由中国液压气动密封件工业协会和汉诺威米兰（中国）有限公司共同组织举办的2021 PTC ASIA展会，于2021年10月26日～29日在上海浦东新国际博览中心成功举办。展会同期举办的“PTC ASIA 2021高新技术展区@国际技术交流报告会”再次成为展会重要技术内涵和亮点，吸引了众多嘉宾前来学习交流。
为了让更多的同仁了解本届国际技术报告会实况，《液压气动与密封》杂志对专家的报告通过录音进行编辑整理，陆续发表在2022年《液压气动与密封》杂志和微信平台上（公众号：chpsap-yqm），希望更多的读者在学习中得到启迪和收获。敬请关注！
PTC ASIA 2022 高新技术展区现场技术报告（之三）
数字液压为装备智能化带来的改变
——据北京亿美博科技有限公司专家杨涛报告录音整理
今天做一个“数字液压为装备智能化带来改变的专题”分享。我学的专业不是液压，可能会在专业术语等方面存在不足或错误，只算是抛砖引玉，不算是严谨的学术交流。
如果将钢铁称为工业的骨骼、人工智能是大脑，那么液压就是工业的“肌肉”。肌肉的精准可控并实现数字化和网络化，是简化控制难度、提升技术性能、降低综合门槛、推动装备制造业迈入智能化发展的捷径。工业4.0成为工业智能化发展的共识，大功率传动的数字化成为装备智能化发展的关键。数字液压提升了液压传动的技术性能，使得相对电传动具有更大功率密度的液压传动重新获得了发展机遇，让人工智能与工业装备相结合，推动大型装备迈入智能化高质量发展之路。我们通过数字液压在冶金、能源、工程机械等行业的成功应用和智能化案例，来介绍数字液压为装备智能化带来的改变。
液压为何数字化？
首先提出一个问题：液压为什么要数字化？液压实现数字化的目的是什么？仅仅是为了控制还是为了提升性能？
在此我先给出一个自己认知的答案，这个也是中国工程院前院长周济院士到亿美博对数字液压进行调研时说过的一句话，他说：数字化并不是最终的目的，数字化是为信息化和智能化搭建的基础。因此在我看，液压数字化至少要实现三个方面的改变：
第一是希望通过液压数字化提升技术水平。我们知道不论是发达国家还是我们国家，现有的液压技术对于装备制造业的发展形成严重阻碍，也就是所谓的“锁喉之痛”。虽然美国波士顿动力把机器人Atlas做得能跑能跳能够后空翻、把四足大狗做得满街跑，但世界上也仅有这么一家公司能够做到，这是为什么？我的看法可能是不一定正确，我个人认为液压是关键瓶颈。电动化相比液压能够做得更简单，我们看到小米狗、阿尔法狗、宇树狗等国内厂家的电动四足机器人（狗）已经满街跑了，但是液压大狗现在还很难跑起来，至少我们还没有看到现实中的工业化产品。因此我个人认为液压作为传动领域的基础技术，对整个装备制造业来说是个瓶颈。因此我认为液压数字化第一重要的就是提升液压的技术水平。
第二是希望通过数字化降低液压应用的门槛。美国波士顿动力能把液压大狗和Atlas机器人做好，它的技术团队大量来自美国麻省理工学院，以及液压传动技术有美国MOOG支撑，所以波士顿动力的机器人才能如此精湛。但是如此高级的传动及控制技术想要在工业领域中普及应用是很难的，这也是目前液压机器人并未大面积普及的根源。所以我们希望通过液压数字化来降低液压的应用门槛，能够让所有人都会用，而且能够用好。
第三是希望通过液压数字化推动工业自动化、智能化发展。我想大家都认同未来的工业发展一定会向自动化、智能化方向迈进。如果液压不能够满足未来工业发展的需求就会被淘汰。这些年我们已经看到电传动技术越来越多地取代液压被广泛应用，我是学电的，父亲是从事机械液压专业的，我做电控最直接的感受就是它简单易用，但明显的不足是其体积重量要比液压大很多，换句话说就功率重量比较小。波士顿动力机器人之所以能够后空翻，而电动机器人都很难跳起来，这个差别就是功率密度。我们知道液压的功率密度大，所以他有足够的爆发力，从而能够跳的起来。液压有更大的功率密度，能够实现数字化的高精度控制，就能够让工业自动化和智能化发挥效力，就能加速工业发展进程。无论液压是模拟还是数字化，其为方法而并非目的。正如中国工程院前院长周济院士所言，数字化不是目的，它是为装备制造业实现信息化、自动化和智能化搭建的基础。有了数字化精准可控的液压技术，大功率传动精准受控了，自动化水平才能提升，才能有利于信息化大数据云计算发挥效力，才能加速智能化落，地推动工业4.0快速发展。
