解碼縫紉機(jī)電控系統(tǒng)

　　在過去兩年間，縫制設(shè)備企業(yè)對電控系統(tǒng)秘密的挖掘獲得了前所未有的快速進(jìn)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在行業(yè)產(chǎn)品總產(chǎn)量中所占比重越來越高。眾所周知，工業(yè)縫紉機(jī)電控系統(tǒng)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，它涉及控制機(jī)理、動作機(jī)理、運(yùn)動學(xué)等多方面知識。作為電腦縫紉機(jī)整體運(yùn)行中最核心的零部件，電控系統(tǒng)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等直接關(guān)系到整機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

　　生產(chǎn)模式和各自特點(diǎn)

　　目前，縫制設(shè)備行業(yè)電控系統(tǒng)生產(chǎn)模式主要有以下四種：第一種是從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、調(diào)試、老化測試、現(xiàn)場調(diào)試、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)全部自己完成，比如鮑麥克斯、興大豪、積聚等；第二種是設(shè)計(jì)自己掌握，部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)外包，比如勵磁，其核心軟件自己研發(fā)，元器自己采購，然后交給焊接廠焊接，然后再自己燒程序；第三種是委托研發(fā)，生產(chǎn)外包，比如委托高校研發(fā)或者找專業(yè)軟件公司合作；第四種是抄襲，也即行業(yè)俗稱的“抄靶”，完全復(fù)制抄襲對象的軟件和硬件。

　　據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前行業(yè)80%電控系統(tǒng)企業(yè)生產(chǎn)模式為第二種模式，也即行業(yè)俗稱的“組裝型”。第一種模式對企業(yè)的資金實(shí)力、人才儲備、生產(chǎn)管理水平等要求相當(dāng)高。第二種模式有一定的風(fēng)險，如某個環(huán)節(jié)把控不好，會對質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。第三種模式的主要局限性在于創(chuàng)新能力不可持續(xù)。這類型企業(yè)大多以某品牌企業(yè)某型號產(chǎn)品為研究對象，剖析透徹后再在原產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，比如增加幾個功能。這些新產(chǎn)品看似比原產(chǎn)品更先進(jìn)，但其研究對象也在不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，所以它們的所謂新品開發(fā)速度總比擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)慢。此外，這種開發(fā)模式還存在另外一個風(fēng)險——選錯“對象”，因?yàn)槿魏我粋€產(chǎn)品都存在或多或少的缺陷，如選型錯誤，很容易竹籃打水一場空。第四種模式是違法行為，但因目前國家相關(guān)部門監(jiān)管力度不夠，不少企業(yè)都在冒險走這條“捷徑”。這種模式在特種機(jī)電控領(lǐng)域相對比較普遍。

　　生產(chǎn)模式不同，各企業(yè)產(chǎn)品所擁有的性能特點(diǎn)也不盡相同。鮑麥克斯是目前單軸電控領(lǐng)域產(chǎn)品綜合性能及客戶評價最高的企業(yè)。前期，鮑麥克斯產(chǎn)品也存在一定的缺陷，以產(chǎn)品開發(fā)為例，以前產(chǎn)品是按照10層樓或者20層樓的地基搭建的，如果要增加超過承受能力的功能，只好到處“打補(bǔ)丁”。如今，該公司構(gòu)建了一個新的硬件和軟件平臺，硬件上采用帶有專利技術(shù)的新的控制策略和TI公司最新的Piccolo DSP控制核心（該器件提供了單一電源輸入系統(tǒng)，可靠性大幅提高），軟件上采用量子狀態(tài)機(jī)進(jìn)行事件管理，系統(tǒng)可擴(kuò)展性、維護(hù)性和容錯性明顯提升。鮑麥克斯產(chǎn)品的優(yōu)勢不僅是在穩(wěn)定性方面，還在于對整個行業(yè)產(chǎn)品需求的了解和把握。由于給多家廠家配套，鮑麥克斯電控系統(tǒng)需要兼顧不同廠家的機(jī)頭負(fù)載，在電機(jī)控制特性設(shè)計(jì)上需要靈活且適應(yīng)。同時產(chǎn)品適配不同剪線機(jī)構(gòu)和倒順縫機(jī)構(gòu)都需要有較大范圍的適應(yīng)性。積聚主要與富山配套，市場上普遍反映富山產(chǎn)品啟動速度快、腳踏板輕、扭矩大，這與電控系統(tǒng)不無關(guān)系。積聚方面認(rèn)為，合作方能夠提出具體的參數(shù)要求，再加上自身具備的專業(yè)素質(zhì)，是其整體產(chǎn)品能在市場上脫穎而出的主要原因。勵磁方面認(rèn)為，扭矩大、停針精度比較高（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是正負(fù)3度，勵磁在正負(fù)2度以內(nèi)）是勵磁電控系統(tǒng)最鮮明的特點(diǎn)。憑借包縫機(jī)直驅(qū)電控系統(tǒng)一躍而起的弘躍，因?yàn)槎ㄎ痪_且專注，產(chǎn)品在業(yè)內(nèi)口碑甚佳。

