的國際公司進入市場進行白熱化的競爭,市場規模迅速擴大,但是利潤率也直線下降。現在,市場上同時存在著日系,歐美系,臺灣系和本土系企業。在廣闊的市場中,大家都找到自己的位置,整個行業經過比較充分的競爭以后趨于穩定。
運動控制和伺服的市場不像變頻和PLC市場那么大,現在還是屬于技術含量相對較高的領域。但是近幾年技術發展非常快,價格下降的幅度也很大,行業應用也比較多,人們開始接受交流伺服和專用運動控制器對于提高設備柔性,提高生產率的作用。幾年前人們還在努力采用大功率步進電機進行定位控制,因為價格便宜,控制簡單。現在大多轉移到使用交流伺服。運動控制器的被接受要稍微慢一些。同時我們也看到還有更多的行業和廠家沒有開始采用伺服技術。從競爭的角度說,伺服似乎處在變頻器市場10年前的情況。我的感覺,中國各地,各行業,行業中各企業的技術發展水平差異很大,在這樣一個快速變革的社會里,幾乎所有的技術都會找到用武之地,絕對的先進與否沒有太大的意義,關鍵是對用戶是否適用,對他自己是否先進。就像我們自己的公司,一方面交流伺服技術得到快速發展,市場前景看好;一方面步進電機仍然在發展,并在某些行業或領域占據著主導地位。
從市場發展趨勢看,交流伺服性價比提高,在定位方面會取代一部分大功率步進電機市場,在精密調速方面會取代一部分交流變頻的市場,或者說不叫取代,而是奪回原本屬于自己的市場。中國交流伺服市場目前不超過10萬臺,但是日本每年生產超過100萬臺,大部分國內市場消化掉,可以想象隨著中國工業化的快速發展,中國成為世界制造加工基地,交流伺服的應用前景有多么廣闊。
中國工控網:在運動控制系統中,有基于PC的運動控制卡,也有帶運動控制功能的PLC,還有專業的運動控制器。請談談和利時電機在系統應用中是如何選擇運動控制器的?
王健:我們公司10年前開發運動控制用電機,早在1998年之前就成立了自己的系統集成部門,幫助客戶選擇合適的運動控制方案,因此接觸了很多不同廠家的運動控制產品,這里面包括PC板卡系統,PLC系統和專用控制系統。今天,我們自己也開發專用的運動控制系統,但是仍然保持了不少PLC和板卡系統的銷售。在應用中如何評價和選擇不同平臺的控制系統很關鍵。
客戶應當首先評價自己的應用,運動控制部分在整個系統控制部分(比如I/O,人機,通訊等)的比重,技術復雜程度(比如多少個軸需要同時控制,是否有插補,是否同步運動,對軸運動的實時性<

王健:請允許我首先交代一下公司的背景。很多人了解和利時,更多的人知道有個四通。和利時電機的前身是四通電機,這個名字大家一定比較熟悉了,它是四通集團下面專注于機電一體化產品開發的專業公司。2004年,正是我們創業的第十個年頭。多年來,公司一直將數字運動控制和光機電一體化作為主導技術發展方向,堅持原創技術開發和引進技術并舉的道路,1995年推出五相大功率步進電機驅動系統,1998年率先向國內工業界引入并推廣智能化視覺檢測系統,2000年推出小型化正弦波全數字伺服電機,2001年網絡化CNC的推出等。正是靠著技術和產品的不斷創新和服務理念的創新,使四通電機成為國內運動控制和視覺領域的領軍企業之一,并在加工自動化領域創造了良好的品牌形象。
和利時公司在國內過程自動化領域早已是人人熟知的著名企業,其技術實力和規模在國內自動化行業當屬一流。為了打造綜合自動化解決方案,提高核心競爭能力,2002年和利時公司向四通電機公司進行戰略性投資,包括資金注入和知識產權轉移,并成為我們的第一大法人股東。隨后我們將名字改為和利時電機技術公司。
更名后的公司100%保持了管理團隊的完整性和經營策略方面的連續性,同時和利時公司在數控和現場總線通訊方面的核心技術和人才也轉移了過來,這樣和利時電機公司擁有精密機械機構,精密電機和驅動,數控和運動控制,工業現場總線,以及機器視覺方面的核心技術和產品,初步具備了提供全套光機電一體化解決方案的能力。