因此我个人认为，无论何种方式的液压数字化，都至少应满足上面这三个方面。
液压数字化的二种不同方向
近些年，液压数字化已经成为国际国内行业发展重点和趋势，多种多样的液压数字化技术不断涌现。我们将其分为两种类型的液压数字化：液压控制数字化；液压特性数字化。
液压控制数字化
我们先来看一下液压控制的数字化。“数字阀的出现是液压阀技术发展的最典型代表，其极大的提高了控制的灵活性，直接与计算机接口，无需D/A转换元件，机械加工相对容易，成本低、功耗小，且对油液不敏感”。这句话出自于杨华勇院士的《数字液压阀及其阀控系统发展和展望》。这里面列举了目前大家普遍称之为液压数字化的一些元器件（见图1），左侧是采用PWM/PNM控制的液压阀，被称之为数字信号技术。右侧叫做数字流量技术，包括数字控制的流量离散高速开关阀，另外就是按二进制流量面积并联组合的高速开关阀岛，我们在此届PTC展会上看到有一些院校在做这方面的研究工作。
图1 数字控制化的液压元器件
这里我谈一下个人看法。通过将液压阀数字化，例如高速开关占空比调流，通过按2进制通流面积多阀组合的DFCU等等，都是试图通过数字化手段改善液压阀的流量分辨率、精度、线性度、滞环等控制特性。但这些数字化手段虽然提升了液压阀的局部性能（暂且认为是这样），但阀口压降的变化、流体粘度变化、泄漏等外在因素的不确定，依然需要传感器、控制算法软件和参数的调整等，与复杂的伺服阀控系统并没有太大区别。而被很多人看好的DFCU不仅体积重量失去了液压相比电动的优势，在大权值流量阀开闭切换无法做到无缝衔接而导致压力/流量的冲击，也是值得关注和深入研究的难题。除此之外，不同温度、不同压力、不同负载、不同流体等，即便在相同的阀口面积下也并不能得到相同的流量，而不确定的流量就无法精准地控制行程、速度和加速度，这样的数字化带来的好处是什么？不确定的流量是否可以称为数字流量？因此我们将这样的数字化技术称为液压控制的数字化。
液压特性数字化
电信号的频率对应液压作动器的速度；电信号的数量对应液压作动器的行程。不同温度、不同压力、不同负载、不同流体、甚至严重内外泄漏情况下，只要能维持一个较小阀口压降（低于伺服或比例阀），亿美博数字液压就实现足够精度的数字化特性。
与上述液压控制数字化不同的亿美博数字液压，注重的是液压特性的数字化。我们定义的数字液压是液压作动器运动特性的数字化，因此在大多数工业应用中完全可以省略传感器，仅用开环控制方式即可满足大多数精度需求，加上传感器，就可以构成异构冗余双闭环控制系统，进一步提高系统安全稳定性能，优势是其它系统难以匹敌的。正是由于液压作动器具有了精准的数字化特性，不仅改变了液压传动控制的方式，提升了液压控制系统的性能，简化了液压系统构成，提升了环境适应能力等，它与计算机和网络接口更加便捷，从而有利于信息化的大数据和云计算及人工智能技术落地在大功率传动控制领域。
近些年，亿美博在数字液压基础之上，进一步将其网络化与智能化（见图2）。如：增加压力、温度、姿态、振动等不同形式的传感器；增加多种形式的现场总线网络接口；嵌入高性能计算芯片，增加大数据预处理和故障预测等能力，使得数字液压更接近于信息技术爆炸式发展及工业4.0智能化发展的需要。
图2 网络智能化数字液压缸
上面谈了亿美博数字液压的特点和近些年的发展，那么亿美博的数字液压到底能够做些什么，它能够体现什么样的技术特征呢？我用一段视频展示典型的工程机械液压油缸，通过亿美博数字化升级后，推一个百分表，进行往复运动，精度优于±5微米，体现出亿美博数字液压的特性。大家知道工程机械油缸的综合性能并不高，但数字化后将它的特性提升，主要表现在下面几个方面：
◆高频响和高精度。我们通过数字液压把频响和精度大幅度提升，最近提的比较多的一个问题是数字液压的频响到底高还是不高？有一个确定的答案就是只有高频响才能实现高精度，而通过上述视频和大量应用案例可以看到，数字液压可以在往复运动时实现±5微米的精度，这个精度相信绝大多数工业应用场合已经足够高了，所以数字液压的频响够不够高先不用争论，重点看实现的精度是否能够满足绝大多数的工业需求才更重要。
◆高一致性。大家都知道，数字电子技术相对于以前的模拟技术，最大的不同就是它的高一致性。不论谁家生产的数字元器件，其特性都是相同的，不会说这一批的产品与下一批的不一样，在不同工况下使用也具有一致性。数字液压也同样具有这样的一致性，即：电信号的频率和数量对应的就是数字液压元器件的速度和位移，它的一致性非常好，因而降低了高精度液压控制的难度。
