機電數(shù)控技術未來展望

數(shù)控技術和數(shù)控機床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎，是一個綜合國力的重要體現(xiàn)。我國在從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的過程中，大力發(fā)展數(shù)控技術具有重要意義。

　　近幾年來，在引進消化國外數(shù)控技術的基礎上，我國已生產(chǎn)出自主版權的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床，但是中、高檔以上的數(shù)控系統(tǒng)仍然是以進口產(chǎn)品為主，研究目前數(shù)控機床及技術的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向，將對出中、高檔的數(shù)控產(chǎn)品，進一步擴大數(shù)控機床市場份額起到重要作用。

　　1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術發(fā)展迅速

　　隨著集成電路及計算機技術的迅猛發(fā)展，給數(shù)控硬件技術的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用超大規(guī)模集成電路（VLSI）、專用芯片（ASIC）及數(shù)字信號處理（DSP）技術。在電氣裝聯(lián)上廣泛采用表面安裝（SMT）、三維高密度（three dimensional high density）技術，極大地提高系統(tǒng)的可靠性。高速高性能存儲技術，比如閃爍存儲（flash memory），移動存儲（PCMCIA card）等極大地方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器（TFTLCD）技術使得顯示裝置趨于平板化，更便于機電 一體化安裝并改善人機界面。作為數(shù)控系統(tǒng)核心的處理器廣泛采用“位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數(shù)控加工。

　　以日本FANUC 16i/18i和160i/180i為例，已形成超小、超薄型控制器，主控板僅為名片一樣大小，主處理器采用Pentium芯片。CNC和伺服采用50M/S的高速串行總線。用光纜連結(jié)I/O模塊，采用分散配置，便于機電一體化。在通訊方面采用PCMCIA存儲卡和外計算機通訊，或采用調(diào)制解調(diào)器，用電話和人機通訊。

　　嵌入式硬件的使用有望使得數(shù)控系統(tǒng)硬件更趨標準化、系列化。數(shù)控系統(tǒng)的成本也會隨著降低。

　　2 體系結(jié)構向式發(fā)展

　　式數(shù)控的討論已有好些年了，但是應該看到，對于式結(jié)構至今沒有一致性的定義。某些用戶認為式表示能夠接受當?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議;而另一些用戶認為式意味著所有控制器操作界面完全一致;對機床應用工程師而言，式意味著對刀架移動、傳感器和邏輯控制有標準的輸入/輸出接口;對大公司和大學的研究工程師來說，式意味著以上這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由于來自最終用戶和集成商（機床廠）的壓力，式結(jié)構的工作正在向前發(fā)展并將持續(xù)下去。目前的一個積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。

　　世界上一些著名的數(shù)控制造商紛紛推出PC-based CNC系統(tǒng)，例如FANUC公司的FANUC 160/180，西門子公司的siemens 840Di，F(xiàn)AGOR公司的FAGOR 8070。由于采用了工業(yè)級PC機及桌面操作系統(tǒng)Windows，DOS等，其豐富的軟、硬件資源給用戶帶來諸多的方便。

　　應該看到，在數(shù)控加工這種強實時環(huán)境中，使用商用操作系統(tǒng)Win，DOS等，還尚未得到業(yè)界的完全認可。在理論上沒有證明比現(xiàn)有傳統(tǒng)的CNC更加優(yōu)越。

　　為應對式數(shù)控未來的發(fā)展，我國從2003年開始實施式數(shù)控標準GB/T18759.1。式數(shù)控（ONC）就其程度可分為三個層次。第一層次是具有可配置功能，的人機界面的通信接口及協(xié)議。第二層次為控制裝置在明確固定的拓撲結(jié)構之下允許替換，增加NC核心中的特定模塊以滿足客戶的特殊要求。第三層次為拓撲結(jié)構的完全可變的全的控制裝置。這三個層次中第一層次目前基本達到。未來的發(fā)展主要圍繞第二個層次目標展開，還有很長的路要走。

　　3 實時操作系統(tǒng)進入CNC

　　嚴格意義上說，數(shù)控控制軟件中包含著實時操作系統(tǒng)的思想，例如任務調(diào)度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術是隱含的，是和數(shù)控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數(shù)控系統(tǒng)都是獨特的，不透明的。這種情況對于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來諸多不便。在式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特別是最近嵌入式實時操作系統(tǒng)的技術發(fā)展迅猛，這對于數(shù)控控制軟件的將產(chǎn)生性的影響。選擇一個合適的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)，將插補、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等數(shù)控應用軟件往上“掛”，最終移植到一個硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶滿意的數(shù)控系統(tǒng)，也就是個性化的CNC系統(tǒng)，這將是式數(shù)控的主要方向。

　　未來實時Linux（RT Linux）有望成為CNC實時操作系統(tǒng)的主流。“Linux除了具有功能強大、高性能、穩(wěn)定性好以及原代碼等優(yōu)勢以外，其最大的特點是Linux內(nèi)核具有非常良好的結(jié)構，即可由用戶根據(jù)特殊的系統(tǒng)需求，對內(nèi)核進行配置或裁剪，而這一特點恰恰滿足了可式數(shù)控應用的差異性需求。

　　4 現(xiàn)場總線技術開始廣泛使用

　　現(xiàn)場總線（field bus）實質(zhì)上是工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品。因為底層設備通信有以下特點。

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