前瞻运动控制与机器视觉技术的新发展

中国工控网：我们知道，和利时电机的前身是四通电机，作为国内为数不多的拥有自主品牌伺服类产品的四通电机，在国内运动控制和机器视觉领域占据着重要的位置，请问公司为何更名为和利时电机？

王健：请允许我首先交代一下公司的背景。很多人了解和利时，更多的人知道有个四通。和利时电机的前身是四通电机，这个名字大家一定比较熟悉了，它是四通集团下面专注于机电一体化产品开发的专业公司。2004年，正是我们创业的第十个年头。多年来，公司一直将数字运动控制和光机电一体化作为主导技术发展方向，坚持原创技术开发和引进技术并举的道路，1995年推出五相大功率步进电机驱动系统，1998年率先向国内工业界引入并推广智能化视觉检测系统，2000年推出小型化正弦波全数字伺服电机，2001年网络化CNC的推出等。正是靠着技术和产品的不断创新和服务理念的创新，使四通电机成为国内运动控制和视觉领域的领军企业之一，并在加工自动化领域创造了良好的品牌形象。
和利时公司在国内过程自动化领域早已是人人熟知的著名企业，其技术实力和规模在国内自动化行业当属一流。为了打造综合自动化解决方案，提高核心竞争能力，2002年和利时公司向四通电机公司进行战略性投资，包括资金注入和知识产权转移，并成为我们的第一大法人股东。随后我们将名字改为和利时电机技术公司。
更名后的公司100％保持了管理团队的完整性和经营策略方面的连续性，同时和利时公司在数控和现场总线通讯方面的核心技术和人才也转移了过来，这样和利时电机公司拥有精密机械机构，精密电机和驱动，数控和运动控制，工业现场总线，以及机器视觉方面的核心技术和产品，初步具备了提供全套光机电一体化解决方案的能力。中国工控网：综上所述，从四通电机到和利时电机，公司具备了更好的发展基础，请谈谈和利时电机的核心业务和主要产品线特点。王健：公司多年来致力于努力开发和生产光机电一体化领域内自主知识产权的产品，和以之为核心的自动化系统集成与增值服务，经过几年高速发展，和利时电机已经在人才、技术、市场、品牌诸方面形成综合优势，在运动控制及机器视觉技术领域中国第一流的高科技公司。目前公司的主要产品线和业务方向有：
● 运动控制电机及驱动：精密运动控制用微特电机及其驱动系统，包括高性能步进电机、全数字永磁交流伺服电机、智能化永磁无刷直流电机及其驱动系统，并拥有独立品牌和领先的核心技术。产品型号多达上百种，广泛应用于需要高精度定位，精密调速和力矩控制的众多领域。
● 精密机械传动单元：通过引进国际先进技术，最新推出交流伺服电机专用精密行星齿轮减速器系列，具有高精度、高钢性、高负载、高效率、低惯性、低振动、低噪音、低温升等特点。新开发的精密数控直线运动单元可以方便地满足客户快速开发整机产品的需求。该系列产品采用模块化设计的机械直线传动机构，在精密控制电机的驱动下，通过数字控制软件可以方便地实现运动速度和距离的柔性变化，非常适合应用于高速、轻载、精密的运动场合。
● 网络化运动控制系统：在运动控制系统方面能够提供一系列具有鲜明特色的产品，包括自主研发的基于DSP和FPGA的具有USB通讯接口的运动控制器，6000系列PCI总线运动控制板卡，以及行业专用网络化运动控制器，可以提供符合国际现场总线标准的产品，包括CAN/Profibus/SERCOS等。
● 机器视觉测量系统：公司在1998年确立机器视觉和图像处理为重要的技术发展方向，在工业视觉处理技术领域我们与西门子，松下，DVT等国际著名公司有着密切的合作伙伴关系，多年来培养了一支具有丰富应用经验的工程技术队伍，许多视觉项目都在目标行业内具有开创性。我们既可以向客户提供不同风格和性价比的产品，也可以凭借我们在自动化行业的背景提供交钥匙式的一揽子解决方案。