◆高环境耐受能力。数字液压能够耐受-40℃～200℃的环境温度，NAS9～11级清洁度就可以满足±3微米的控制精度要求。尤其是在工程机械领域的应用，高环境耐受能力是必不可少的，数字液压在此具有更好的优势。
◆提高了可靠性、降低了综合成本、降低维护难度，降低应用难度。数字液压系统由于系统构成简单，因而可靠性更容易获得保障，同时也降低了设计和制造及系统成套的成本，更让使用和维护简单化。
数字液压缸早在2002年就被国家科技部列入十五科技攻关计划，2003年通过了验收。2019年数字液压系列技术进一步得到了国家产业化发展的支持。亿美博与国内油缸/马达企业合作，将现有产品通过数字化升级，使其具备精密可控的性能和极强的环境耐受能力，大大提升了油缸和马达企业产品的竞争力和盈利率，得到越来越多企业的支持并展开合作。液压的数字化可以是多种多样的，每一种技术和方法都有自身的优势和特点。在满足液压技术性能和水平的提升、降低液压应用门槛、推动装备信息化、自动化、智能化发展基础上，哪种技术路径让产品和系统实施更廉价、可靠和易于批量制造及推广应用，哪种技术就更容易获得市场接受和认可。
在此我们感谢一直以来支持数字液压发展的行业协会、领导和专家及各行业的用户们。下面我们列举一些典型的数字化和智能化应用案例，进一步让大家了解亿美博数字液压的特点。
数字液压成功应用和智能化案例
大型水电站数字液压应用
这个数字液压应用比较有代表性（见图3），应用是在世界第三大水电站——溪洛渡电站。图片下面左边是德国某著名液压传动控制企业的伺服液压系统图，可见系统构成非常复杂，不仅采用了液压同步马达提供初级同步性能，为进一步提高特殊工况下的同步精度，又在后面串联了伺服阀控系统，进一步保证六台液压缸的同步运动精度。由于系统构成复杂，调试和维护工作量都非常大。采用亿美博数字液压技术进行升级替代，首先带来的是技术性能大幅提升，第二安装调试时间从2个月缩短到4小时，第三成本大幅度降低，第四免维护下已经连续运行超过了7年，第五备品备件率从20%降了一个数量级。这些都是采用数字液压带来的突出改变。该应用2017年通过了鉴定，鉴定结论是：国际先进水平。通过这个典型案例我们可以看到，数字液压大幅简化了液压系统构成，提升了系统技术性能和可靠性，减少了维护和备品备件，综合成本大幅降低。
图3 世界第三大水电站国际先进水平数字液压应用
硅钢极薄带数字液压轧机厚度自动控制
将不锈钢轧制到20～30微米被称为“手撕钢”，引起高度关注。而将硬度更高更脆的硅钢轧制到30微米，这样的技术和产品国家长期依赖进口，因而限制了我国高端装备的发展。2016年我们利用数字液压在硅钢轧制厚度控制方面做了非常有益的探索，在后续全国产化轧机基础上，不仅实现了30微米硅钢极薄带的批量稳定生产，8000米的带长厚度误差只有±2微米，这个指标已经远远超过了世界上最顶级的日本日金指标（日金的指标是50微米厚度，误差+8/-10微米（见图4））。
图4 硅钢极薄带数字液压轧机厚度自动控制
对于硅钢极薄带的轧制，我们看一下采用数字液压与传统伺服液压系统在控制方面带来了什么样的改变？我简单地画了一个框图（见图5），上面是传统的伺服液压系统，有很多的前馈算法和技术参数及多级闭环反馈控制等。采用数字液压后，大量的前馈模型及技术参数不再需要，仅需检测带钢的厚度进行闭环控制，大幅度简化了传动和控制系统构成。由于对算力的降低，所用的PLC从原来的S7-400降为S7-200，成本降低了数十倍。构成的系统则从几千万降到了几十万，这是一个明显的改变，而且它的使用难度、使用和维护成本大幅度下降。数字液压升级替代传统伺服阀控液压系统，不仅提升了精度、简化了系统、增强了可靠性和环境耐受能力，还使控制系统软硬件大幅简化，大大降低了综合成本，实现了全国产设备自主可控生产高端基础材料。
图5 硅钢极薄带伺服/数字液压厚度自动控制系统对比
旋挖钻回转数字液压马达及智能控制探索
再看我们在工程机械领域做的一些数字化和智能化探索。图6是三一旋挖钻，我们将原来的回转液压马达进行了数字化升级并进行了智能化控制的探索，带来如下改变：
◆提升回转一次停位精度
◆变工况智能优化启停特性
◆改善回转平稳性
◆缩短液压系统响应时间
◆提升作业效率/降低能耗
◆一键智能快速回位/降低劳动强度
