数控技术的发展史OKppt

•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(OpenModularArchiteetureController)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(CummunicationSystem)、参考体系结构模型(ReferenceArchitectureModular)和配置系统(CofigurationSystem)。是基于信息通信平台建立的。日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)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(MessageBasedCommunicationPlatform)和FL(FunctionalLayers)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。4个基本系统在我国数控技术的发展进程中，“八五”数控科技联合攻关，开发具有我国自主版权的数控系统，特别是提出开发中华I型和航天I型两个基本系统(就是平台)及系列化产品，并利用基本系统发挥我国的软体优势，实施平台战略，发展我国的数控软件，其意义是十分重要的，是我国数控发展史上的一个转折点。在“八五”数控科技攻关中，世界上发生了2件直接影响到我国数控科技攻关的事件：一是美国NGC计划(制定开放式数控技术规范的计划)；二是通用PC机的飞速发展。德国IBH、美国AI、日本朋立等相继开发了以PC机为基础的数控系统，美国AmproComputer公司的策略发展部行政副总裁RickLehrbaum提出“利用PC机体系结构设计新一代嵌入式应用”，向我们提出了新一代数控的开发问题。新一代数控的核心是开放性。随着微电子技术和硬件设计技术的发展，特别是市场的激烈竞争，通用PC机的硬件技术(特别是其中的微处理器)遥遥领先，为软件的开发和运行创造了较好的支撑环境。珠峰公司和华中理工大学，利用IPC+数控卡构成硬件平台，开发了中华I型和华中I型数控系统；与此同时，航天数控集团公司(以下简称“航天数控”)利用通用PC机的体系结构设计了与通用PC兼容的微机加上数控通用/专用模板构成了单机数控系统，作为普及型推向市场，并以此为基础与通用PC机互连构成了典型前/后台结构的多机系统，完成了“八五”数控科攻关任务，并为今后的发展奠定了基础；兰天是在原7500系列的基础上，通过二次集成缩小化设计后与通用PC互连构成了8500系列多机系统。以上4个基本系统，虽然由于出发点不同，采用了不同的技术途径利用通用PC机，但就开放性而言，特别是应用系统的开放性还相差甚远却是共同的。2.4.2航天数控系统平台航天数控系统平台是我国“八五”数控科技攻关，实施平台战略，开发出的具有我国自主版权的开放式数控系统，是促进我国数控产业形成和发展的重要组成部分,是在“跟上计算机前进的步伐,加速数控发展”的思想指导下，在“八五”期间利用PC机的体系结构设计嵌入式应用实践的基础上，经过“九五”产业化工程近1年的奋战，从体系结构到软／硬件平台，反复多次论证、修改，完善，同时也参考了国外开放式数控系统的标准和规范，在航天I型下裁后的普及型数控系统CASNUC901的基础上，依据航天数控的系列型谱，经过2次集成缩小化设计后设计制造出来的，它是以PC机的体系结构为基础构成的开放式数控系统平台，是航天数控的基础平台。既可以依据此系统平台直接构成单机数控系统，如CASNUC900系列，也可以利用此系统平台为基础，与通用PC互联构成多机（或分布式）数控系统，如CASNUC910系列。高起点统筹规划，抓重点集中支持针对我国四个系统在开放性中存在的问题，特别是针对数控技术向网络化方向发展面临的问题及解决的技术途径，结合着发展企业控制网络，软件复用技术的研究［7］，就发展我国数控技术，在通用PC机体系结构的基础上，制定开放式数控系统技术规范的问题，提出如下建议：(1)高起点统筹规划通过“八五”数控科技攻关，航天Ⅰ型数控基本系统及系列化产品的开发研究，“九五”产业化工程的实施，不仅仅涉及到数控系统的开放型设计问题，而且越来越多的涉及到进线、联网的互连协议问题，而进线、联网的互连协议又涉及到设备的上层——链络层，是设备层无法单方面解决的，同时也受到技术的限制，为此提出：以国家科技部负责，由“863”先进制造技术主题组牵头，以Internet和Intranet为基础，制定发展我国企业控制网络(InfraNet)的技术规划及相应的建网和互连技术规范，为我国工厂自动化奠定基础［8］。(2)抓重点集中支持数控机床是工厂自动化的基础设备、数控技术是关键。因此，应在建立企业控制网络的规划中抓住重点，集中支持、重点突破、带动全线。重点是数控，重中之重是制定开放式数控技术规范，特别是其中的开放式数控系统的运行平台，它能充分发挥我国软件的优势，利用平台战略，开发我国独立自主的数控软件。(3)由行业牵头以企业为主组成专门技术委员会负责，分阶段实施制定开放式数控系统的技术规范。(4)利用通用PC机的体系结构建立开放式数控系统的硬件平台，选择公用的或无偿使用（或自行开发）的通用操作系统（如Linux）为软件平台，以利于开发我国独立自主的数控软件。(5)在开放式数控系统平台的基础上，制定应用系统的技术规范第一步先确定应用系统的软件结构及应用系统的基本单元，在此基础上，制定相应的应用系统的技术规范。第二步依据软件结构中的基本单元，制定各基本单元及其单元分解为更小模块的技术规范。(6)以车、铣为主开发典型开放式数控系统