技術(shù)

       數(shù)控系統(tǒng)是泛指應用在各種制造裝備上的數(shù)字化的控制器。高端數(shù)控系統(tǒng)是依據(jù)工業(yè)標準的，基于現(xiàn)代計算機軟硬件平臺的，融合了運動控制技術(shù)和邏輯控制技術(shù)的自動化控制裝置，是集成機械電子、自動化、計算機、通訊等多工程技術(shù)學科的高技術(shù)產(chǎn)品。數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)是支持現(xiàn)代裝備制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)群，直接決定制造裝備的功能和性能，是信息化帶動工業(yè)化進程中裝備層的關(guān)鍵技術(shù)群，屬于支持工業(yè)化重要基礎(chǔ)技術(shù)群。

　　數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展初期幾乎是計算機技術(shù)發(fā)展是平行線，早期的數(shù)控系統(tǒng)稱為NC （Numerical Control） ，是從數(shù)字邏輯原理出發(fā)，歷經(jīng)了電子管時代和晶體管時代，實質(zhì)上是專用的軌跡控制處理器。伴隨著計算機的小型化和制造成本的降低，數(shù)控技術(shù)開始以通用計算機為基礎(chǔ)進入了計算機數(shù)控時代，即通常所說的CNC（Computerized Numerical Control）?？v觀數(shù)控系統(tǒng)近20年的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代計算機技術(shù)提供了非常重要的支持?，F(xiàn)代計算機技術(shù)對高端數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)路線的影響主要可以概括為以下幾個方面：

　　1．現(xiàn)代計算機技術(shù)為高端數(shù)控系統(tǒng)提供了高性能價格比的軟硬件平臺支持。

　　數(shù)控系統(tǒng)以控制裝備的各運動裝置協(xié)同運動以及輔助裝置準確的邏輯控制為目標。這些控制任務(wù)需要嚴格周期性的高頻度的計算。除了這些基本的計算任務(wù)，控制器還需要人機交互等輔助操作。因此數(shù)控系統(tǒng)需要具有實時多任務(wù)計算平臺的支持。近十年來，隨著現(xiàn)代半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的高性能的中央處理器（CPU）為數(shù)控系統(tǒng)提供了強大運算能力的支持。同時日趨成熟的現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)，直接為數(shù)控系統(tǒng)的外設(shè)管理和其他控制裝置的接入提供了技術(shù)標準。特別是工業(yè)PC機的廣泛應用為數(shù)控系統(tǒng)提供了高性能價格比的硬件平臺。目前許多世界知名的高端控制器產(chǎn)品都采用或部分采用PC技術(shù)標準。包括西門子、力士樂、海德漢等。PC技術(shù)標準不僅提供了硬件資源同時還提供了豐富的軟件資源。另一方面實時操作系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)實時多計算任務(wù)提供了重要的軟件平臺支持，包括VxWorks， ucOS，RtOS，RtLinux等等都有在數(shù)控系統(tǒng)中成功應用的范例。利用實時操作系統(tǒng)，極大地簡化了數(shù)控系統(tǒng)的軟件的開發(fā)過程，簡化了數(shù)控系統(tǒng)對人機交互系統(tǒng)，文件管理，內(nèi)存管理、外設(shè)管理和任務(wù)管理等相關(guān)功能的開發(fā)。

　　2．現(xiàn)代計算機通信技術(shù)為高端數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。

　　生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是全球化經(jīng)濟形勢下制造全球化的現(xiàn)實需求，也是先進制造技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。數(shù)控系統(tǒng)作為制造系統(tǒng)的底層信息處理中心，是整個生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中重要的信息交互的樞紐?；诂F(xiàn)代計算機通信技術(shù)，高端數(shù)控系統(tǒng)大多實現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)和上層網(wǎng)絡(luò)，完成基礎(chǔ)制造信息的交互。底層網(wǎng)絡(luò)是指基于現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)區(qū)伺服驅(qū)動裝置以及智能I/O模塊間的互連網(wǎng)絡(luò)。目前流行的現(xiàn)場總線包括CAN, PROFIBUS, PowerLink, SERCOS,工業(yè)以太網(wǎng)。上層網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)高端數(shù)控系統(tǒng)與車間工作站以及辦公自動化網(wǎng)絡(luò)的接入。值得注意的是工業(yè)現(xiàn)場總線中許多標準在向以太網(wǎng)標準靠攏，很可能在將來底層網(wǎng)絡(luò)和上層網(wǎng)絡(luò)均采用以太網(wǎng)標準。

　　3．現(xiàn)代計算機軟件開放化技術(shù)為高端數(shù)控系統(tǒng)的開放化提供了直接有效的技術(shù)手段。

　　從工業(yè)化在20世紀的發(fā)展歷程可以看到，20世紀的前半葉，機械自動化生產(chǎn)在兩次世界大戰(zhàn)的洗禮下，得到飛速的發(fā)展。這種發(fā)展曾經(jīng)為兩次世界大戰(zhàn)提供飛機和坦克，也為戰(zhàn)后的以汽車文明為代表的工業(yè)文明做出了貢獻。正是這種工業(yè)化文明自身進步，給裝備制造提出了新的需求。一方面，隨著軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域更多技術(shù)的實用化，復雜零件成為設(shè)計者無法回避的問題，特別是在航空航天領(lǐng)域，核工業(yè)領(lǐng)域。另一方面，人們需要在制造批量和制造成本間尋求新的平衡，市場最終會偏愛那些能夠更快地響應顧客不斷變化的需求和品味的產(chǎn)品。這是以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性制造技術(shù)發(fā)展的重要的原動力。高端數(shù)控系統(tǒng)的開放化技術(shù)旨在基于數(shù)控系統(tǒng)模塊化設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)易于擴展的，易于不同供應商控制組件互換的，易于實現(xiàn)控制器類型的多樣化的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。美國90年代初的NGC計劃提出了數(shù)控系統(tǒng)開放化的理念，并首次提出了開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件模型。歐洲90年代中后期的OSACA計劃實踐了開放式控制器理念，并自行建立了數(shù)控系統(tǒng)軟件信息互連和封裝的標準。但很遺憾，OSACA計劃實施過程正是計算機軟件中間件技術(shù)飛速發(fā)展，并趨于標準化的時期。OSACA計劃執(zhí)行完畢產(chǎn)生的軟件技術(shù)手段已經(jīng)落后于計算機軟件技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展