第390章 工业母机的心脏(1 / 1)

机械工业部下属的某个内部招待所会议室,烟雾缭绕。

姜晨坐在主位旁,身边是冯振国。

对面,则是来自机械工业部主管装备的几位司局级干部,以及国内机床行业几位白髮苍苍的老专家。

“情况很不乐观。”一位来自部委的干部率先开口,“姜总师,冯老,首先要感谢凤凰厂之前克服困难,从尼亚罗马引进的那批机床。fu-325、ru-280,还有那台经过您妙手改造的af-85,确实解了燃眉之急,像‘海龙’战机的部分零件、包括‘昆仑’号上的一些配套设备,加工精度和效率都提高了不少。”

他话锋一转,脸色沉了下来:“但是,新的问题来了,而且更加棘手。”

“自从鹰酱的‘绞索’行动全面升级,他们盯得更紧了。”

“不光是整机,连高精度的数控系统、关键功能部件,如伺服电机、光栅尺,甚至是一些核心的工业软件,都对我们实施了最严格的封锁。我们通过香港、欧洲等传统渠道採购的路子,几乎被完全堵死。”

“发那科、西门子这些公司,要么直接拒绝供货,要么就拿出性能落后几代、阉割了关键功能的‘猴版’产品敷衍我们,而且价格高得离谱,简直是趁火打劫!”

“是啊,”另一位来自国内某大型机床厂的总工程师,叹了口气补充道,“这等于是卡住了我们的咽喉。那批尼亚罗马的机床,底子是不错,特别是姜总师您改造的那台af-85,简直是化腐朽为神奇。”

“但是,它们毕竟是七十年代的技术基础,自动化程度有限。我们要想更进一步,自主研发真正意义上的高速、高精、多轴联动加工中心,就必须要有我们自己的高性能数控系统。”

“可这方面,我们的差距实在太大了。”他看着姜晨,眼神里既有期待,又充满了深深的无奈,“数控系统,这东西就是数控机床的‘大脑’和‘神经中枢’,涉及到软件算法、伺服控制、精密传感等太多高精尖技术,每一项都是我们的短板。我们自己仿制研究的进度也极其缓慢,稳定性差,精度上不去,更别提五轴联动这种高端功能了。”

“没有一颗好‘脑子’,”他加重了语气,“我们就算能造出再结实的机床床身,再精密的导轨丝槓,那也只是一堆傻大黑粗的废铁!只能干点粗活。像未来可能要搞的隐身飞机、更先进的导弹、核潜艇的螺旋桨这些对加工精度和复杂度要求极高的零件,我们根本造不出来!这个问题不解决,‘基础不牢,地动山摇’啊!”

“‘绞索’行动,打的就是我们的‘七寸’!”

在座的其他专家纷纷点头,脸上写满了“英雄无用武之地”的憋屈。

他们是国内最顶尖的机械工程师,能设计出发杂的机械结构,却被小小的电子控制系统卡住了咽喉。

那些跨越千山万水引进的机床,其潜力也因为缺乏先进的“大脑”而无法完全发挥。

姜晨静静地听着,面色平静。

这些情况,他早早在数年前就已经想到过了,甚至在凤凰厂改造af-85的过程中,他就深刻体会到了国产控制系统与系统提供方案之间的巨大差距。

“绞索”终究还是提前来了,它的威力,比他预想的还要猛烈和迅速。指望外部封锁鬆动是不现实的。

龙国人,终究还是只能靠自己,上一世如此,这一世还是如此。

“各位前辈,各位领导,”姜晨开口,所有人都集中了精神,“大家的分析都切中了要害。数控系统,确实是我们工业母机领域最核心、也是差距最大的一环。国外对此的技术封锁,比对成品武器还要严密,因为他们很清楚,掌握了高端数控系统,就等于掌握了高端制造业的‘钥匙’。”

他环视一周,语气斩钉截铁:“引进和模仿别人的机床只能解近渴,但要应对长期的封锁和未来的发展,我们必须有自己的‘心脏’。”

“所以,我的意见很明确。与其在机床本体、材料这些方面零敲碎打、被动应对封锁,不如集中我们最精锐的力量,拿出当年搞‘磐石’计划的决心,首先啃下数控系统这块最硬的骨头!只要我们有了自主可控的高性能‘大脑’,其他的问题,比如机床本体的精度、稳定性,都可以在这个基础上,逐步迭代提升。”

“甚至我们可以反过来,用我们自己的先进数控系统,去改造、升级现有的国产机床和引进的设备!”