● 系统集成与服务：以运动控制和视觉测量技术为核心的光机电一体化系统集成作为产品之外另一核心竞争能力，包括全程技术支持、控制与测量方案咨询、系统软硬件设计开发、以及整机和流水线设计制造。公司凭借专业知识和市场品牌，已成为多家先进自动化厂商的授权系统集成商或核心合作伙伴。在半导体、电子、汽车、制药和食品包装等领域，我们将为客户带来控制的精细化和检测的自动化。中国工控网：与直流伺服驱动相比，交流伺服驱动的发展历史并不长，但取得了快速发展，请谈谈交流伺服与直流伺服和液压伺服的各自特点和应用范围，并预测一下交流伺服技术的发展趋势。王健：一般认为凡是需要对速度，位置和力矩进行精密控制的系统就是伺服系统，因此液压伺服当然在我们的讨论之列。液压系统能够传递巨大的力矩，控制简单，可靠性高，在整个速度范围内保持恒定的力矩输出，主要应用在重型设备和一些关键场合，比如机场设备。不过液压系统存在泄漏和维护问题，体积笨重，因此早已不是应用的主流。不过值得注意的是最近有人将电气伺服（如大功率步进和交流伺服）和液压伺服技术结合，形成电液伺服缸，某种程度上弥补了以上弱点。
直流伺服一直是应用非常成熟的系统，直流电机具有非常简单的控制策略以及很好的控制性能，在交流伺服发展起来之前广泛得到应用，功率范围从几瓦一直到几十千瓦。但是直流电机致命的缺点是电刷的存在带来电磁兼容，火花，磨损等一系列问题，并且难以达到很大的功率和超高速。人们通过材料和工艺的改进来尽量提高直流伺服的生命力，因此仍将在相当长的时间内得到应用，只是市场份额会持续下降。
交流伺服系统采用的电机，无论是同步还是异步，都是无刷电机，因此本质上消除了直流伺服的维护问题。交流伺服最近的快速发展得益于控制和电子技术的日新月异，以及永磁无刷电机设计技术的提高。交流伺服系统的性能不断提高，价格不断下降，正快速接近和达到直流伺服的水平。伺服控制技术是比传动控制更高等级的技术，我们从最近十年里看到的交流电机变频调速取代直流电机调速的场面，随着技术的发展，也正在伺服领域内出现。我们看到从几十瓦到几十千瓦的主流功率范围内，交流伺服都在取代直流伺服和液压伺服。只是把更小功率和更大功率的范围留给了后者。
以和利时电机为代表，包括华中数控和广州数控在内的一批本地公司在交流伺服的开发和产业化方面走在国内同行的前列，不过和国际水平相比差距仍然很大，需要进一步加快实现低成本、高性能数字伺服电机及其驱动控制装置的产业化进程。近期技术发展的重点是：发展智能化控制理论的应用、开发专用芯片技术、功率模块技术与各种现场总线技术，驱动器方面实现网络通讯、控制和驱动的一体化。电机方面主要发展高性能永磁同步电机，努力提高电机的动态性能和稳定性，另外就是提高国产编码器的技术等级和降低成本。中国工控网：近年来，随着加工业的发展，国内机械行业保持着持续稳定的增长，OEM领域成为运动控制和伺服应用的重要市场，请结合中国加工业环境谈谈运动与伺服市场的应用状况和应用趋势。王健：我们都清晰的记得上世纪90年代初交流变频技术在中国迅速普及的场面，一开始只有很少的几家国外公司比如富士和三肯，后来出现了很多国内的公司看到市场的巨大而进入这个领域，但是其中大部分没有生存下来，少数在竞争中幸存并强大起来，进而更多的国际公司进入市场进行白热化的竞争，市场规模迅速扩大，但是利润率也直线下降。现在，市场上同时存在着日系，欧美系，台湾系和本土系企业。在广阔的市场中，大家都找到自己的位置，整个行业经过比较充分的竞争以后趋于稳定。