　　在技術(shù)難度相對較高的多軸電控系統(tǒng)領(lǐng)域，興大豪、圣維、斯邁迪等企業(yè)近年來的表現(xiàn)十分搶眼。在電腦刺繡機(jī)電控領(lǐng)域擁有絕對領(lǐng)先地位的興大豪，于2003年便開始了特種機(jī)電控的研究。其產(chǎn)品最突出的特點(diǎn)是穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)余量。以電子花樣機(jī)為例，轉(zhuǎn)速為每分鐘2700轉(zhuǎn)的情況下，針越長，速度越低。因此，同樣針長的情況下，速度越快，效率就越高。而大豪電控系統(tǒng)在速度夠快、針長夠長的情況下，也能保證縫制品質(zhì)量的穩(wěn)定。圣維2004年開始涉足縫制設(shè)備電控研發(fā)和制造，擁有軍工企業(yè)背景，在電子花樣機(jī)領(lǐng)域頗有造詣。相較前兩者的整體實(shí)力，斯邁迪謔稱自己為靠技術(shù)“吃飯”的“草根企業(yè)”。該企業(yè)創(chuàng)始人技術(shù)出身，擅長運(yùn)動控制，立足于自主創(chuàng)新，在與美國PLD芯片公司合作的基礎(chǔ)上，推出了多軸運(yùn)動控制芯片、馬達(dá)驅(qū)動芯片等一些列FPGA方案。“從芯片到系統(tǒng)”的整體駕馭能力以及“機(jī)電緊密結(jié)合”的能力是其區(qū)別于其它同行的特點(diǎn)。這種研發(fā)模式投入大，周期長，前期斯邁迪為此走了不少彎路，但成長前景可觀。

　　制造難點(diǎn)及關(guān)鍵部件

　　自2009年第四季度市場強(qiáng)勢復(fù)蘇以來，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了不少電控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)，一夜之間，曾經(jīng)看似有難度的電控系統(tǒng)生產(chǎn)變得不再神秘。電控系統(tǒng)研發(fā)制造，尤其是單軸電控系統(tǒng)的研發(fā)制造，是否不再存在難點(diǎn)？

　　鮑麥克斯方面認(rèn)為，單軸電控系統(tǒng)的研發(fā)制造難點(diǎn)主要在于可靠性和一致性，而這些都是靠設(shè)計(jì)出來的?？煽啃栽O(shè)計(jì)是一個系統(tǒng)工程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初的方案設(shè)計(jì)、器件選型，到產(chǎn)品樣機(jī)階段和量產(chǎn)階段的各項(xiàng)測試，需要企業(yè)自己提出可行的詳細(xì)測試方案。一個產(chǎn)品測試得越嚴(yán)格，后續(xù)量產(chǎn)后出問題的可能性就越低，鮑麥克斯每推出一款新產(chǎn)品都需要進(jìn)行很長時間的測試和論證，一般需要經(jīng)過樣機(jī)測試、DV測試（設(shè)計(jì)驗(yàn)證測試）、型式試驗(yàn)、CE測試和出廠測試等幾道測試。而在這些測試中，尤以電磁兼容方面（抗干擾、靜電等）的測試最為重要。另外，成品的可靠性和一致性還需要依靠生產(chǎn)部建立相應(yīng)品質(zhì)和物流等管理保障體系。關(guān)于設(shè)計(jì)、檢測的重要性，積聚方面也持相同觀點(diǎn)。積聚方面還提出，如何透徹深入理解終端客戶的需求，也是當(dāng)前電控系統(tǒng)研發(fā)制造的難點(diǎn)，比如腳踏板的力度，看似很簡單，但力度不同給人操作的感覺完全不一樣，而用戶的需求卻是千差萬別的。弘躍方面則認(rèn)為，如何解決高速狀態(tài)下的磨損問題，是包縫機(jī)電控系統(tǒng)的主要制造難點(diǎn)。高速是包縫機(jī)最主要的性能指標(biāo)，如果用軸承，容易磨損、產(chǎn)生噪聲，而如果不用軸承，難度很高。此外，既懂電又懂機(jī)械復(fù)合型人才的缺乏也是當(dāng)前電控系統(tǒng)企業(yè)普遍面臨的問題。