图6 旋挖钻回转马达数字化及智能控制探索
旋挖钻机回转马达通过数字液压升级，在超大转动扭矩工作状态下，实现了高速一次停位精度优于+/-0.2度，大幅提升了旋挖钻成孔精度，提升了作业效率，降低能耗等的同时，控制系统可通过智能化算法，在不同回转扭矩下，智能优化回转加减速曲线，降低惯性导致的结构受力引起的冲击晃动等。
起重机回转数字液压智能稳钩控制系统
起重机起吊重物回转时会因动势能变化导致被吊物体晃动。而晃动带来安全系数和作业效率的降低。行业内一直谋求通过智能控制进行晃动补偿控制，但由于被控回转液压系统难以在精准的时刻实现精准的角速度、角加速度和角位移等诸多调控要求，因而成为行业一直未能攻克的难题。数字液压马达升级回转液压传动系统后，在提升液压系统响应速度，提升角位移、角速度和角加速度精度的前提下，通过对力学、运动学、结构和材料学等的深入研究，总结出一套先进有效的多维感知智能控制算法，在不同吊臂长度和不同变幅角度以及不同负载情况下，均实现了被吊物体在最高速回转及停止时的稳定控制（例如：吊缆长22米时，额定载荷最大摆动距离仅有±10cm），让起重机具有了全新的竞争力，也充分体现了数字液压为人工智能技术落地装备制造业带来的巨大优势（见图7）。
图7 起重机回转数字液压智能稳钩控制系统
摊铺机行走马达数字化及智能控制探索
图8左边是数字化改造的摊铺机。原行走液压系统采用进口闭式液压系统并在高压下工作，才能提供足够的液压刚度，满足大多数回转角度的运行稳定性需求。即便是这样，在一些小半径回转时，由于两侧马达速度差较大，低速运转的马达会受到很强的反拖力而出现抖动。数字液压系统不仅可以用开式单国产液压泵满足双数字液压马达精确的角速度和角位移运转需要，低速稳定范围大幅拓展，还可以实现任意角度的稳定回转。不仅如此，我们还将先进的机器人控制技术及机器视觉技术应用在摊铺机控制上，仅仅500元人民币、一个月的时间、一个人的工作量，就实现了摊铺机自动巡线无人驾驶。视频中的摊铺机用一个工业摄像头来识别地上的一条白线（模拟道路的边界），就能让摊铺机更贴近路边摊铺而不发生碰撞，减少人工补摊的作业量。图8下图展示的是价格仅不足500元人民币的控制系统及开源机器人控制系统（ROS，意思是机器人操作系统）。
图8 摊铺机行走马达数字化及智能控制探索
我们现在正在用机器人控制系统来实现对工程机械的控制。大家此时可能会有一个疑问——机器人控制系统能不能控制工程机械，或者说工程机械能不能用机器人控制系统控制？
我们换个角度想象一下，一台挖掘机、起重机，不就是一个单臂作业的机器人吗？只不过以前没办法实现精准的、有效的、网络化的控制，所以大家看它是一个“傻大黑粗”的设备，而如果它能够实现精准协调和网络化控制，工程机械不就是典型的机器人吗？那么机器人控制系统未来一定能控制数字化的工程机械。
挖掘机用数字可编程功率敏感泵
数字液压缸、数字液压马达已经是成熟的产品，我们正在研发测试的数字可编程功率敏感泵（数字流量分配系统/DEFM+功率敏感调节）简称数字泵（见图9），为数字液压挖掘机器人提供功率。由于从功率输出单元，到各个执行单元全部数字化，因而数字液压挖掘机器人整机功率匹配更能够体现精准，实现挖掘机高效和节能的共存。它具有全时合流、动作/速度协调控制、流量/功率抗饱和控制、主泵的流量压力双跟随控制等。采用智能控制系统，可根据手柄操纵情况（操纵速度和加速度）、系统的压力和流量、作业工况和工作模式，由ECU来自动选择和确定泵和发动机运转模式。数字液压挖掘机器人还包括很多自动化挖掘操作控制程序，例如：自适应挖掘、电子围栏、自动修坡、自动沟渠辅助、自动平地、自动土方统计、铲斗水平自动保持等。
图9 数字可编程功率敏感泵
最后我们再回到最初提出的问题：液压为什么要数字化？液压数字化我个人认为要满足以下3点：
◆提升液压技术水平；
◆降低液压应用门槛；
◆推动装备实现信息化、自动化和智能化
以上是我们利用数字液压结合先进的智能控制技术，为装备制造业智能化发展所做的点滴探索。无论什么样的液压技术路线，也无论什么样的数字化方法，只有满足但不限于上述三点，我想就能够被更广泛地接受，就能有更好的发展空间，它就是好技术。
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数字液压为装备智能化带来的改变（报告）
