用数字液压技术推进中国工业的数字化革命

前言： 中国的工业化和国防现代化必须走跨越式的发展道路，在计算机技术、数字技术和信息技术高速发展的今天，中国必须迅速采用这些先进技术，武装和改造我们的传统产业，促进中国工业的数字化革命，那么怎样实现这一目标呢？ 1.工业自动化的两大基础技术 国家工业自动化依靠两大基础技术，即电传动技术和流体传动技术，流体传动技术又以液压传动技术为主，在大量的工业主机和自动化作业线中，液压传动和液压控制技术被极为广泛的采用，可以这样说，发达国家利用这两大技术完成了他们的工业革命。 2.中国液压技术的现状 液压技术60年代初引入我国。该技术是中国工业化、自动化和高水平主机不可缺少的重要技术，因而一直得到国家的高度重视，仅“八五”期间，国家即投入近十亿的专项资金，引进国外的技术和装备，组建了中国几大液压集团，到目前为止，国内已有近千家液压件厂，已经初具规模，形成了年产上百亿的产值，为中国的工业化贡献着力量，但是也必须看到，由于种种原因，中国缺少自主创新能力，液压技术与世界的差距仍然很大，其高端产品绝大部份仍由外国公司垄断，中国的液压产品，大都只能在一些低端领域应用，国外产品仍然占领着中国的高端市场，这对中国的发展极为不利。 3.数字液压技术在中国的诞生 随着计算机技术、数字技术的快速发展，液压技术必然要与这两大技术相结合，这是发展方向，为此，全世界的液压工作者从上世纪70年代开始就进行了广泛的研究，但到目前为止，从美国、日本、德国、意大利等推出的产品看，仍未跳出传统思路的约束，推出的数字油缸不十分理想，价格也十分昂贵，还达不到工业应用的要求，不能得到广泛的应用。中国对该技术的研究，起步于70年代末，经过近25年的潜心研究、不断改进和完善，推出了三代数字缸产品，分别在80年代，90年代和2000年在不同领域进行了应用，均取得了优良的业绩，尤其是2002年纳入国家“十五”攻关项目后，更进一步的促进了该技术的发展。目前，已经完成了超高精度型、高精度型和工业精度型三种数字缸的研制。尤其是高速、长行程、低价位工业精度型数字缸的研制成功，突破了数字液压技术的实用化障碍，为大规模推广应用创造了物质基础。新型数字液压缸和配套的智能型数字控制器的研制成功，彻底改变了中国液压技术长期落后国外的被动局面，这种具有中国独立知识产权，又领先世界的新技术，已经引起了国内外同行的广泛注意。 以下是中国与外国技术对比，其先进性十分明显。 4．什么是数字液压技术？ 4-1传统液压技术 传统液压技术是开关阀技术、比例阀技术和伺服阀技术，这是一种模拟控制技术，它的精确控制是建立在闭环控制基础上的，它依靠各种传感器、伺服阀、伺服放大器、控制器等各种硬件与各种自动控制理论相结合完成。这是一种系统复杂、价钱昂贵、维护麻烦、故障率高的系统，必须是专家设计、专家调试、专家使用、专家维护，给大规模推广应用带来障碍。 4-2新型数字液压技术 新型数字液压技术以数字缸为代表，它是将油缸、数字阀、传感器有机的设计成一个整体而全部封闭在缸内（见上图），数字阀是靠步进电机驱动的，步进电机可以直接接收计算机或数字控制器发出的数字脉冲信号。步进电机带动数字阀，打开油路，油缸运动，油缸运动的同时通过机械位移传感器将活塞的速度和位置反馈到数字阀，构成了自动调节的速度闭环和位置闭环，从而将油缸的速度和位移精确与步进电机的转速和转角一一对应，形成了闭环控制的自动调节机理，将复杂的电闭环控制变成了简单的开环控制，这就是它最突出的优点。目前开发出的数字缸及其智能型傻瓜控制器，已经可以完成从公斤级到千吨级的所有精确控制，其速度范围可以实现0.1-500mm/s，可以满足工业控制领域中绝大部分自动控制的要求。 5．突破中国工业化的两大瓶颈障碍 中国要实现现代化，必须要完成工业化，中国工业化存在着两大瓶颈障碍： （1）资金瓶颈：目前，自动控制的高端产品，包括PLC、DCS、传感器、液压阀等绝大部份由外国公司掌握，中国要实现自动化必须大量引进和购买这些产品，并且许多是成套引进，价格十分昂贵，这就为中国的工业化增加了沉重的经济负担，资金不足也严重制约了中国工业化的速度。 （2）人材瓶颈：要实现工业自动化，首先须要大量高水平的人材，才能设计出各种各样的自动化主机、自动化作业线、自动化车间，甚至自动化工厂，由于传统自动控制技术大量采用的都是闭环控制的模拟技术，众所周知，模拟技术稳定性差、抗干扰能力弱、调试麻烦、维护不易，因而培养一批能熟练掌握这些复杂技术的高水平设计人材、使用人材和调试人材十分不易，即使经过学校系统培养的大学生，不经过多年的实际锻炼也仍然掌握不了传统复杂的自动控制技术，这一人材瓶颈，更是短期难以解决的。 