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父子联手攻克世界级液压难题
——杨氏数字液压技术给力产业升级
本报记者 杨靖

杨世祥，1938年生，1962年毕业于重庆大学机械系，同年分配到北京钢铁设计研究总院工业炉室从事机械设计，1980年晋升工程师，1987年晋升高级工程师，1991年获政府特殊津贴（全国首批），1992年晋升为教授级高级工程师。1996年初退休,不甘心大量成果半途而废，利用微薄的退休金继续开展试验，3年后响应国家科教兴国的号召，于1998年组建新的高科技公司并任公司负责人和总工程师，继续研制和推出一系列新技术。
美国军方新近向外界公布的一款外骨骼多节臂操控装备吸引了不少业界人士的眼球。士兵穿在身上，通过手臂肌肉自然伸缩运动，贴身操控这套外骨骼多节臂装备搬运重物可以丝毫不费力气，完成很多灵巧动作也不成问题……其实，由液压驱动的外骨骼多节臂控制技术也正是工业机器人控制等领域所需的关键性技术，是欧美发达国家很多大企业长期投入大量研发资金攻关的一个世界级技术难题。而在我国，一位名叫杨世祥的发明家研发的多节臂数字液压控制技术，刚巧在2012年春节前，也正式获得国家发明专利。这位杨世祥又是何许人也呢？
杨氏数字液压技术在水电和军工项目中屡试不爽
2008年，东方电气股份公司在组织实施浙江滩坑水电站水轮机项目时，原本计划继续引进液压控制领域世界知名公司德国力士乐的水轮机筒形阀同步控制技术，但是，一家名为北京亿美博公司的民营高科技企业的技术装备报价不但比力士乐低了一半，而且亿美博的数字液压技术的各项性能均表现得更为优异。由中国人自主研发的水轮机筒形阀同步控制装备最终把力士乐挤出局，这也为东方电气节省了数千万的技术装备引进资金。今年74岁的杨世祥正是北京亿美博公司的创始人，公司的首席技术官。
长期以来，以模拟技术为主导的液压控制研究和元器件开发是学术界和企业界锁定的主要发展方向，直到上个世纪70年代初，德国推出了首只数字油缸原型，数字液压技术开始逐渐引起各方关注，美、日、法等国随即开展了这方面的技术攻关，但并没取得突破性进展。在上个世纪70年代末，杨世祥开始跟踪世界数字液压技术的发展，并于上个世纪80年代初，在率先建立数学模型和完成理论研究的基础上，成功完成了第一代自主研发的数字缸样机试验。1989年，杨世祥把第一代数字缸成功应用到航天部东风“31”陆地机动洲际导弹的装弹机构中，且一直沿用至今。杨世祥自主研发的第二代数字缸在上个世纪90年代获得成功，同时应用到装甲兵研究所炮瞄装置。到了2000年，由他开发的第三代数字缸又成功应用到海军核潜艇六自由度训练模拟器。而2008年由东方电气集团在大型水轮机项目中采用，代替德国力士乐公司的那套中国自主研发的水轮机筒形阀同步控制系统，正是杨世祥的数字液压技术支撑，而他自主研发的第四代数字缸正是作为该系统的基础元器件。
杨世祥告诉科技日报记者，时至今日，由北京亿美博的数字液压技术支撑的水轮机筒形阀同步控制装备已经应用到我国很多家大中型电站，其中包括77万千瓦的四川锦屏水电站，这也是我国在建的巨型水电站之一。
父子携手攻克数字液压基础元器件技术难关
伺服阀是液压控制的核心元器件，但目前沿袭模拟控制技术路线的伺服阀专利技术基本掌握在美国穆格、德国力士乐和意大利阿托斯等几家跨国公司手中，虽然这些伺服阀的设计结构、制造工艺和安装调试复杂程度较高，但由于此前市场中缺乏具有竞争力的替代产品，几家跨国公司依旧凭借这类产品在军工、水电、冶金、工程机械等多个领域赚取超额利润。