中國工控網:綜上所述,從四通電機到和利時電機,公司具備了更好的發展基礎,請談談和利時電機的核心業務和主要產品線特點。
王健:公司多年來致力于努力開發和生產光機電一體化領域內自主知識產權的產品,和以之為核心的自動化系統集成與增值服務,經過幾年高速發展,和利時電機已經在人才、技術、市場、品牌諸方面形成綜合優勢,在運動控制及機器視覺技術領域中國第一流的高科技公司。
目前公司的主要產品線和業務方向有:
● 運動控制電機及驅動:精密運動控制用微特電機及其驅動系統,包括高性能步進電機、全數字永磁交流伺服電機、智能化永磁無刷直流電機及其驅動系統,并擁有獨立品牌和領先的核心技術。產品型號多達上百種,廣泛應用于需要高精度定位,精密調速和力矩控制的眾多領域。
● 精密機械傳動單元:通過引進國際先進技術,最新推出交流伺服電機專用精密行星齒輪減速器系列,具有高精度、高鋼性、高負載、高效率、低慣性、低振動、低噪音、低溫升等特點。新開發的精密數控直線運動單元可以方便地滿足客戶快速開發整機產品的需求。該系列產品采用模塊化設計的機械直線傳動機構,在精密控制電機的驅動下,通過數字控制軟件可以方便地實現運動速度和距離的柔性變化,非常適合應用于高速、輕載、精密的運動場合。
● 網絡化運動控制系統:在運動控制系統方面能夠提供一系列具有鮮明特色的產品,包括自主研發的基于DSP和FPGA的具有USB通訊接口的運動控制器,6000系列PCI總線運動控制板卡,以及行業專用網絡化運動控制器,可以提供符合國際現場總線標準的產品,包括CAN/PROFIBUS/SERCOS等。
● 機器視覺測量系統:公司在1998年確立機器視覺和圖像處理為重要的技術發展方向,在工業視覺處理技術領域我們與西門子,松下,DVT等國際著名公司有著密切的合作伙伴關系,多年來培養了一支具有豐富應用經驗的工程技術隊伍,許多視覺項目都在目標行業內具有開創性。我們既可以向客戶提供不同風格和性價比的產品,也可以憑借我們在自動化行業的背景提供交鑰匙式的一攬子解決方案。
● 系統集成與服務:以運動控制和視覺測量技術為核心的光機電一體化系統集成作為產品之外另一核心競爭能力,包括全程技術支持、控制與測量方案咨詢、系統軟硬件設計開發、以及整機和流水線設計制造。公司憑借專業知識和市場品牌,已成為多家先進自動化廠商的授權系統集成商或核心合作伙伴。在半導體、電子、汽車、制藥和食品包裝等領域,我們將為客戶帶來控制的精細化和檢測的自動化。
中國工控網:與直流伺服驅動相比,交流伺服驅動的發展歷史并不長,但取得了快速發展,請談談交流伺服與直流伺服和液壓伺服的各自特點和應用范圍,并預測一下交流伺服技術的發展趨勢。
王健:一般認為凡是需要對速度,位置和力矩進行精密控制的系統就是伺服系統,因此液壓伺服當然在我們的討論之列。液壓系統能夠傳遞巨大的力矩,控制簡單,可靠性高,在整個速度范圍內保持恒定的力矩輸出,主要應用在重型設備和一些關鍵場合,比如機場設備。不過液壓系統存在泄漏和維護問題,體積笨重,因此早已不是應用的主流。不過值得注意的是最近有人將電氣伺服(如大功率步進和交流伺服)和液壓伺服技術結合,形成電液伺服缸,某種程度上彌補了以上弱點。
直流伺服一直是應用非常成熟的系統,直流電機具有非常簡單的控制策略以及很好的控制性能,在交流伺服發展起來之前廣泛得到應用,功率范圍從幾瓦一直到幾十千瓦。但是直流電機致命的缺點是電刷的存在帶來電磁兼容,火花,磨損等一系列問題,并且難以達到很大的功率和超高速。人們通過材料和工藝的改進來盡量提高直流伺服的生命力,因此仍將在相當長的時間內得到應用,只是市場份額會持續下降。
交流伺服系統采用的電機,無論是同步還是異步,都是無刷電機,因此本質上消除了直流伺服的維護問題。交流伺服最近的快速發展得益于控制和電子技術的日新月異,以及永磁無刷電機設計技術的提高。交流伺服系統的性能不斷提高,價格不斷下降,正快速接近和達到直流伺服的水平。伺服控制技術是比傳動控制更高等級的技術,我們從最近十年里看到的交流電機變頻調速取代直流電機調速的場面,隨著技術的發展,也正在伺服領域內出現。我們看到從幾十瓦到幾十千瓦的主流功率范圍內,交流伺服都在取代直流伺服和液壓伺服。只是把更小功率和更大功率的范圍留給了后者。
