孫若承

（福建省計(jì)量科學(xué)研究院閩南工作部 361000）

數(shù)控系統(tǒng)可以有效融合自動化技術(shù)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此被廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)中。數(shù)控系統(tǒng)具備自動化集成化和智能化特點(diǎn)，可以有效促進(jìn)生產(chǎn)。為了滿足市場發(fā)展需求，工業(yè)領(lǐng)域開始研發(fā)出開放式數(shù)控系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置和伺服系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置也被稱為運(yùn)動控制單元，數(shù)控系統(tǒng)的精度和性能會受到運(yùn)動控制單元的影響。

1 開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展

1.1 模塊化和集成化

在電子技術(shù)快速發(fā)展過程中，開放式數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)集成化與模塊化統(tǒng)一。通常而言，模塊化可以確保不同功能零件的相互獨(dú)立性，可以將不同功能劃分為小模塊，若干小模塊之間具備通信能力，并具有相互獨(dú)立特點(diǎn)。集成化主要是模塊集成在一起，共同提供相關(guān)服務(wù)。從某種程度上講，集成化和模塊化屬于互斥方向，然而在開放式數(shù)控系統(tǒng)中，可以有效統(tǒng)一模塊化與集成化特點(diǎn)，確保數(shù)控系統(tǒng)可以更好地應(yīng)用在生產(chǎn)過程中。

1.2 基于軟芯片的數(shù)控系統(tǒng)

基于軟芯片的數(shù)控系統(tǒng)，主要是具備封裝數(shù)控系統(tǒng)功能，人們不能明確內(nèi)部邏輯關(guān)系。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部可提供外界使用接口，該類接口可以滿足數(shù)控系統(tǒng)的需求。外部采用獨(dú)立模塊和預(yù)設(shè)接口協(xié)議，可以有效訪問數(shù)控系統(tǒng)，使數(shù)控系統(tǒng)能夠更好的開展操作，完成各項(xiàng)功能。開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢在于分離控制邏輯和實(shí)現(xiàn)邏輯，如果控制邏輯和實(shí)現(xiàn)邏輯發(fā)生變更時，只需要將部分細(xì)節(jié)進(jìn)行修改即可，不需要修改全部邏輯，以此確保控制邏輯與實(shí)現(xiàn)邏輯的獨(dú)立性。

1.3 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)

相比于軟芯片數(shù)控系統(tǒng)來說，此種數(shù)控系統(tǒng)，可以將并行信號轉(zhuǎn)化為串行信號，可以在傳輸介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時傳遞，動態(tài)化控制開放式數(shù)控系統(tǒng)。按照相關(guān)定義能夠看出，此種開放式數(shù)控系統(tǒng)具備較高的實(shí)時性，可以有效連接到計(jì)算機(jī)中，形成基于計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)。這種開放式數(shù)控系統(tǒng)需要應(yīng)用到總線，由于總線成本高，因此在具體生產(chǎn)中會增加生產(chǎn)成本。

1.4 軟件與硬件的開放性特點(diǎn)

對于開放式數(shù)控系統(tǒng)來說，開放性屬于重要特點(diǎn)。開放性特點(diǎn)能夠確保軟件與硬件訪問數(shù)控系統(tǒng)。對于軟件開放性來說，數(shù)控系統(tǒng)可封裝為統(tǒng)一接口，在外不通過軟件控制功能。用戶可按照自身需求編寫軟件，從而控制數(shù)控系統(tǒng)，確保其滿足生產(chǎn)要求。對于軟件開放性特來說，其主要是將計(jì)算機(jī)控制軟件、圖形軟件以及顯示軟件嵌入到主板中，以此結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)，同時將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)化技術(shù)。

2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的性能分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢

開放式數(shù)控系統(tǒng)屬于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，是控制技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物。開放式數(shù)控技術(shù)的適應(yīng)性比較強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)靈活配置，對于設(shè)備的適應(yīng)度比較高。系統(tǒng)控制軟件具備連接、擴(kuò)展功能，能夠滿足新技術(shù)要求。不同類別的數(shù)控系統(tǒng)，均能夠滿足計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的應(yīng)用要求，同時可維護(hù)用戶投資、簡化操作、加大維護(hù)力度。系統(tǒng)應(yīng)用期間，能夠按照標(biāo)準(zhǔn)化體系，確保各魔鎧的相互兼容，以此提升不見的互換性和操作性。