又是北京亿美博公司这家民营高新技术企业，于2011年率先成功将数字伺服阀推向国内市场。这项由杨世祥和北京亿美博公司总经理杨涛（杨世祥之子）合作自主研发的杨氏数字液压伺服新技术，不但使产品设计结构大为简化，还使得控制更加方便，精度和响应速度更快。杨世祥告诉科技日报记者，目前杨氏数字伺服阀达到每秒控制400次以上，性能大大超过国外的比例伺服阀。市场上一支普通的油缸配装数字伺服阀，即将普通油缸简单数字化后，其重复定位精度就可以达到0.01—0.03mm的高水平，调速范围达到数千倍，并且能够实现即装即用的免调试，彻底简化了国外高难度的液压伺服控制。
数字伺服阀的开发成功，与杨世祥成功提出的一套数字伺服液压新的控制原理紧密相关，但杨世祥最终能成功提出这套理论，并改变传统伺服液压难于调试的致命弱点，其实这是来自杨世祥和杨涛的密切合作、联合攻关。杨世祥告诉科技日报记者，在开发数字伺服阀的过程中，对关键控制软件的设计正是在和杨涛讨论时受到了启发，也正是杨涛开发的一个智能控制器，大大简化控制难度，实现了数字伺服液压即装即用的免调试功能。
其实，杨涛和杨世祥能够共同成功开发出数字液压控制领域的关键元器件也并非偶然，而父子联手攻关也并非仅此一次。早在杨涛的中学时期，他就在宣武科技馆师从特级教师孙心若，也曾多次获得青少年发明竞赛一等奖，1988年，杨涛应苏联邀请代表中国青少年到莫斯科访问，同年保送清华大学自控系，在入学前夕，杨涛得知父亲杨世祥由于先前委托的一个科研单位没能为数字缸开发出控制系统，而正在犯愁，时年19岁的杨涛自告奋勇，主动请缨，并且只用了一个晚上的时间就设计出了电路图。杨世祥看不懂，但觉得有道理——在父亲支持下，杨涛随即开始自己动手在计算机上完成布线图设计，然后又自己购买原件并动手制作。就这样不到10天的功夫，一种全新的为数字液压缸配套的专用数字控制器被杨涛研发成功了，而这套控制器，在1989年被同期成功应用到航天部一院东风“31”装弹机构的六只数字缸的控制系统，圆满解决了控制难题。
1998年，杨世祥创立北京亿美博公司，接手的第一个项目是重钢的钢水连铸结晶器液面控制的研制，而之后正是杨涛一人独立完成了重钢的钢水连铸结晶器液面控制的现场调试工作，此时父子再次携手，共同迈出了科技创业的第一步。
杨世祥告诉科技日报记者：钢水连铸结晶器液面控制是一个当时国内解决不了的技术难题，国内冶金企业一直通过引进设备来实现。公司成立之初，正是在实施那个冶金领域的技术攻关项目的时候，当时已在美国发展的杨涛决定回国，与我联手共同攻关数字液压控制技术，并逐步完成了公司市场的拓展和数字液压发展战略的制定。到了2008年，杨涛率领公司一帮年轻的技术人员，又在武钢攻克了超大惯量高炉热风炉热交叉并联控制难题，风温稳定精度达到世界先进水平，通过提高入炉风温，提高了能效。
产品标准化助力数字液压技术产业化
进入2012年，随着杨世祥自主研发的数字缸、数字阀、油缸内置数字传感器、数字油马达、数字伺服阀、数字插装阀、免调试智能数字伺服控制器、傻瓜型数字控制器、超高频数字振动缸等一系列发明成果相继问世以及其设计图纸和制造方法的标准化，北京亿美博公司数字液压系列产品在冶金、机械、石油、化工、水利、水电、建筑、造船、运输、航天、航空、军工等各领域的推广和应用步伐逐渐加快，在杨世祥和杨涛的带领和影响下，目前北京亿美博公司已经拥有一批可以顺利完成数字液压设备调试、元器件安装设计和产品二次开发的年轻的技术人员队伍，杨氏数字液压技术产业化的时机趋于成熟。
