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和邏輯控制技術的自動化控制裝置，是集成機械電子、自動化、計算機、通訊等多工程技術學科的高技術產品。數(shù)控系統(tǒng)相關技術是支持現(xiàn)代裝備制造業(yè)的關鍵技術群，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鍵技術群，屬于支持工業(yè)化重要基礎技術群。 　　數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展初期幾乎是計算機技術發(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)，歷經了電子管時代和晶體管時代，實質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)控技術開始以通用計算機為基礎進入了計算機數(shù)控時代，即通常所說的CNC（Computerized Numerical Control）?？v觀數(shù)控系統(tǒng)近20年的技術發(fā)展，現(xiàn)代計算機技術提供了非常重要的支持?，F(xiàn)代計算機技術對高端數(shù)控系統(tǒng)技術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，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計算平臺的支持。近十年來，隨著現(xiàn)代半導體技術的飛速發(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)代計算機體系結構，直接為數(shù)控系統(tǒng)的外設管理和其他控制裝置的接入提供了技術標準。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品都采用或部分采用PC技術標準。包括西門子、力士樂、海德漢等。PC技術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，內存管理、外設管理和任務管理等相關功能的開發(fā)。 　　2．現(xiàn)代計算機通信技術為高端數(shù)控系統(tǒng)網絡化奠定了基礎。 　　生產系統(tǒng)的網絡化是全球化經濟形勢下制造全球化的現(xiàn)實需求，也是先進制造技術發(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，是整個生產系統(tǒng)網絡中重要的信息交互的樞紐?；诂F(xiàn)代計算機通信技術，高端數(shù)控系統(tǒng)大多實現(xiàn)底層網絡和上層網絡，完成基礎制造信息的交互。底層網絡是指基于現(xiàn)場總線技術的數(shù)控系統(tǒng)區(qū)伺服驅動裝置以及智能I/O模塊間的互連網絡。目前流行的現(xiàn)場總線包括CAN, PROFIBUS, PowerLink, SERCOS,工業(yè)以太網。上層網絡主要實現(xiàn)高端數(shù)控系統(tǒng)與車間工作站以及辦公自動化網絡的接入。值得注意的是工業(yè)現(xiàn)場總線中許多標準在向以太網標準靠攏，很可能在將來底層網絡和上層網絡均采用以太網標準。 　　3．現(xiàn)代計算機軟件開放化技術為高端數(shù)控系統(tǒng)的開放化提供了直接有效的技術手段。 　　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，隨著軍用領域和民用領域更多技術的實用化，復雜零件成為設計者無法回避的問題，特別是在航空航天領域，核工業(yè)領域。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品。這是以數(shù)控技術為基礎的柔性制造技術發(fā)展的重要的原動力。高端數(shù)控系統(tǒng)的開放化技術旨在基于數(shù)控系統(tǒng)模塊化設計技術，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)體系結構。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)結構軟件模型。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飛速發(fā)展，并趨于標準化的時期。OSACA計劃執(zhí)行完畢產生的軟件技術手段已經落后于計算機軟件技術領域的發(fā)展了，該計劃也就無結而終了。國內外有多家研究機構采用CORBA和COM技術構建高端控制器開放式體系結構都取得了有價值的成果。雖然目前真正意義的開放式控制器尚未見諸于產品，但相信在現(xiàn)代計算機軟件開放化技術的支持下，高端控制器的開放化進程將不斷取得新的進展。 　　4．現(xiàn)代計算機軟件工程技術為高端數(shù)控的可靠性提供支持 　　隨著數(shù)控系統(tǒng)硬件與工業(yè)計算機系統(tǒng)的趨同，數(shù)控系統(tǒng)的功能正在面臨“軟化”的趨勢，即越來越多的數(shù)控系統(tǒng)功能通過軟件實現(xiàn)?，F(xiàn)代計算機軟件工程技術為數(shù)控系統(tǒng)的模塊化設計和系統(tǒng)測試提供理論支持。在現(xiàn)代軟件工程技術的指導下，數(shù)控系統(tǒng)軟件從面向計算過程的結構化設計向面向對象模型的組件化設計轉變。