孫若承

（福建省計量科學研究院閩南工作部 361000）

在20 世紀70 年代，微處理器被應用于數控系統(tǒng)中，計算機數控系統(tǒng)屬于機場控制新技術，結合計算機技術、微電子技術、機械制造技術以及傳感測試技術。數控技術屬于計算機集成制造系統(tǒng)的技術，能夠不斷提升制造業(yè)的競爭實力。隨著計算機技術和微電子技術的發(fā)展，計算機功能日益增多，成本逐漸低下，出現了以計算機為平臺的數控系統(tǒng)，即開放式計算機數控系統(tǒng)。

1 數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

1.1 開放式體系結構發(fā)展趨勢

在計算機技術快速發(fā)展過程中，相應促進了數控技術的發(fā)展，多數數控系統(tǒng)開始利用計算機的硬件資源與軟件資源，開發(fā)新型數控系統(tǒng)。開放式體系結構能夠提出庫系統(tǒng)的適應性和通用性，并且逐漸向網絡化和智能化方向發(fā)展。近年來多數國家都致力于研究開發(fā)式體系結構，該結構主要應用通用微機技術，以此簡化編程操作以及技術升級的難度。作為新一代數控系統(tǒng)，開放式體系結構的軟件與硬件都呈開放狀態(tài)，制造商和用戶可按照開放資源進行系統(tǒng)集成。同時，開放式結構體系為用戶提供靈活配置的便利性，可以推動數控系統(tǒng)的多品種與多檔次開發(fā)，相應縮短開發(fā)生產周期。隨著中央處理器的升級，數控系統(tǒng)的升級速度也日益提升，然而卻不會改變基本結構框架。

1.2 軟數控發(fā)展趨勢

應用于工業(yè)生產的數控系統(tǒng)類型比較多，能夠代表數控技術的各發(fā)展階段。通過分析不同類型的數控系統(tǒng)能夠看出，數控系統(tǒng)不僅朝著開放體系結構發(fā)展，并逐漸朝著軟數控方向發(fā)展。第一，傳統(tǒng)數控系統(tǒng)。主要包括，sinumerIk 810M/T/G系統(tǒng)，Fanuc0 系統(tǒng)。此種數控系統(tǒng)屬于封閉式結構，占據制造業(yè)的多數市場。然而隨著開放體系結構的數控系統(tǒng)發(fā)展，相應減小了該類系統(tǒng)的市場占比。第二，PC 嵌入NC 結構的開放式系統(tǒng)，主要包括sinumerIk 810M/T/G 系統(tǒng)、Fanuc18i 系統(tǒng)。該類數控系統(tǒng)有效結合了計算機軟件資源和數控軟件技術，具備開放性特點。然而NC 部分屬于傳統(tǒng)數控系統(tǒng)，用戶不能深入到系統(tǒng)核心，系統(tǒng)結構較為復雜，且成本造價高。第三，NC 嵌入PC 結構的開放式系統(tǒng)。該類系統(tǒng)構成包括PC 機和運動控制卡，其中運動控制卡一般采用高速數字信號處理器作為中央處理器，自動化控制能力與運動控制能力均比較強大。運動控制卡本身屬于系統(tǒng)范疇，能夠獨立運行。其開放的數據庫可以為用戶提供自行開發(fā)的控制系統(tǒng)，因此被廣泛應用于自動化控制領域。第四，SOFT 型開放式數控系統(tǒng)，電力系統(tǒng)屬于開放體系結構的系統(tǒng)，選擇性與靈活性均比較高。CNC 軟件裝設在計算機內部，硬件主要是計算機、伺服驅動以及外部輸入輸出的標準化通用接口。用戶可以在計算機平臺上通過開放式CNC 內核開發(fā)其他功能，建立高性能數控系統(tǒng)。相比于其他數控系統(tǒng)來說，這種開放式數控系統(tǒng)的性價比高。當代數控系統(tǒng)發(fā)展趨勢逐漸采用軟件智能代替復雜硬件。

1.3 智能化發(fā)展趨勢

在制造技術發(fā)展過程中，智能化屬于大的發(fā)展方向。計算機領域開始不斷滲透和發(fā)展人工智能技術，數控系統(tǒng)也引入神經網絡控制機理、模糊系統(tǒng)以及自適應控制系統(tǒng)，包含運動參數動態(tài)補償功能、工藝參數，自動生成功能學習控制功能，自動編程功能，三維刀具補償，功能模糊，控制功能，自適應控制功能以及錢柜控制功能等，同時具有良好的人機界面，不斷優(yōu)化和完善自診斷功能以及故障監(jiān)控功能。私服系統(tǒng)中包含智能化進給伺服裝置以及主軸交流驅動裝置，能夠對裝置負載進行自動化識別。