杨世祥告诉科技日报记者， 通过组合使用北京亿美博公司的数字液压技术的几类核心发明元件，可以满足千变万化的使用要求,派生出成百上千的新产品和新专利。它们将是中国对世界液压和控制技术的新贡献，也将是中国液压迅速实现跨越发展、赶超世界先进水平的契机。
而且，目前亿美博公司已经拥有很多相对成熟的数字液压产品。其中，数字油缸是将油缸与数字阀、反馈机构做成一体，可以直接开环精确控制油缸的速度和行程。目前已经研发成功各种精度和行程的数字缸系列产品多种，可以满足各种用户的使用要求；高频和超高频振动数字缸则主要是实现高速小行程振动用。如各种振动机械，振动破碎、振动筛、振动试验台等。目前开发成功的最高振动频率已达500赫兹，可以满足各种振动设备广泛的使用要求，将为振动行业带来技术进步；油缸内置数字传感器是一种柔性传感器，可以制作到从0—20米或者更长，弥补了美国MTS传感器不能制作到很长的缺点。可广泛用于油缸行程的测量，完成各种伺服控制，尤其是可以满足大型水利闸门同步提升、港口机械、高端工程机械的使用要求，为研发出高端智能工程机械准备了基础……
事实上，由于工程主机设备的投资额度大和研发风险高等特点，目前液压核心元器件正在成为一些具有远见的工控领域投资机构锁定的目标。从2011年开始，江浙一带的民营资本开始频繁与北京亿美博公司接洽。杨世祥告诉科技日报记者，他们正准备以数字液压系列发明专利为基础，用知识产权估价入股的方式，与优质的投资方联合组建规模化的高新技术集团企业，目前这项计划已被北京亿美博公司提上日程。
数字液压技术加速推动产业升级
毋庸置疑，液压产业是我国的基础性产业之一，同时在高端装备制造、航空航天、冶金和医疗等产业中得到极为广泛的应用。据统计，“十一五”期间，工程机械是液压件最大的应用行业，其对液压元器件的需求量占到液压件市场的50%，但截至目前，国内的液压技术的开发能力还普遍跟不上，液压元器件大量进口的局面依未改观，2011年进口约36亿美元。
根据规划，“十二五”期间，我国很多省市将加大对液压产业的财政投入力度，在辽宁、山东、杭州、扬州、四川、榆次等省市的一些地方，将通过建设液压产业基地等方式，集中科技资源促进液压产业的技术创新，以期缩短我国和发达国家液压产业发展的差距。
杨世祥认为，以模拟技术为主导的传统液压元器件由于不能很方便和计算机技术、数字技术相结合，这已成为制约传统产业改造升级的一个主要瓶颈。而数字液压技术使液压元器件能直接与计算机技术和数字技术相融合，将为未来液压产业的发展注入新的活力，并将在其他传统产业的信息化进程中大有可为。
杨世祥告诉科技日报记者，在2008年他成功开发的数字油马达如今已用到运输机项目中，同年研制成功的高频振动数字缸也已应用到振动筛上，2009年研制成功的可控制波形、频率和振幅的中频振动缸目前已用到抚顺钢厂连铸机液压振动上，2010年研制成功的超长行程（6.3米）第五代柔性反馈数字缸今年也已成功应用到芜湖钢厂连续铸管机上……各行业对数字液压产品旺盛的市场需求已经证明，数字液压技术正是传统产业升级所需的一种关键性共用技术。（本报北京3月4日电）

本文登于《科技日报》2012.3.5第15版
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