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来源：匠客工程机械
由中国液压气动密封件工业协会和汉诺威米兰（中国）有限公司共同组织举办的2021 PTC ASIA展会，于2021年10月26日～29日在上海浦东新国际博览中心成功举办。展会同期举办的“PTC ASIA 2021高新技术展区@国际技术交流报告会”再次成为展会重要技术内涵和亮点，吸引了众多嘉宾前来学习交流。
为了让更多的同仁了解本届国际技术报告会实况，《液压气动与密封》杂志对专家的报告通过录音进行编辑整理，陆续发表在2022年《液压气动与密封》杂志和微信平台上（公众号：chpsap-yqm），希望更多的读者在学习中得到启迪和收获。敬请关注！
PTC ASIA 2022 高新技术展区现场技术报告（之三）
数字液压为装备智能化带来的改变
——据北京亿美博科技有限公司专家杨涛报告录音整理
今天做一个“数字液压为装备智能化带来改变的专题”分享。我学的专业不是液压，可能会在专业术语等方面存在不足或错误，只算是抛砖引玉，不算是严谨的学术交流。
如果将钢铁称为工业的骨骼、人工智能是大脑，那么液压就是工业的“肌肉”。肌肉的精准可控并实现数字化和网络化，是简化控制难度、提升技术性能、降低综合门槛、推动装备制造业迈入智能化发展的捷径。工业4.0成为工业智能化发展的共识，大功率传动的数字化成为装备智能化发展的关键。数字液压提升了液压传动的技术性能，使得相对电传动具有更大功率密度的液压传动重新获得了发展机遇，让人工智能与工业装备相结合，推动大型装备迈入智能化高质量发展之路。我们通过数字液压在冶金、能源、工程机械等行业的成功应用和智能化案例，来介绍数字液压为装备智能化带来的改变。
液压为何数字化？
首先提出一个问题：液压为什么要数字化？液压实现数字化的目的是什么？仅仅是为了控制还是为了提升性能？
在此我先给出一个自己认知的答案，这个也是中国工程院前院长周济院士到亿美博对数字液压进行调研时说过的一句话，他说：数字化并不是最终的目的，数字化是为信息化和智能化搭建的基础。因此在我看，液压数字化至少要实现三个方面的改变：
第一是希望通过液压数字化提升技术水平。我们知道不论是发达国家还是我们国家，现有的液压技术对于装备制造业的发展形成严重阻碍，也就是所谓的“锁喉之痛”。虽然美国波士顿动力把机器人Atlas做得能跑能跳能够后空翻、把四足大狗做得满街跑，但世界上也仅有这么一家公司能够做到，这是为什么？我的看法可能是不一定正确，我个人认为液压是关键瓶颈。电动化相比液压能够做得更简单，我们看到小米狗、阿尔法狗、宇树狗等国内厂家的电动四足机器人（狗）已经满街跑了，但是液压大狗现在还很难跑起来，至少我们还没有看到现实中的工业化产品。因此我个人认为液压作为传动领域的基础技术，对整个装备制造业来说是个瓶颈。因此我认为液压数字化第一重要的就是提升液压的技术水平。
第二是希望通过数字化降低液压应用的门槛。美国波士顿动力能把液压大狗和Atlas机器人做好，它的技术团队大量来自美国麻省理工学院，以及液压传动技术有美国MOOG支撑，所以波士顿动力的机器人才能如此精湛。但是如此高级的传动及控制技术想要在工业领域中普及应用是很难的，这也是目前液压机器人并未大面积普及的根源。所以我们希望通过液压数字化来降低液压的应用门槛，能够让所有人都会用，而且能够用好。
第三是希望通过液压数字化推动工业自动化、智能化发展。我想大家都认同未来的工业发展一定会向自动化、智能化方向迈进。如果液压不能够满足未来工业发展的需求就会被淘汰。这些年我们已经看到电传动技术越来越多地取代液压被广泛应用，我是学电的，父亲是从事机械液压专业的，我做电控最直接的感受就是它简单易用，但明显的不足是其体积重量要比液压大很多，换句话说就功率重量比较小。波士顿动力机器人之所以能够后空翻，而电动机器人都很难跳起来，这个差别就是功率密度。我们知道液压的功率密度大，所以他有足够的爆发力，从而能够跳的起来。液压有更大的功率密度，能够实现数字化的高精度控制，就能够让工业自动化和智能化发挥效力，就能加速工业发展进程。无论液压是模拟还是数字化，其为方法而并非目的。正如中国工程院前院长周济院士所言，数字化不是目的，它是为装备制造业实现信息化、自动化和智能化搭建的基础。有了数字化精准可控的液压技术，大功率传动精准受控了，自动化水平才能提升，才能有利于信息化大数据云计算发挥效力，才能加速智能化落，地推动工业4.0快速发展。