“可是姜总师,”一位老专家面露难色,“这块骨头,实在是太硬了。发那科、西门子他们搞了几十年,投入了天文数字的资金和人才。我们我们的基础太薄弱了,差距太大了,这”

“差距大,才更要迎头赶上。”姜晨打断了他,“我们不能总跟在别人屁股后面模仿。模仿,永远只能是二流。‘磐石’计划能在光刻机上取得突破,数控系统,我们也必须找到一条属于自己的、能够实现跨越的技术路线。”

冯振国在一旁适时补充道:“上面已经决定,将基础工业,特别是高端制造装备的自主化,列为国家最高优先级的战略任务。资源、人才、政策,都会向这个方向倾斜。姜总师这边,凤凰厂也会全力支持。我们现在需要的,就是一个清晰的技术方向和一个敢于挑战的决心!”

会议室内沉默了片刻。

所有人都感受到了那股破釜沉舟的紧迫感。

最终,机械工业部的那位专家拍板:“好!既然方向定了,那就集中力量,主攻数控系统!姜总师,技术路线方面,您有什么想法?”

所有人的目光,再次聚焦到姜晨身上。

他们知道,这个年轻人,总能拿出一些超越时代的“答案”。

“要搞自主可控的数控系统,首先要明白我们和国外的差距到底在哪里,难点在哪里。”姜晨并没有立刻给出方案,而是引导性地提问。

负责数控技术研究的资深教授周启明周教授站起身,走到旁边的白板前,拿起笔开始讲解,脸上的表情凝重。

“目前国际主流的高性能数控系统,比如日本的发那科和德国的西门子,其核心优势主要体现在几个方面,也是我们目前难以逾越的壁垒。”

“首先便是是核心算法的精妙与积累。”周教授在白板上画出复杂的加工轨迹,“特别是高精度插补算法。简单的直线、圆弧插补我们也能做,但要实现五轴联动,加工複杂的自由曲面,比如航空发动机的整体叶盘、潜艇的螺旋桨、大型模具型面,就需要极其複杂的nurbs(非均匀有理b样条)插补、高阶多项式插补,还要结合前瞻控制(look-ahead)算法来保证高速加工时的平滑性和精度。这些算法不仅数学模型複杂,更需要大量的工程经验积累和实验数据来优化参数。”

“而在这方面,我们的理论研究落后很多,现有系统跑起来,要么精度不够,‘画虎不成反类犬’,要麽速度提不上去,加工一个零件的时间是人家的几倍甚至几十倍,表面质量还差得远。”

“其次是伺服驱动控制的精准与响应。”

他接着画出电机和闭环控制迴路的示意图。

“高性能数控机床要求伺服电机的响应速度极快,加减速迅猛,定位精度达到微米甚至亚微米级,并且能在高速切削的巨大扰动下保持稳定。这需要非常先进的伺服驱动器硬件(大功率igbt、高速dsp芯片等我们都造不了)和精密的控制算法,比如高带宽的电流环、速度环、位置环控制,以及各种非线性摩擦补偿、齿隙补偿、振动抑制技术。”

“我们国产的伺服电机和驱动器,在功率密度、响应带宽、可靠性上都有明显差距,控制算法也相对简单,导致机床运行起来震动大、噪音高、精度保持性差,高速高精根本无从谈起。”

“最后,是体系架构的先进性与封锁壁垒。”

周教授叹了口气,显得尤为无奈。

“国外主流系统,特别是西门子,已经开始採用基于pc或工控机的开放式体系架构,软件化程度高,功能扩展性好,便于用户进行二次开发和集成。”

