故障率下降超30% 生产效率提升50%
大学生团队突破“卡脖子”技术
记者 季俊磊
“过去因设备精度不足,我们连样品都不敢接。现在有了国产‘神器’,终于敢和国外同行掰手腕了。”昨天,金华市伟亮机械有限公司总经理曾宪炼在向客户介绍一款新产品时,对新引入生产线的忆阻器伺服电机赞叹不已。
在高端制造业领域,伺服电机被称为“工业设备的肌肉”,其性能直接决定精密加工、机器人控制等核心环节的成败。新引入的忆阻器伺服电机是金华职业技术大学信息工程学院学生团队研发的技术产品,解决了国产伺服电机响应延迟、精度不足等问题,打破了国外技术壁垒。
技术研发源于企业需求
在金职大AI创客工作室,记者见到了这支学生研发团队。“我们研发的忆阻器伺服电机,已经更新到第四代。”团队负责人龙文溱介绍,该产品从2020年开始研发,起初正是基于企业需求。
2020年,金华市强宏板式家具机械有限公司找到在该公司挂职的金职大老师,表示切割板材的机器无法准确识别形状,希望能对接高校专业人员帮忙解决。“收到企业需求后,我们第一时间对接,随后确立了‘智慧木工机械控制系统研制项目’。”接下任务的是金华市人工智能应用学科技术研发中心主任、金职大AI创客工作室负责人刘子坚,他立即组建了学生团队参与研发。
当年,刘子坚带领学生团队研发出高精密数控优选多片圆锯机,获得2020年度浙江省装备制造业重点领域首台(套)产品,为企业节省成本约100万元。次年团队升级立项,推出“基于视觉识别的高精密数控横截优选锯机研发”,获得2021年度第二批金华市重大(重点)科学技术研究计划项目。伺服电机作为关键技术产品,在其中发挥了重要作用。
然而,国产伺服电机也存在不足之处。“当年,我们引入生产线的伺服电机识别控制系统,只能达到70%左右的切割准确度,与国际领先水平还存在很大差距。”刘子坚说,去年,参与项目的学生毕业后,他再次拉起新队伍,希望能持续为中国制造注入新力量。
“混搭”忆阻器打破困境
“我们在调研中发现,75%的数控机床使用的国产伺服电机控制器,不能满足机床生产高端零部件的需求。”龙文溱说,全国60%的企业生产高端零部件,都需要依赖进口伺服电机控制器。
“我们能不能把忆阻器装进伺服电机里?”在一次思维碰撞中,团队成员产生了这一想法。忆阻器多用于计算机,“存算一体”是它的最大优势。“忆阻器的电阻值能随电流历史动态调整,相当于为伺服电机装上了自主学习的‘大脑’。”龙文溱介绍,在实际研发过程中他们也遇到很多痛点,比如设备故障频发、工序衔接不畅、动态响应速度慢等。
在很长一段时间里,团队成员不是待在实验室,就是在实践车间里。“后来,我们结合神经网络自适应滑模控制技术,保证设备可实时修正运动轨迹偏差,即使在高负载、电压波动的复杂工况下,仍能保持稳定运行。”团队成员胡嘉煜说,目前团队已设计生产20余款模块化控制器和机械生产管理一体化指挥平台,有效提升了机械生产效率。
凭借硬核技术实力,该团队研发的忆阻器伺服电机已与杭州正玖机械设备有限公司、杭州金伟机械有限公司等多家企业达成合作意向。实测数据显示,搭载忆阻器伺服电机的数控机床故障率下降超30%,生产效率提升50%,企业实现从“低端代工”到“高附加值生产”的转型。
上海交通大学先进电子材料与器件平台副主任、博士生导师刘钢评价说:“项目团队成功地将复杂的控制算法固化于硬件之中,实现了控制逻辑的即时响应与持续优化。这一技术突破极大地提升了伺服电机控制器的智能性和适应性,显著增强了其在处理复杂控制任务时的精准度。”
“我们要做的是颠覆行业范式,定义下一代智能电机的标准。”龙文溱表示,团队已围绕忆阻器伺服电机构建了10余项专利,涵盖智忆滤动、“存算一体”等核心模块,并计划今年成立科技公司,联合上游芯片供应商打造国产伺服电机生态链。