因此我个人认为，无论何种方式的液压数字化，都至少应满足上面这三个方面。
液压数字化的二种不同方向
近些年，液压数字化已经成为国际国内行业发展重点和趋势，多种多样的液压数字化技术不断涌现。我们将其分为两种类型的液压数字化：液压控制数字化；液压特性数字化。
液压控制数字化
我们先来看一下液压控制的数字化。“数字阀的出现是液压阀技术发展的最典型代表，其极大的提高了控制的灵活性，直接与计算机接口，无需D/A转换元件，机械加工相对容易，成本低、功耗小，且对油液不敏感”。这句话出自于杨华勇院士的《数字液压阀及其阀控系统发展和展望》。这里面列举了目前大家普遍称之为液压数字化的一些元器件（见图1），左侧是采用PWM/PNM控制的液压阀，被称之为数字信号技术。右侧叫做数字流量技术，包括数字控制的流量离散高速开关阀，另外就是按二进制流量面积并联组合的高速开关阀岛，我们在此届PTC展会上看到有一些院校在做这方面的研究工作。
图1 数字控制化的液压元器件
这里我谈一下个人看法。通过将液压阀数字化，例如高速开关占空比调流，通过按2进制通流面积多阀组合的DFCU等等，都是试图通过数字化手段改善液压阀的流量分辨率、精度、线性度、滞环等控制特性。但这些数字化手段虽然提升了液压阀的局部性能（暂且认为是这样），但阀口压降的变化、流体粘度变化、泄漏等外在因素的不确定，依然需要传感器、控制算法软件和参数的调整等，与复杂的伺服阀控系统并没有太大区别。而被很多人看好的DFCU不仅体积重量失去了液压相比电动的优势，在大权值流量阀开闭切换无法做到无缝衔接而导致压力/流量的冲击，也是值得关注和深入研究的难题。除此之外，不同温度、不同压力、不同负载、不同流体等，即便在相同的阀口面积下也并不能得到相同的流量，而不确定的流量就无法精准地控制行程、速度和加速度，这样的数字化带来的好处是什么？不确定的流量是否可以称为数字流量？因此我们将这样的数字化技术称为液压控制的数字化。
液压特性数字化
电信号的频率对应液压作动器的速度；电信号的数量对应液压作动器的行程。不同温度、不同压力、不同负载、不同流体、甚至严重内外泄漏情况下，只要能维持一个较小阀口压降（低于伺服或比例阀），亿美博数字液压就实现足够精度的数字化特性。
与上述液压控制数字化不同的亿美博数字液压，注重的是液压特性的数字化。我们定义的数字液压是液压作动器运动特性的数字化，因此在大多数工业应用中完全可以省略传感器，仅用开环控制方式即可满足大多数精度需求，加上传感器，就可以构成异构冗余双闭环控制系统，进一步提高系统安全稳定性能，优势是其它系统难以匹敌的。正是由于液压作动器具有了精准的数字化特性，不仅改变了液压传动控制的方式，提升了液压控制系统的性能，简化了液压系统构成，提升了环境适应能力等，它与计算机和网络接口更加便捷，从而有利于信息化的大数据和云计算及人工智能技术落地在大功率传动控制领域。
近些年，亿美博在数字液压基础之上，进一步将其网络化与智能化（见图2）。如：增加压力、温度、姿态、振动等不同形式的传感器；增加多种形式的现场总线网络接口；嵌入高性能计算芯片，增加大数据预处理和故障预测等能力，使得数字液压更接近于信息技术爆炸式发展及工业4.0智能化发展的需要。
图2 网络智能化数字液压缸
上面谈了亿美博数字液压的特点和近些年的发展，那么亿美博的数字液压到底能够做些什么，它能够体现什么样的技术特征呢？我用一段视频展示典型的工程机械液压油缸，通过亿美博数字化升级后，推一个百分表，进行往复运动，精度优于±5微米，体现出亿美博数字液压的特性。大家知道工程机械油缸的综合性能并不高，但数字化后将它的特性提升，主要表现在下面几个方面：
◆高频响和高精度。我们通过数字液压把频响和精度大幅度提升，最近提的比较多的一个问题是数字液压的频响到底高还是不高？有一个确定的答案就是只有高频响才能实现高精度，而通过上述视频和大量应用案例可以看到，数字液压可以在往复运动时实现±5微米的精度，这个精度相信绝大多数工业应用场合已经足够高了，所以数字液压的频响够不够高先不用争论，重点看实现的精度是否能够满足绝大多数的工业需求才更重要。
◆高一致性。大家都知道，数字电子技术相对于以前的模拟技术，最大的不同就是它的高一致性。不论谁家生产的数字元器件，其特性都是相同的，不会说这一批的产品与下一批的不一样，在不同工况下使用也具有一致性。数字液压也同样具有这样的一致性，即：电信号的频率和数量对应的就是数字液压元器件的速度和位移，它的一致性非常好，因而降低了高精度液压控制的难度。
