精耕驱控一体赛道，从“先行者”到“领先者”——访深圳市华成工业控制股份有限公司董事长汤勇
2022-4-20 来源：数控机床市场 作者：吕晓峰 张浩程
深圳市华成工业控制股份有限公司董事长 汤勇
2021 年，对于深圳市华成工业控制股份有限公司（以下简称 “华成工控”）董事长汤勇来说，有两件值得骄傲的事情 : 一件是 2 月 9 日，公司在新三板挂牌上市 ; 另一件是 8 月 25 日，公司入选工信部第三批专精特新 “小巨人” 企业。“这既是对我们公司规模、研发能力等多方面的认可，也给了我们做大做强、再上新台阶的信心。” 汤勇表示。
华成工控成立于 2005 年，产品线覆盖了运动控制、驱控一体化、机器视觉、工业机器人控制系统等众多产品。特别是驱控一体产品，由最初的单轴、两轴发展至如今的三轴、四轴、五轴、六轴、多轴，由单一注塑机机械手驱控一体控制系统发展为车床机械手驱动一体控制系统、冲压机械手驱动一体控制系统、机器人驱动一体控制系统，与众为兴、固高、山龙智控、台达、纳博特等同行厂商相比，市场占有率超过 50%，取得了明显领先。总结企业的成功之道，汤勇认为离不开创新求变—— “我们存在的价值是什么，就是要改变原先的东西。”
从驱控一体1.0到2.0
所谓驱控一体，是指相对于传统的运动控制，将伺服驱动与运动控制集于一身，两者之间可以在内部进行高速数据通信，用户在使用时可以节省大量电缆、空间，拥有着体积小、成本低、效率高等诸多优势。
驱控一体的方案最早是日本厂商应用，如东芝、三菱、YAMAHA、EPSON 等，最早应用于SCARA 机器人产品上。从 2015 年开始，中国厂商才逐渐开始驱控一体控制系统的研发，但发展至今，驱控一体已从最早的概念化阶段逐步进入产业化落地阶段，市场接受度大幅提高。
具体来看，中国驱控一体控制系统的发展经过了两个阶段，形变与质变的阶段。
2015-2018 年为驱控一体的 “1.0”，在这个阶段，各厂商投入更多精力着眼于 “硬件驱控一体”，将控制器和驱动器进行物理层面的结合，减少外部走线，让控制器更加紧凑，体积变得更小，属于形变的阶段。
2019 年，随着布局驱控一体的企业逐步增多以及相关技术的持续进步和成熟，越来越多的驱控一体产品落地，驱控一体正式踏入了 “2.0”。这一时期，各厂商将硬件、软件、力觉、视觉甚至机器人本体都整合到一起，让机器人变成即插即用的一体式自动化装置，以降低部署时间成本，减少部署空间，更加适配柔性自动化产线。然而，从驱控一体“1.0”踏入“2.0”并不容易，驱控一体厂商需要做到的不是简单地把伺服驱动和运动控制揉到一起，而是要有机地考虑两者之间的关系，从而达到 1+1>2 的协同效果。以华成工控的产品为例，华成工控通过共直流母线及能效管理技术，其驱控一体产品在减小产品体积的同时可以有效保障散热能力，从而可以更好地控制整个系统的温升。
产品不断进阶之路
汤勇表示，华成工控做驱控一体的初心是源于一根线。
华成工控最早是做注塑机械手控制系统，早期的注塑机械手一般选用国内的控制，日系的伺服。以注塑五轴机械手举例，客户需要焊接脉冲线 5 条，共 150 个焊点，在加上编码器线，不算冷轧端子，整机光焊线的焊点就在 180 个以上。
在统计故障率上，出现问题最多的地方主要是焊线焊错、虚焊的情况，一根线问题的排查就可能需要半天的时间，而日系的伺服厂家很难到现场解决问题，于是汤勇萌生了研发驱控一体系统的想法。
看到了行业的痛点与市场的需求，汤勇成立了专门的研发小组着手研发驱控一体系统，当时考虑的方案主要有 3 种 : 单芯架构、多芯架构和总线架构。
在芯片方面，华成工控之前的控制都是使用的当时很多伺服方案的主控制芯片 DSP，因此顺理成章地从单芯架构开始，整合了伺服和控制，于 2015 年底推出了驱控一体单轴系统，2016年推出了驱控两轴系统。
但是，在四轴驱控一体的研制中，多轴的难度随着轴数的增加呈几何倍数增长，四轴驱控一体 PCB 板就有 5 块，板间的连线更是多达 20 条，完全将驱控一体带来的优势给抹消了，另外还有稳定性、负载能力等方面的问题，华成工控对于驱控一体产品的研发陷入了瓶颈中。
后来经过更新方案、更改芯片等方式，诞生了性能更优越的产品，华成工控将最先的四轴驱控一体系统做了召回处理。正是有诸多客户的包容与帮助，华成工控的驱控一体才有了很大的发展。
