数控的广泛含义是指对流程工业的过程控制和对离散工业运动控制而言的,机床数控仅仅是运动控制中的一种类型. 数控技术的问世已有40多年的历史,它是由机械学、控制论、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性的新型学科.数控技术是数控机床的关键技术,数控机床是工厂实现自动化的基础. 大力发展、推广应用数控技术,用数控技术改造传统产业,特别是对军工企业的武器制造、航空航天事业的发展,恶劣及危险环境的作业等,都会起着关键性的作用[1]. 数控技术不仅应用于机床、工业机器人、轻工、纺织、化工、冶金等多个机械领域并推动其向前发展,而且还用于火炮操纵、雷达驱动、导弹发射、导航平台控制等多个领域. 数控技术的特点如下[2]:①作用和地位上的战略性;②技术上的综合性;③控制上的实时性;④软件上的领域性;⑤推广应用上的适应性;⑥跟踪上的滞后性;⑦发展上的开放性. 依据数控技术的作用、地位及特点,我国在研究、发展现代制造技术,制定数控机床创新战略及目标时,明确提出集中力量突破数控技术,并以当前的急需为突破口,同时考虑到未来的发展,从我国的实际情况出发,确定了跟踪高级型,提高经济型,重点发展普及型的发展战略.在发展普及型中,又明确提出开发基型(就是平台),并以基型为基础发展派生产品的方针,积极稳妥地发展数控技术,促进我国数控产业的形成.本文将依据国家发展数控技术的发展战略,国外发展新一代数控系统的进展,提出高起点统筹规划,抓重点集中支持的建议:国家重点支持我国新一代数控技术的开发研究,其重中之重是制定我国开放型数控系统的技术规范,依据开放型数控系统的技术规范设计新一代数控系统.
为了满足市场和科学技术发展的需要,现代制造技术对数控技术提出了更高的要求,主要表现在如下几个方面: 性能上的发展趋势 1 高速、高精度、高效、高可靠性 要提高加工效率,首先必须提高切削速度和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证.为此,必须要有高性能的数控装置作保证. 2 柔性化、集成化 为适应制造自动化的发展,向FMC、FMS和CIMS提供基础设备,要求数控系统不仅能完成通常的加工功能,而且还能够具备自动测量,自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿,自动诊断、进线和联网功能,特别是依据用户的不同要求,可方便地灵活配置及集成. 3 智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制,电机参数的自适应运算,自动识别负载自动选定模型,自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等. 4 市场适应性上的发展趋势:普及型、个性化 为了适应数控机床多品种、小批量的特点,数控系统又要尽可能扩大批量,为此,数控系统生产厂家不仅应能生产通用的普及型数控系统,而且更应能生产带有个性化的数控系统,特别是设计、生产能够由用户自己增加专有功能的普及型数控系统:这是市场份额最大的数控系统,也是最有竞争力的数控系统,这也是适应性的体现.
5 体系结构上的发展趋势:开放性[3] 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,最要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统.例如,美国的NGC和OMAC计划;欧共体的OSACA计划;日本的OSEC计划等.NGC的体系结构是在虚拟机械的基础上建立起来的,通过虚拟机械把子系统和模块链接到计算机平台上. NGC计划的目的在于对工业的应用,像机床,包括切削、非切削机床、机器人和坐标测量机等,提供了功能性和服务性的定义,最终以SOSAS——开放式体系结构标准规范和"设计人员指南"一起,提供为开发符合NGC规范的产品所需要的信息,并引发出NGC标准化的成果.代表NGC技术的重要功能概念i是策略(Plan). NGC计划于1994年完成了原型研究,转入工业开发应用. 美国Ford、GM和Chryler等公司,在NGC计划的指导下,联合提出OMAC(Open Modular Architeeture Controller)全新的开发计划,在政府的支持下开始实施. OSACA参照开放式系统及其互连模型提出了一个"分层的系统平台+结构化的功能单元"的体系结构,保证各种应用系统与操作平台的无关性及相互间的互操作性.开放性是十分明确的,并明确规定了不同的开放层次:应用层开放、核心层开放(与OSACA部分兼容)和全部开放(与OSACA全部兼容). OSACA的软件结构中有3个主要组成部分:通信系统(Cummunication System)、参考体系结构模型(Reference Architecture Modular)和配置系统(Cofiguration System).是基于信息通信平台建立的. 日本的OSEC(Open System Environment for Controller)计划,其目的是开发基于PC机平台的、具有高性能价格比的开放式体系结构的新一代数控系统,以适应迅速变化的市场需求.在硬件方面,OSEC计划采用PC+控制卡(将NC专用卡插到PC机中)的结构,有利于层次化、模块化、灵活配置的实现.在系统方面,OSEC认为在MBCP(Message Based Communication Platform)和FL(Functional Layers)两种开放式平台中,前者定义虽理想,但后者已在过去的工作中经过了长期的完善,所以,OSEC选择了以FL为基础的开放式平台.

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