1.4 網絡化發(fā)展趨勢

數控系統(tǒng)的網絡化主要是數控系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)進行網絡連接與控制。在網絡技術成熟發(fā)展過程中，逐漸提出數字制造概念，已經成為機械制造企業(yè)的現代化標志。在信息化技術應用過程中，多數用戶都要求數控機床具備遠程通訊功能。數控系統(tǒng)的網絡化發(fā)展，能夠在一定程度上推動柔性自動化制造技術發(fā)展。柔性自動化技術發(fā)展目標在于聯網與集成，注重開拓和完善單元技術。數控技術能夠朝著信息集成方向發(fā)展，且網絡系統(tǒng)能夠朝著智能化、開放化方向發(fā)展。

2 數控系統(tǒng)發(fā)展的若干問題分析

在數控技術快速發(fā)展過程中，數控系統(tǒng)也進入到普及應用階段。傳統(tǒng)數控系統(tǒng)的復雜度日益提升，自身所具備的缺陷與不足影響了應用推廣。傳統(tǒng)數控技術不具備靈活性，必須在專有設計上完成，并且具有不同的編程語言、多種實時操作系統(tǒng)以及非標準人機接口，因此屬于封閉式系統(tǒng)，缺乏體系結構給予支撐。

系統(tǒng)封閉性也會帶來較多問題，例如軟硬件透明度不足、先進技術的適應度低下、軟件不可再用性等缺陷。系統(tǒng)無法進行功能擴展、軟件可移植性、組網通訊能力差。，對于機床制造以及用戶使用的要求均比較高。在開發(fā)控制軟件時缺乏開發(fā)能力，無法進行軟件擴展，也不能滿足二次開發(fā)要求。

針對上述問題，個國家開始研發(fā)開放式控制系統(tǒng)，致力于解決系統(tǒng)標準平臺軟件問題、高性能應用系統(tǒng)問題、高精度伺服控制器問題。

2.1 基于核心技術的跨平臺通訊系統(tǒng)

由于跨平臺通訊系統(tǒng)屬于核心技術，研發(fā)內容主要包括以下方面：第一，參考開放式通信系統(tǒng)互聯模型。由于開放式控制系統(tǒng)對于通訊平臺具有一定需求，需要對平臺網絡模型進行功能化與層次化分類，以此確保通訊平臺的可靠性和開放性。第二，通訊機制。由于軟件獨立于供應商的信息交換，需要定義通訊規(guī)則與方法，為異構網絡軟件平臺以及多硬件提供通訊服務，并且對每一層的具體功能進行規(guī)定。第三，分析不同操作系統(tǒng)與通訊協(xié)議的信息傳輸層協(xié)議，深入分析應用程序之間的數據交換。

2.2 基于開發(fā)控制器平臺的數控系統(tǒng)

第一，多軸插技術。該技術基于高性能計算機平臺，主要為五軸聯動數控系統(tǒng)，相應影響了航空航天技術的發(fā)展。

第二，增加高精度控制技術。對于誤差補償技術來說，可以借助實時誤差補償技術，使誤差反映到數控系統(tǒng)當中。通過改變坐標驅動量實現誤差修正，以此提升機床定位精度。在確保加工指標基礎之上，通過系統(tǒng)對加工參數進行優(yōu)化配置，以此優(yōu)化加工全過程。

2.3 數控接口技術與系統(tǒng)標準

第一，開放結構控制器平臺主要是在功能軟件基礎上開發(fā)，以此滿足功能需求。在開發(fā)過程中，應當滿足制造車間與制造單元的組織結構要求，并且制定網絡結構與協(xié)議標準。

第二，對于開放結構控制器平臺來說，應當研發(fā)網絡接口軟件、遠程功能軟件，以此實現遠程控制診斷功能、網絡服務功能。

2.4 開發(fā)數字化、軟件化伺服控制器

應用微處理器和數字信號處理器，聯合現代智能控制技術。在神經源智能位置控制算法基礎之上，開發(fā)數字化軟件化私服控制器，以此形成自動化系統(tǒng)多機控制效果。其次，通過先進算法提升伺服系統(tǒng)的控制精度，將誤差補償技術添加到伺服控制系統(tǒng)中，以此降低系統(tǒng)運行的誤差。

3 結束語

綜上所述，傳統(tǒng)數控系統(tǒng)不滿足現代制造業(yè)的生產需求，數控系統(tǒng)應當朝著智能化、網絡化和開放化方向發(fā)展，在發(fā)展過程中，還需要解決網絡制造接口問題、跨平臺運行通訊機制以及先進控制算法問題，以此促進數控系統(tǒng)的全新發(fā)展，從根本上提升現代制造業(yè)的發(fā)展水平。