运动控制和伺服的市场不像变频和PLC市场那么大，现在还是属于技术含量相对较高的领域。但是近几年技术发展非常快，价格下降的幅度也很大，行业应用也比较多，人们开始接受交流伺服和专用运动控制器对于提高设备柔性，提高生产率的作用。几年前人们还在努力采用大功率步进电机进行定位控制，因为价格便宜，控制简单。现在大多转移到使用交流伺服。运动控制器的被接受要稍微慢一些。同时我们也看到还有更多的行业和厂家没有开始采用伺服技术。从竞争的角度说，伺服似乎处在变频器市场10年前的情况。我的感觉，中国各地，各行业，行业中各企业的技术发展水平差异很大，在这样一个快速变革的社会里，几乎所有的技术都会找到用武之地，绝对的先进与否没有太大的意义，关键是对用户是否适用，对他自己是否先进。就像我们自己的公司，一方面交流伺服技术得到快速发展，市场前景看好；一方面步进电机仍然在发展，并在某些行业或领域占据着主导地位。从市场发展趋势看，交流伺服性价比提高，在定位方面会取代一部分大功率步进电机市场，在精密调速方面会取代一部分交流变频的市场，或者说不叫取代，而是夺回原本属于自己的市场。中国交流伺服市场目前不超过10万台，但是日本每年生产超过100万台，大部分国内市场消化掉，可以想象随着中国工业化的快速发展，中国成为世界制造加工基地，交流伺服的应用前景有多么广阔。中国工控网：在运动控制系统中，有基于PC的运动控制卡，也有带运动控制功能的PLC，还有专业的运动控制器。请谈谈和利时电机在系统应用中是如何选择运动控制器的？王健：我们公司10年前开发运动控制用电机，早在1998年之前就成立了自己的系统集成部门，帮助客户选择合适的运动控制方案，因此接触了很多不同厂家的运动控制产品，这里面包括PC板卡系统，PLC系统和专用控制系统。今天，我们自己也开发专用的运动控制系统，但是仍然保持了不少PLC和板卡系统的销售。在应用中如何评价和选择不同平台的控制系统很关键。客户应当首先评价自己的应用，运动控制部分在整个系统控制部分（比如I/O，人机，通讯等）的比重，技术复杂程度（比如多少个轴需要同时控制，是否有插补，是否同步运动，对轴运动的实时性要求高吗等等），将来我的运动控制部分和什么样的平台去整合，是PC，还PLC？你自己的技术人员对什么平台比较熟悉，将来运行维护会出现什么问题？整个系统的成本是多少？你的系统集成商是否有能力支持等等。总之，我们在选择一个运动控制系统时，决不仅仅评价技术特性，还要看经济性，可维护性，可升级性，服务水平等等。如果仅仅从技术角度说，板卡系统比较适合运动控制任务密集，人机界面开发灵活，上位机需要采用CAD/CAM软件的场合，比如雕刻机，比如贴片机，所有PC系统的优点和缺点都具备。PLC适合单轴和多轴同时控制，但是轴和轴之间关联简单的场合，比如没有复杂的插补算法。PLC简单，可靠，体积小，成本低，最近PLC大厂不断开发适合运动控制的模块，使之适合更加复杂的任务。专用的运动控制器则介于两者之间，适合运动控制任务密集，算法复杂，系统可靠性要求非常高，同时对成本又比较敏感的场合，适合大量的OEM应用。现在运动控制器早已不是简单的单片机时代，而是采用最先进的DSP/FPGA技术，甚至单芯片技术，软件采用实时嵌入式操作系统，具有非常强大的生命力。