現(xiàn)階段，生產(chǎn)所應(yīng)用的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要包括專用數(shù)控聯(lián)合PC 前端的復(fù)合結(jié)構(gòu)、通用PC 聯(lián)合實(shí)時控制的遞階式結(jié)構(gòu)。通過數(shù)控系統(tǒng)上的PC 環(huán)境建立人機(jī)界面。通過軟件進(jìn)行現(xiàn)代化控制。開放式平臺可以結(jié)合多種軟件，滿足聯(lián)網(wǎng)需求。設(shè)備層的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)性均比較高，能夠滿足用戶的自我需求。

開放式數(shù)控系統(tǒng)的性能分析

2.2 基于控制器平臺的開放結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)跨平臺性能，利用開放結(jié)構(gòu)的控制器軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺運(yùn)行。對于可重構(gòu)性能來說，用戶能夠根據(jù)自身設(shè)備特點(diǎn)和時間需求，對軟件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，同時建立數(shù)控系統(tǒng)。對于兼容性能來說，在實(shí)際應(yīng)用時不會受到平臺硬件影響，用戶能夠根據(jù)自身需求，選擇適宜的控制器。利用控制器平臺確保操作系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化的硬件結(jié)構(gòu)

模塊化結(jié)構(gòu)需要獲得標(biāo)準(zhǔn)總線支持，多倍建立在模塊化設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。數(shù)控系統(tǒng)可以在多種標(biāo)準(zhǔn)化總線上穩(wěn)定運(yùn)行。對于伺服層數(shù)字通信來說，總線平臺與機(jī)床驅(qū)動能夠支撐多種數(shù)字通訊接口與協(xié)議，有效控制伺服軸、主軸與輸入輸出接口?？偩€和伺服系統(tǒng)之間具備可靠通信，可以傳輸大容量信息，并且在同一平臺上，可以有效控制多種不同類型設(shè)備，還能夠進(jìn)行多軸數(shù)控機(jī)床控制。

2.4 人機(jī)交互功能

系統(tǒng)具備良好的人機(jī)界面，借助于計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一界面，優(yōu)化界面、加強(qiáng)圖形仿真功能、增添零件加工信息輸入功能。同時能夠模擬程序加工過程，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比例顯示出刀具與工件的關(guān)系。

2.5 插補(bǔ)功能

在該系統(tǒng)中具備多通道功能，不同通道均可制定零件程序，全面提升系統(tǒng)運(yùn)行效率。對于系統(tǒng)功能來說，采用過數(shù)學(xué)方法描述出曲面與曲線，確保曲線加工的精確度。對于高精度和高速插補(bǔ)來說，將誤差補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)中，可以明顯減少工件加工誤差，提升工件精度。

2.6 網(wǎng)絡(luò)功能

提升內(nèi)部環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化水平，對整個制造過程進(jìn)行高度集成，同時實(shí)現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化，優(yōu)化集成設(shè)備維護(hù)、管理信息、工業(yè)設(shè)計(jì)。機(jī)床操作人員通過網(wǎng)絡(luò)查詢技術(shù)與幫助功能，可以促進(jìn)資源的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)資源共享。

3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展

3.1 智能化發(fā)展

現(xiàn)階段，開放式數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制邏輯與實(shí)現(xiàn)邏輯的分離，實(shí)現(xiàn)邏輯能夠滿足生產(chǎn)需求，然而控制邏輯的發(fā)展空間比較大，因此開放式數(shù)控系統(tǒng)會朝著智能化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下方面：首先，控制邏輯智能化?？刂七壿嬆軌虬凑杖藗冚敵龅闹噶顚?shí)時控制實(shí)現(xiàn)邏輯，在特殊情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，按照系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)選擇。其次，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化結(jié)合。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)θ祟惔竽X思維方式進(jìn)行模擬，自適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力均比較強(qiáng)。因此在未來發(fā)展中開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)能夠緊密結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

在目前所應(yīng)用的開放式數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)邏輯和控制邏輯無法突破地域限制，相應(yīng)影響了開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。在未來發(fā)展中，開放式數(shù)控系統(tǒng)會朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下方面：第一，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化。通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)邏輯與控制邏輯，采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有效控制實(shí)現(xiàn)邏輯，確保開放式數(shù)控系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)的大眾化。第二，外部網(wǎng)絡(luò)控制。分離實(shí)現(xiàn)邏輯和控制邏輯，并且將實(shí)踐邏輯放在同一地點(diǎn)，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)使用控制邏輯遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)邏輯部分，以此突破地域限制，提升生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展過程中，生產(chǎn)工藝開始朝著小批量和多品種方向發(fā)展，并且出現(xiàn)高效高精度的加工需求。企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與異地制造的聯(lián)網(wǎng)功能，必須推廣應(yīng)用開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)，以此實(shí)現(xiàn)重智能化控制，從根本上推動數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。