　　多軸電控系統(tǒng)的研發(fā)制造一直是近年來特種縫紉機(jī)機(jī)電一體化的瓶頸。興大豪方面認(rèn)為難點(diǎn)主要在于機(jī)電結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。平縫機(jī)電控只有1個電機(jī)，套結(jié)機(jī)電控有3個電機(jī)，花樣機(jī)有3～5個電機(jī)，釘扣機(jī)電控除了電機(jī)還有大量的電磁鐵，各機(jī)構(gòu)相互之間的關(guān)系很復(fù)雜，對最終形成縫紉效果的要求又比較高。多軸電控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)要同時研究控制機(jī)理、動作機(jī)理、運(yùn)動學(xué)等，比如電機(jī)，采取什么樣的控制策略才能達(dá)到控制要求，還要研究負(fù)載的特性。元器件的離散性是電控系統(tǒng)生產(chǎn)過程中不可避免的，因此在設(shè)計(jì)上要留有余量，即容差設(shè)計(jì)。比如電壓，要設(shè)計(jì)成正負(fù)10%，大豪的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)最高按正負(fù)30%設(shè)計(jì)（176～264伏）。鮑麥克斯和斯邁迪方面則認(rèn)為，上述軟件方面的問題可以通過后期修改完善，但硬件設(shè)計(jì)需要有足夠的余量給軟件以支持。鮑麥克斯方面認(rèn)為，多軸特種機(jī)控制需要仔細(xì)研究花樣的縫制運(yùn)動機(jī)理，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用具體設(shè)計(jì)。多軸控制系統(tǒng)在研發(fā)制造前期一定要在伺服控制、步進(jìn)控制方面做好基礎(chǔ)研究工作，一定要吃透伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的控制特性，否則后期會遇到各種涉及到控制性能的設(shè)計(jì)瓶頸。

　　關(guān)于電控系統(tǒng)關(guān)鍵部件的看法，各企業(yè)見解不一。鮑麥克斯方面認(rèn)為，芯片是最關(guān)鍵的部件，比如市場上有反映某公司電控系統(tǒng)剎不住車的情況，就是芯片存在問題。除此之外，它還關(guān)系到電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性。其次，電機(jī)、編碼器也十分重要。興大豪方面認(rèn)為電機(jī)、電磁鐵、傳感器是關(guān)鍵部件，要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行選購，比如電機(jī)的功率、傳感器的敏感度等。積聚方面的觀點(diǎn)是關(guān)鍵部件為IPM（功率器件），它直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率、發(fā)熱和使用壽命。琦星方面指出，關(guān)系到使用壽命的驅(qū)動模塊、CPU、強(qiáng)電元器件等要采用國際知名品牌，才能保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。勵磁方面則認(rèn)為，主芯片（DSP）、電機(jī)、傳感器都是關(guān)鍵部件。目前有企業(yè)為了省成本，用單片機(jī)替代DSP，其缺陷是運(yùn)算速度慢，高速運(yùn)行時的穩(wěn)定性難以保證。電機(jī)的好壞差別也很大，目前大部分企業(yè)用的是稀土電機(jī)。