“但他们的系统核心(nc内核、plc内核)是封闭的,就像一个‘黑盒子’,我们只能使用他们提供的接口,无法进行底层的修改和优化,更无法集成我们自己的核心技术。而发那科则更为极端,採用高度集成、软硬一体的专用硬件和封闭的操作系统,可靠性高但完全封闭,我们连仿製都无从下手,只能望洋兴叹。”

周教授的讲解,如同三座大山,压在了在场所有人的心头。

算法、伺服、架构,每一个环节都存在着巨大的、似乎难以逾越的技术鸿沟。

姜晨点点头,示意自己完全理解。

他知道周教授所言非虚。

如果按照西方巨头设定的技术路线,亦步亦趋地去追赶,不仅耗时漫长,而且很可能永远都处于“跟跑”状态,核心技术始终受制于人。必须另辟捷径,找到一条既能绕开壁垒、又能实现跨越的道路。

会议结束后,姜晨将自己关在了凤凰厂的办公室。

夜深人静,他沉入意识,打开了那熟悉的、散发着淡蓝色光芒的系统日志界面。

他直接进入【基础工业与制造】大类,然后点开【数控技术】子分类。

琳琅满目的技术选项再次展现在眼前,从古老的继电器逻辑控制,到几十年后基于数字孪生和人工智能的自适应智能数控概念,几乎涵盖了数控技术发展的全部历程。

他没有去查找发那科或西门子的具体技术细节——那样容易陷入模仿的陷阱,而且对于资源消耗巨大。他要找的,是更底层的、具有普遍适用性的核心原理,以及在1988年这个时间点,国际上已有萌芽、但尚未形成绝对垄断的、具有“弯道超车”潜力的技术路线。

经过数小时的仔细研究、对比不同技术路线的优劣势以及与国内现有基础的契合度,他的目光最终锁定在了一条全新的技术路径上。

“处理器架构没必要死磕他们複杂的专用asic芯片或主流但实时性一般的x86架构risc(精简指令集计算)!对!八十年代末,risc架构正在学术界和部分高端工作站领域兴起,其指令集简单、流水线效率高、功耗相对较低,非常适合做嵌入式实时控制!国内在‘磐石’计划后,对处理器设计有了一定的基础,走risc路线更容易实现自主可控!”

“运动控制算法pid是基础,但必须超越!不能只停留在简单的轨迹跟随模型预测控制(pc)、自适应控制、模糊控制这些先进控制理论虽然复杂,但能更好地应对非线性和扰动,提升系统的动态性能和鲁棒性!”

“还有,前瞻控制(look-ahead)算法是提升高速加工平顺性的关键,样条插补(splie/nurbsiterpotio)是加工複杂曲面的基础这些算法的数学原理并不神秘,系统可以提供优化的模型和实现方法,关键在于我们自己的消化吸收和与伺服系统的精确配合!”

“体系架构必须是开放的!模块化的!软件化的!要基于标准化的硬件接口(比如当时开始出现的v总线或pc总线)和实时操作系统内核(可以基于开源内核或自主研发)这样才能方便后续的功能升级、性能扩展和针对不同应用的二次开发,才能真正摆脱‘黑盒子’的束缚,形成我们自己的、有活力的数控技术生态!”

一个全新的、基于risc处理器(国产“磐石”处理器的一个衍生型号)、采用先进运动控制算法、构建在开放式体系架构上的高性能数控系统蓝图,在姜晨的脑海中逐渐清晰。

这条路线,既避开了西方巨头在传统架构和专用硬件上的专利壁垒,又在技术理念上,特别是开放性和软件化方面具备了后发优势,更契合龙国当时“集中力量办大事”的体制。

他选择性地兑换了几个关键算法的核心数学模型与伪代码实现、risc处理器用于实时控制的关键设计要点,如中断响应、时钟管理、开放式体系架构的接口规范、总线协议以及实时操作系统内核的设计哲学等“原理级”和“方法级”的知识包。

这些知识,将会像火种一样,点燃国内科研人员的智慧火焰。

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