◆高环境耐受能力。数字液压能够耐受-40℃～200℃的环境温度，NAS9～11级清洁度就可以满足±3微米的控制精度要求。尤其是在工程机械领域的应用，高环境耐受能力是必不可少的，数字液压在此具有更好的优势。
◆提高了可靠性、降低了综合成本、降低维护难度，降低应用难度。数字液压系统由于系统构成简单，因而可靠性更容易获得保障，同时也降低了设计和制造及系统成套的成本，更让使用和维护简单化。
数字液压缸早在2002年就被国家科技部列入十五科技攻关计划，2003年通过了验收。2019年数字液压系列技术进一步得到了国家产业化发展的支持。亿美博与国内油缸/马达企业合作，将现有产品通过数字化升级，使其具备精密可控的性能和极强的环境耐受能力，大大提升了油缸和马达企业产品的竞争力和盈利率，得到越来越多企业的支持并展开合作。液压的数字化可以是多种多样的，每一种技术和方法都有自身的优势和特点。在满足液压技术性能和水平的提升、降低液压应用门槛、推动装备信息化、自动化、智能化发展基础上，哪种技术路径让产品和系统实施更廉价、可靠和易于批量制造及推广应用，哪种技术就更容易获得市场接受和认可。
在此我们感谢一直以来支持数字液压发展的行业协会、领导和专家及各行业的用户们。下面我们列举一些典型的数字化和智能化应用案例，进一步让大家了解亿美博数字液压的特点。
数字液压成功应用和智能化案例
大型水电站数字液压应用
这个数字液压应用比较有代表性（见图3），应用是在世界第三大水电站——溪洛渡电站。图片下面左边是德国某著名液压传动控制企业的伺服液压系统图，可见系统构成非常复杂，不仅采用了液压同步马达提供初级同步性能，为进一步提高特殊工况下的同步精度，又在后面串联了伺服阀控系统，进一步保证六台液压缸的同步运动精度。由于系统构成复杂，调试和维护工作量都非常大。采用亿美博数字液压技术进行升级替代，首先带来的是技术性能大幅提升，第二安装调试时间从2个月缩短到4小时，第三成本大幅度降低，第四免维护下已经连续运行超过了7年，第五备品备件率从20%降了一个数量级。这些都是采用数字液压带来的突出改变。该应用2017年通过了鉴定，鉴定结论是：国际先进水平。通过这个典型案例我们可以看到，数字液压大幅简化了液压系统构成，提升了系统技术性能和可靠性，减少了维护和备品备件，综合成本大幅降低。
图3 世界第三大水电站国际先进水平数字液压应用
硅钢极薄带数字液压轧机厚度自动控制
将不锈钢轧制到20～30微米被称为“手撕钢”，引起高度关注。而将硬度更高更脆的硅钢轧制到30微米，这样的技术和产品国家长期依赖进口，因而限制了我国高端装备的发展。2016年我们利用数字液压在硅钢轧制厚度控制方面做了非常有益的探索，在后续全国产化轧机基础上，不仅实现了30微米硅钢极薄带的批量稳定生产，8000米的带长厚度误差只有±2微米，这个指标已经远远超过了世界上最顶级的日本日金指标（日金的指标是50微米厚度，误差+8/-10微米（见图4））。
图4 硅钢极薄带数字液压轧机厚度自动控制
对于硅钢极薄带的轧制，我们看一下采用数字液压与传统伺服液压系统在控制方面带来了什么样的改变？我简单地画了一个框图（见图5），上面是传统的伺服液压系统，有很多的前馈算法和技术参数及多级闭环反馈控制等。采用数字液压后，大量的前馈模型及技术参数不再需要，仅需检测带钢的厚度进行闭环控制，大幅度简化了传动和控制系统构成。由于对算力的降低，所用的PLC从原来的S7-400降为S7-200，成本降低了数十倍。构成的系统则从几千万降到了几十万，这是一个明显的改变，而且它的使用难度、使用和维护成本大幅度下降。数字液压升级替代传统伺服阀控液压系统，不仅提升了精度、简化了系统、增强了可靠性和环境耐受能力，还使控制系统软硬件大幅简化，大大降低了综合成本，实现了全国产设备自主可控生产高端基础材料。
图5 硅钢极薄带伺服/数字液压厚度自动控制系统对比
旋挖钻回转数字液压马达及智能控制探索
再看我们在工程机械领域做的一些数字化和智能化探索。图6是三一旋挖钻，我们将原来的回转液压马达进行了数字化升级并进行了智能化控制的探索，带来如下改变：
◆提升回转一次停位精度
◆变工况智能优化启停特性
◆改善回转平稳性
◆缩短液压系统响应时间