以和利時電機為代表,包括華中數控和廣州數控在內的一批本地公司在交流伺服的開發和產業化方面走在國內同行的前列,不過和國際水平相比差距仍然很大,需要進一步加快實現低成本、高性能數字伺服電機及其驅動控制裝置的產業化進程。近期技術發展的重點是:發展智能化控制理論的應用、開發專用芯片技術、功率模塊技術與各種現場總線技術,驅動器方面實現網絡通訊、控制和驅動的一體化。電機方面主要發展高性能永磁同步電機,努力提高電機的動態性能和穩定性,另外就是提高國產編碼器的技術等級和降低成本。
中國工控網:近年來,隨著加工業的發展,國內機械行業保持著持續穩定的增長,OEM領域成為運動控制和伺服應用的重要市場,請結合中國加工業環境談談運動與伺服市場的應用狀況和應用趨勢。
王健:我們都清晰的記得上世紀90年代初交流變頻技術在中國迅速普及的場面,一開始只有很少的幾家國外公司比如富士和三肯,后來出現了很多國內的公司看到市場的巨大而進入這個領域,但是其中大部分沒有生存下來,少數在競爭中幸存并強大起來,進而更多的國際公司進入市場進行白熱化的競爭,市場規模迅速擴大,但是利潤率也直線下降。現在,市場上同時存在著日系,歐美系,臺灣系和本土系企業。在廣闊的市場中,大家都找到自己的位置,整個行業經過比較充分的競爭以后趨于穩定。
運動控制和伺服的市場不像變頻和PLC市場那么大,現在還是屬于技術含量相對較高的領域。但是近幾年技術發展非常快,價格下降的幅度也很大,行業應用也比較多,人們開始接受交流伺服和專用運動控制器對于提高設備柔性,提高生產率的作用。幾年前人們還在努力采用大功率步進電機進行定位控制,因為價格便宜,控制簡單。現在大多轉移到使用交流伺服。運動控制器的被接受要稍微慢一些。同時我們也看到還有更多的行業和廠家沒有開始采用伺服技術。從競爭的角度說,伺服似乎處在變頻器市場10年前的情況。我的感覺,中國各地,各行業,行業中各企業的技術發展水平差異很大,在這樣一個快速變革的社會里,幾乎所有的技術都會找到用武之地,絕對的先進與否沒有太大的意義,關鍵是對用戶是否適用,對他自己是否先進。就像我們自己的公司,一方面交流伺服技術得到快速發展,市場前景看好;一方面步進電機仍然在發展,并在某些行業或領域占據著主導地位。
從市場發展趨勢看,交流伺服性價比提高,在定位方面會取代一部分大功率步進電機市場,在精密調速方面會取代一部分交流變頻的市場,或者說不叫取代,而是奪回原本屬于自己的市場。中國交流伺服市場目前不超過10萬臺,但是日本每年生產超過100萬臺,大部分國內市場消化掉,可以想象隨著中國工業化的快速發展,中國成為世界制造加工基地,交流伺服的應用前景有多么廣闊。
中國工控網:在運動控制系統中,有基于PC的運動控制卡,也有帶運動控制功能的PLC,還有專業的運動控制器。請談談和利時電機在系統應用中是如何選擇運動控制器的?
王健:我們公司10年前開發運動控制用電機,早在1998年之前就成立了自己的系統集成部門,幫助客戶選擇合適的運動控制方案,因此接觸了很多不同廠家的運動控制產品,這里面包括PC板卡系統,PLC系統和專用控制系統。今天,我們自己也開發專用的運動控制系統,但是仍然保持了不少PLC和板卡系統的銷售。在應用中如何評價和選擇不同平臺的控制系統很關鍵。
客戶應當首先評價自己的應用,運動控制部分在整個系統控制部分(比如I/O,人機,通訊等)的比重,技術復雜程度(比如多少個軸需要同時控制,是否有插補,是否同步運動,對軸運動的實時性<

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