而数字液压系列产品和配套的数字控制器研制成功，突破了制约中国工业快速发展的两大瓶颈：首先，这套完全国产化的高水平自动控制技术，批量生产后价格十分低廉，可以大幅度降低自动化的投入成本，并且也不需要到国外去引进和采购，完全突破了经济瓶颈的制约。其次，采用这一新技术后，可以迅速对主机进行升级，从而提升主机的附加值，给用户带来直接的经济利益，这种滚雪球似的发展，不但突破了资金瓶颈，而且促进了经济的快速增长。再有，我们推出的新型数控液压系统，不需要掌握高深的液压知识和自动控制理论知识，任何一个具有初中以上文化的人，经过简单的培训，即可迅速掌握该技术，大大降低了这两大技术的门坎。另外，该数控技术与传统的液压和控制技术有极好的兼容性，因而大规模推广不存在技术壁垒、接口壁垒和人材壁垒的障碍，从而全面突破了资金瓶颈和人材瓶颈，生产主体企业可以自己构建出高水平的自动化主机、自动化作业线、自动化车间甚至自动化工厂，大大提升基层单位的自主创新能力，促进各行各业的技术进步。 6．工业性应用实践的突破 实践是检验真理的唯一标准，数字液压系列产品研制成功后，进行了多领域的工业性应用考核，已经成功的应用到东31洲际导弹装弹机构、运载火箭自动燃料加注装置、反舰导弹装弹机构、海军核潜艇六自由度运动模拟器、上海警备区肩扛导弹训练模拟器、装甲兵水陆坦克模拟器、巡航导弹发动机试验装置、水轮机调速装置、钢水液面控制、带钢厚度控制、大型热锯机控制、连铸机液压非正弦振动；石油领域的国家“863”工程中的深井油气探测装置等许多疑难控制领域中，所有已经投运的均取得十分良好的效果，其最长的使用已经超过了10年（第一代东风31），第二代产品也超过了5年，最新的第三代产品也超过了2年（已有5份使用证明），所有这些成功的应用案例，充分证明了数字液压技术极大的优越性，是解决各种疑难控制的最佳手段。在许多领域的成功，有的已经将外国传统的伺服技术挤出了中国市场，对他们构成了极大的威胁。以下是已经成功应用的部分实例图片，分别为大连钢厂热锯机、上海肩扛导弹发射训练模拟器、海军核潜艇训练模拟器、三峡电站水轮机调速器试验机组等。 7．实现跨越式发展的难得机遇 中国的工业化不必跟着外国的发展亦步亦趋，完全应该紧跟现代技术的飞跃进步，利用现在已经高速发展的数字技术、计算机技术和信息技术，跨越国外模拟技术发展历程，直接大规模采用数字技术，实现中国工业的数字化革命，而数字液压系列产品的出现，正好能够满足这一要求，如果我们抓住机遇，大规模采用和推广数字液压系列技术，不但可以改变中国液压技术长期落后国外的被动局面，并且还能一跃进入世界先进行列，迅速促进国民经济各领域全面的技术进步。 8．应用前景 由于数字油缸是一个功能集成的万能液压基础元件，它代替了传统液压产业中的大部份阀件，几乎具有现有液压系统的所有功能，是液压控制领域的一次革命，因而传统液压产业中能够应用的领域都能应用，并且还能开拓许多新的应用领域。从我们已经成功应用的项目来看，所有应用都取得了成功和相应的技术进步，初步统计，可用于军事领域中的航空、航天、运载火箭、海军舰艇、坦克炮瞄、武器火控、雷达跟踪、舟桥部队、后勤保障等领域；工业领域中的冶金、石油、化工、建筑、机械、水利、闸门、水电、火电、工程机械、汽车制造、动感电影、舞台升降、各种模拟器等上百个领域中，促进这些领域跨越式的技术进步。 9．是用高新技术改造传统产业的有力法宝 数字液压系列产品所表现出来极高的性价比、极方便的使用程度和高度的可靠性，决定了它能迅速进入国民经济各领域，解决各种现有疑难控制问题，突破工程控制领域中的许多障碍，它必将促进一系列新型数控液压主机、新装备的诞生，并能在各种自动化领域中得到广泛应用，是中国用高新技术改造传统产业的有力法宝；同时还能促进军事领域中军事装备的技术进步，从而促进国民经济全面的技术进步。 10. 提高中国各行各业的自主创新能力 数字液压缸及其智能控制器是一个十分容易掌握的基础级自动化元器件，用它与传统的设备配套可以产生许许多多的新型数控主机和新型数控装备，还能派生出成百上千的实用专利，我们已经将它用到数个领域，如结晶器液面控制，已经取得了发明专利，用到六自由度运动平台，世界首台全数控液压平台就在中国诞生了，用到结晶器液压振动，又可以申请实用新型专利，如此等等，如果全国各行各业都掌握了这个简单而实用的数字液压技术，将有许许多多的专利诞生，大大提升中国各行各业的自主创新能力 11.参与世界竞争 该技术已经获得国家发明专利，具有独立知识产权和国际领先<