◆提升作业效率/降低能耗
◆一键智能快速回位/降低劳动强度
图6 旋挖钻回转马达数字化及智能控制探索
旋挖钻机回转马达通过数字液压升级，在超大转动扭矩工作状态下，实现了高速一次停位精度优于+/-0.2度，大幅提升了旋挖钻成孔精度，提升了作业效率，降低能耗等的同时，控制系统可通过智能化算法，在不同回转扭矩下，智能优化回转加减速曲线，降低惯性导致的结构受力引起的冲击晃动等。
起重机回转数字液压智能稳钩控制系统
起重机起吊重物回转时会因动势能变化导致被吊物体晃动。而晃动带来安全系数和作业效率的降低。行业内一直谋求通过智能控制进行晃动补偿控制，但由于被控回转液压系统难以在精准的时刻实现精准的角速度、角加速度和角位移等诸多调控要求，因而成为行业一直未能攻克的难题。数字液压马达升级回转液压传动系统后，在提升液压系统响应速度，提升角位移、角速度和角加速度精度的前提下，通过对力学、运动学、结构和材料学等的深入研究，总结出一套先进有效的多维感知智能控制算法，在不同吊臂长度和不同变幅角度以及不同负载情况下，均实现了被吊物体在最高速回转及停止时的稳定控制（例如：吊缆长22米时，额定载荷最大摆动距离仅有±10cm），让起重机具有了全新的竞争力，也充分体现了数字液压为人工智能技术落地装备制造业带来的巨大优势（见图7）。
图7 起重机回转数字液压智能稳钩控制系统
摊铺机行走马达数字化及智能控制探索
图8左边是数字化改造的摊铺机。原行走液压系统采用进口闭式液压系统并在高压下工作，才能提供足够的液压刚度，满足大多数回转角度的运行稳定性需求。即便是这样，在一些小半径回转时，由于两侧马达速度差较大，低速运转的马达会受到很强的反拖力而出现抖动。数字液压系统不仅可以用开式单国产液压泵满足双数字液压马达精确的角速度和角位移运转需要，低速稳定范围大幅拓展，还可以实现任意角度的稳定回转。不仅如此，我们还将先进的机器人控制技术及机器视觉技术应用在摊铺机控制上，仅仅500元人民币、一个月的时间、一个人的工作量，就实现了摊铺机自动巡线无人驾驶。视频中的摊铺机用一个工业摄像头来识别地上的一条白线（模拟道路的边界），就能让摊铺机更贴近路边摊铺而不发生碰撞，减少人工补摊的作业量。图8下图展示的是价格仅不足500元人民币的控制系统及开源机器人控制系统（ROS，意思是机器人操作系统）。
图8 摊铺机行走马达数字化及智能控制探索
我们现在正在用机器人控制系统来实现对工程机械的控制。大家此时可能会有一个疑问——机器人控制系统能不能控制工程机械，或者说工程机械能不能用机器人控制系统控制？
我们换个角度想象一下，一台挖掘机、起重机，不就是一个单臂作业的机器人吗？只不过以前没办法实现精准的、有效的、网络化的控制，所以大家看它是一个“傻大黑粗”的设备，而如果它能够实现精准协调和网络化控制，工程机械不就是典型的机器人吗？那么机器人控制系统未来一定能控制数字化的工程机械。
挖掘机用数字可编程功率敏感泵
数字液压缸、数字液压马达已经是成熟的产品，我们正在研发测试的数字可编程功率敏感泵（数字流量分配系统/DEFM+功率敏感调节）简称数字泵（见图9），为数字液压挖掘机器人提供功率。由于从功率输出单元，到各个执行单元全部数字化，因而数字液压挖掘机器人整机功率匹配更能够体现精准，实现挖掘机高效和节能的共存。它具有全时合流、动作/速度协调控制、流量/功率抗饱和控制、主泵的流量压力双跟随控制等。采用智能控制系统，可根据手柄操纵情况（操纵速度和加速度）、系统的压力和流量、作业工况和工作模式，由ECU来自动选择和确定泵和发动机运转模式。数字液压挖掘机器人还包括很多自动化挖掘操作控制程序，例如：自适应挖掘、电子围栏、自动修坡、自动沟渠辅助、自动平地、自动土方统计、铲斗水平自动保持等。
图9 数字可编程功率敏感泵
最后我们再回到最初提出的问题：液压为什么要数字化？液压数字化我个人认为要满足以下3点：
◆提升液压技术水平；
◆降低液压应用门槛；
◆推动装备实现信息化、自动化和智能化
以上是我们利用数字液压结合先进的智能控制技术，为装备制造业智能化发展所做的点滴探索。无论什么样的液压技术路线，也无论什么样的数字化方法，只有满足但不限于上述三点，我想就能够被更广泛地接受，就能有更好的发展空间，它就是好技术。
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