2017 年底，华成工控对三种架构做了重新梳理，各种架构虽然各有优缺点，但是又有各自适合的应用场景。同时伴随着先进制程的进步，ARM 芯片的快速发展，单一 ARM 芯片已经做到了非常好的集成性，可以整合之前多芯片的多种功能，因此几种方案齐头并进。
2018 年，华成推出了单芯架构的 QCS1 、QCS2，多芯架构的 QCS3G，总线架构的 ES 系列等产品。它们覆盖了不同的应用场景，功能和性能大幅提升，可以媲美行业主流产品。
2021 年，随着市场对于多轴驱控一体化控制系统的需求趋势越来越强，为了扩展专用机型产品线，华成工控启动驱控一体五轴系统的研发，采用两种方案并行，一种是 SPI 总线方式，另一种是新的 FPGA+CPU 方式，主要在研产品包括QCS5G/QCS5H 系列。
“刚开始研发单轴驱控一体化产品，人员结构准备不充分，遇到了很多困难。但今天，即使做多轴驱控一体化产品也很轻松，因为我们积累了丰富的技术和经验，相关算法都验证过，同时多轴存在的总线结构、通讯、芯片选择无需再耗费大量的时间和精力重新验证。” 汤勇透露，2022 年华成工控还将推出 SCARA 驱控一体控制系统 QCR4G 和 6 轴驱控一体控制系统QCR6G。新产品是非总线驱控一体产品，适用于水平多关节机器人和小型的 6 轴机器人（7 公斤内），适用于搬运，上下料，喷涂，打螺丝，冲压等简易的应用场景。
找准应用落地需求点
有了适销对路的产品，如何找准行业应用是市场化落地的第一步也是重要一步。汤勇介绍道，目前驱控一体控制系统产品的主要应用行业有注塑、冲压、机器人、AGV/AMR 等。
在机器人行业，通过驱控一体控制系统与SCARA/DELTA/ 六轴机器人、部分直角坐标机器人结合，在一体设计后，整个运作系统体积小、功率密度高、集成度高，极大简化了客户的电气设计，有效提高了设备性能和可靠性。
以搭载了华成工控 ES-R4 驱控一体系统的SCARA 搭配伺服电批解决自动锁付螺丝方案为例。过往传统电批需要人工，成本高同时人工不稳定，影响进度，效率较低，而搭载了华成工控驱控一体控制系统后，在自动化送料上，可以实现更精准的运行，多功率智能伺服电批，满足多个场景应用，具体来看，将产品效率提升了75%，同时保障了良好的产品锁螺丝一致性。
在注塑领域，注塑机是最常用的注塑装备，其具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品的能力，但注塑工序要达到自动化，往往需要与注塑机械手联合使用。注塑机械手拥有着非常明确的目标，尽可能快速取出注塑件以提高机器生产率，因此，对控制器运动控制拥有着较高的要求，因而驱控一体控制系统可以有效提升注塑机械手的性能。
应用了华成工控驱控一体控制系统的注塑机械手其反应灵敏，快速启动反应时间仅为 0.04s，同时伺服电机与液压系统形成闭环，重复定位精度更高，拥有着更高的节能效率，同时发热量更少，有效提升了产品的使用寿命。
在冲压领域，驱控一体系统应用在冲压控制系统中，除了将伺服驱动器和运动控制器结合在一起，还将机械手与冲床也结合其中，冲压机械手控制系统通过 CAN 总线和 EtherCAT 总线两种不一样的联机信号交互，这样一体化设计后，整个系统的抗干扰能力大大增强，响应也更快，信息交互的带宽更高、实时性、稳定性也更好成本也更低。
驱控一体的另一个重要应用机遇点为桁架机械手。据了解，机床是工业之母，但过往的数控机床自动化程度不高，严重影响着生产的效率，而通过桁架机械手完成上下料等作业，可以有效提高生产效率、节约用人成本。此外，搭载了驱控一体控制系统的桁架机械手，其重复定位精度、效率进一步得到提升。
采访最后，汤勇表示，华成工控将继续以工匠精神的热忱开拓进取，攻坚创新，致力于为客户提供更方便、更简单、更具性价比的驱控一体系统及解决方案。在未来技术迭代的方向上，华成工控将一手抓客户需求，一手投入最新产品与技术的研发，做市场满意的产品，以此加速产品落地，推动行业发展，从国产驱控一体的 “先行者”做到 “领先者”。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