最后值得指出的是，通用的PC系统，PLC系统和专用运动控制器之间也在互相融合，技术方面取长补短，因此我们会看到很多嫁接产品。一个好的选型一定是对客户最好的，而不是一定要固定在哪个技术平台之上。 中国工控网：作为一门新兴技术，“机器视觉”正在现代工业自动化生产中发挥着越来越重要的作用，广泛应用于视觉检测、机器人的视觉引导和自动化装配等领域中。请谈谈和利时电机在实施机器视觉应用中的切身体会。王健：机器视觉由于采用计算机代替人眼进行测量和判别，代表了测量技术的发展方向，对于大批量生产，质量要求100％无缺陷，尤其产品价值较高时，非常适用。通常我们采用视觉解决高速的问题，比如每秒10个以上测量，解决高精度的问题，比如精度达到微米，解决复杂轮廓和完整性问题，比如装配质量测量，解决识别问题，比如字符和颜色识别等。视觉技术在电子半导体，汽车，制药，食品饮料，包装等领域有着广阔的发展前景，现在国外技术的发展已经成熟并有着大量的实际工业应用。
我应邀在今年2月份的美国AIA协会（自动图像处理协会）全球商业会议上发表了一篇文章，向国际同行介绍了中国机器视觉市场的发展现状和趋势。他们告诉我，国际机器视觉公司对中国市场很感兴趣，谁都认为是一个大蛋糕，但谁都没有明确的认识，因为他们感受到了来自中国的越来越多的查询，但是至今没有形成多少销售。我想这从侧面反映了国内这方面的现状，就是潜力巨大，应用面较广，大家都很积极，但是现实购买力和我们的投入相比，还不会带来真正的回报。
我们从1998年开始进入这个市场，和国际著名的公司有很多合作，经过几年的市场培育，在中国机器视觉领域积累了比较多的经验，也积累了一定的声望。深切感受到这个领域对我们从业公司来讲，在核心技术掌握，相关技术集成，服务水平，项目管理等方面提出很高的要求。一个公司要想做好，必须具备综合的能力。同时必须认识到市场的发展规律，不能一蹴而就，需要潜心培育。我们相信，随着国内越来越多的人认识到视觉技术的重要性，这个技术的大面积应用将在未来的3－5年内到来。
很高兴看到工控网开辟了新的机器视觉频道，这是具有超前眼光的举措，我们愿意和你们一起合作，向更多的人普及传递这个技术。中国工控网：随着微电子技术、计算机技术不断与机械装置和动力设备相结合，机械工业正在开始大规模的机电一体化技术革命，和利时电机将以怎样的产品方案和经营理念参与这场技术革命？王健：和利时电机将通过自主开发和对外合作的形式，继续充实完善运控产品线，通过强力推广活动，向市场提供一站式产品配套服务；继续充实系统集成队伍，提高项目开发能力，使系统集成成为公司的品牌业务之一。
加强分销渠道与合作伙伴网络建设，与合作伙伴分享成功与经验达到双赢。
建设新的CI系统，向市场逐步导入新的企业形象。
充分发挥网络优势，加强与客户的互动。中国工控网：结合和利时电机和您个人在自动化领域多年的经验，请谈谈自动化领域的新技术亮点。
王健：未来的自动化领域，与我们相关的技术亮点有三个：网络化、数字化、智能化伺服系统 ，新一代开放式、网络化数控系统及智能化视觉传感技术将被广泛应用并将会给自动化界带来深刻影响。伺服技术近期产业化的重点是：加快实现低成本、高性能数字伺服电机及其驱动控制装置的产业化进程，发展控制软件技术、专用芯片技术、功率模块技术与各种现场总线技术，实现网络、通讯、控制一体化。而新一代开放式网络化数控系统也是国内外许多企业致力于开发的系统，这样使得主机厂和最终客户可以从市场上自由选择符合开放式标准的硬件模块、软件组件，从而构成自己的专有系统。对于智能化视觉传感技术，已广泛应用于食品、汽车、包装、制药等行业；模块式网络化的视觉传感器和高端的基于板卡的机器视觉系统性能和处理速度也大幅提高。