這種轉變降低了軟件系統(tǒng)中各模塊的耦合程度，便于軟件的工程化開發(fā)和測試，以及整個軟件系統(tǒng)的局部升級，增強了軟件生命周期內的適應性。通過工程化的軟件測試，大幅度地提升了數(shù)控軟件的可靠性，從而為提升整個數(shù)控系統(tǒng)可靠性提供了有力的支持。 　　綜上所述，現(xiàn)代計算機技術在近20年來全面影響了高端數(shù)控系統(tǒng)的技術路線。現(xiàn)代計算機技術是實現(xiàn)高端數(shù)控系統(tǒng)的技術進步和性能提升重要技術支持，直接支持數(shù)控技術競爭的熱點。 　　1． 計算機可編程技術為拓展高端數(shù)控系統(tǒng)的應用提供了可行的解決方案。 　　高端數(shù)控系統(tǒng)區(qū)別于其他的控制裝置，可編程是重要的技術特征。高效率的運動描述語言和邏輯描述語言編譯技術和執(zhí)行引擎將是高端數(shù)控系統(tǒng)拓展系統(tǒng)應用關鍵技術。內嵌在高端數(shù)控系統(tǒng)中符合IEC61131-3標準的可編程邏輯控制器已經成為高端數(shù)控系統(tǒng)的重要特征。在邏輯可編程語言日趨統(tǒng)一的趨勢下，已經形成國際標準的G代碼形式的運動可編程語言的弊端日趨明顯。目前，新的加工描述語言國際標準Step-NC還未被控制器廠商廣泛支持，而各種控制器廠商推出的各具特色的運動可編程語言正在成為新的競爭熱點。不論Step-NC的實現(xiàn)還是其它的運動可編程系統(tǒng)的實施都需要現(xiàn)代編譯技術的支持。 　　2． 計算機信號處理技術是高端數(shù)控系統(tǒng)性能提升重要技術支持。 　　高端數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上競爭是始終伴隨著數(shù)控技術發(fā)展的重要技術競爭的方向。高精度的運動控制技術已經不只是運算精度的競爭了，各種高端數(shù)控系統(tǒng)都大量接入包括位置傳感器、電流傳感器等信息感知裝置，通過外部信息的采集和數(shù)據處理，利用自動控制技術實現(xiàn)高精度的補償和控制?；诂F(xiàn)代計算技術的數(shù)字化信號采集和處理技術，實現(xiàn)高端數(shù)控系統(tǒng)外部信息的采集和信號處理，包括采用計算機仿真技術建立控制對象模型。上述技術都是高端控制器提升控制精度的重要技術手段。 　　3．人工智能技術將高端數(shù)控技術帶入新的歷史階段。 　　傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅將多坐標協(xié)同運動控制作為最主要的控制任務，按照用戶輸入的運動控制程序，最終完成工藝過程。在上述過程中，除了體現(xiàn)操作者意愿的運動軌跡程序，就沒有其它更智慧的控制過程?？删幊踢壿嬁刂破鞯膽貌糠值馗纳屏松鲜鲞^程。預先設定的邏輯過程承擔了工藝過程的大部分輔助功能和安全相關的邏輯控制。僅具有上述控制能力遠不能使控制器實現(xiàn)對操作者替代。而現(xiàn)實的工藝過程中存在大量的需要進行智能化感知、決策、經驗學習、修訂決策依據的情況。為了更大程度地實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)對勞動者的解放，高端控制器將不斷地向智能化控制的方向進步。在此過程中人工智能技術將成為改進程序化控制的重要技術手段。目前有些高端數(shù)控系統(tǒng)已經在切削用量的自動生成技術、故障診斷和計劃任務調度方面成功應用了某些人工智能技術，相信人工智能技術將高端數(shù)控技術帶入新的歷史階段。 　　結論 　　強化現(xiàn)代計算機技術的應用，促進高端數(shù)控技術創(chuàng)新。高端數(shù)控系統(tǒng)是集成了機械電子、自動化、計算機、通訊等多工程技術學科的高技術產品。高端數(shù)控系統(tǒng)技術進步的需求首先是來源于生產實際的需求，現(xiàn)代計算機技術確實為高端數(shù)控相關技術提供了技術創(chuàng)新的支持條件。近20年來數(shù)控系統(tǒng)技術進步的軌跡已經證明現(xiàn)代計算機技術應用的重要作用，當前的數(shù)控技術競爭的熱點也能看到現(xiàn)代計算機技術的推動作用。因此我們在高端數(shù)控系統(tǒng)的研究工作中更應當充分借鑒計算機技術領域的成熟技術，促進高端數(shù)控系統(tǒng)的技術創(chuàng)新，縮短我們在數(shù)控系統(tǒng)技術領域與國際先進水平的差距。 參考文獻： [1] 李佳特.FANUC的伺服驅動裝置.世界制造技術與裝備市場.2005.2：94 [2] FANUC Series 16/18/160/180-MC operator’s manual B-62764EN/01 [3] SINUMERIK 840D/840Di/SINUMERIK 810D Basic Machine （Part 1） 11/2002 Edition [4] SINUMERIK 840D/840Di/SINUMERIK 810D Extended Functions（Part 2） 11/2002 Edition [5] SINUMERIK 840D/840Di SINUMERIK 810D （CCU2）Special Functions 11/2002 Edition [6] SIMODRIVE 611 digital/SINUMERIK 840D/810D Drive Functions 11/2002 Edition 　 作者單位：北京首科凱奇電氣技術有限公司 　 地址：北京市昌平區(qū)永安路26號　102200　 Email：kds_kds@sina.com