開放式智能化數(shù)控技術(shù)
| 一悴灵、技術(shù)概述 | ||
| 世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)蚓绞、建立數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)娜珍，促使機(jī)械加工業(yè)跨入一個(gè)新的“現(xiàn)代化”的歷史發(fā)展階段仇习，從而給國民經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化何大。數(shù)控機(jī)床不但是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車梆载、石化摇蝗、電子等支柱產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的主要手段，數(shù)控機(jī)床也是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的一個(gè)重要內(nèi)容撵刷。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠(yuǎn)不如汽車裆蛆、化工等產(chǎn)業(yè)，但高效能的數(shù)控機(jī)床給制造業(yè)帶來了高倍率的效益增長和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式褐袒，是促進(jìn)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力啼术。特別是數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)的擴(kuò)展與延伸所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果足以對機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)载碌、專業(yè)化分工方式猜嘱、機(jī)械加工方式及管理模式、社會的生產(chǎn)分工嫁艇、企業(yè)的運(yùn)行機(jī)制等帶來深刻的變化朗伶。 在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)控技術(shù)弦撩，是一種采用計(jì)算機(jī)對機(jī)械加工過程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理论皆，并通過高性能的驅(qū)動(dòng)單元對機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制的高新技術(shù)孤钦。當(dāng)前已有大量機(jī)械加工裝備采用了數(shù)控技術(shù)，其中最典型而應(yīng)用面最廣的是數(shù)控機(jī)床纯丸。由于機(jī)械加工工藝的多樣性和加工零件的復(fù)雜性偏形，使數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、品種多樣觉鼻、性能差異極大俊扭，控制參數(shù)復(fù)雜，調(diào)試操作繁瑣坠陈，因此在將不斷飛速發(fā)展的通用計(jì)算機(jī)技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)贝泞、現(xiàn)代自動(dòng)控制理論及現(xiàn)代的電力電子技術(shù)應(yīng)用于新一代數(shù)控機(jī)床時(shí)，要強(qiáng)調(diào)使其具有“開放式”與“智能化”的特點(diǎn)蘸错。 1．“開放式” 要求新一代數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)是一種開放式牡罚、模塊化的體系結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成要素模塊化的同時(shí)冬溯，要通過這些要素之間的標(biāo)準(zhǔn)化缰伶，能夠?qū)⒂刹煌I方提供的要素自由地結(jié)合起來，從而能方便地構(gòu)成完整的系統(tǒng)录教。具體如下： －－－系統(tǒng)的構(gòu)成要素應(yīng)是模塊化的壮煎，同時(shí)各模塊之間的接口必須是標(biāo)準(zhǔn)化的； －－－系統(tǒng)的軟件字瘫、硬件構(gòu)造應(yīng)是“透明的”触迄、“可移植的”； －－－系統(tǒng)應(yīng)具有“連續(xù)升級”的能力借街。 同時(shí)新一代數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)也應(yīng)是開放式的惦参，其特點(diǎn)應(yīng)是： －－－采用功能模塊部件組成的機(jī)床； －－－采用“工藝策劃”听想、“加工數(shù)據(jù)庫”向用戶開放腥刹； －－－采用“信息技術(shù)”將社會制造資源的合理調(diào)配逐步在機(jī)械制造業(yè)建立完善的虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的先進(jìn)制造體系，使機(jī)械制造業(yè)資源高效地被利用哗魂，達(dá)到降低成本肛走、提高質(zhì)量、縮短制造周期的目的录别。 2．智能化 所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)朽色，是指具有擬人智能特征，在數(shù)控系統(tǒng)中具有模擬组题、延伸葫男、擴(kuò)展的智能行為的知識處理活動(dòng)抱冷，如自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)梢褐、自組織旺遮、自尋優(yōu)、自鎮(zhèn)定盈咳、自識別耿眉、自規(guī)劃、自修復(fù)淳某、自繁殖等溅鞠。智能數(shù)控系統(tǒng)通過對影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模馍上、提取特征仙茴、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策哑暮，對進(jìn)給速度签梭、切削深度、坐標(biāo)移動(dòng)奕碑、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制稻悴，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)所需要的功能將不只是高的性能（高速鸣拦、高精度抢纹、高可靠性），而且還包括許多智能功能葱妒，如加工運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、推理缝驳、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力连锯、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力（包括與人的交互）、智能編程用狱、智能數(shù)據(jù)庫运怖、智能監(jiān)控等。 經(jīng)過實(shí)踐證明夏伊，上述的“智能化”技術(shù)摇展，在21世紀(jì)還要應(yīng)用于新一代數(shù)控機(jī)床的調(diào)整、使用與維修等各個(gè)環(huán)節(jié)溺忧，使人工參與大為簡化咏连，要應(yīng)用“智能化”技術(shù)，對人機(jī)界面進(jìn)行包裝鲁森，要充分利用自然語言祟滴、視窗界面和簡單化的人工運(yùn)作振惰，使機(jī)床的調(diào)整、使用與維修趨于“傻瓜化”垄懂。 |
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| 二骑晶、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 | ||
| 1．國外發(fā)展趨勢 縱觀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史，不難看出數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是逐步跟蹤計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的秋衡，從1956年至今梁促，大致經(jīng)歷了如下四個(gè)階段： 1956年－1974年，專用硬件NC的時(shí)代挑卫； 1975年－1989年猛屋，專用計(jì)算機(jī)數(shù)控時(shí)代，即微處理器NC的時(shí)代（μ PC）勃拢； 1990年－1995年钩榄，BASIC PC 的CNC時(shí)代； 1996年至今后涛，開始全PC開放式智能化數(shù)控新階段武也。 前三個(gè)階段的NC裝置存在著以下局限性： －－－不能自由地從信息網(wǎng)上選取信息； －－－體系結(jié)構(gòu)不開放口愁，用戶接口不完善耿逐，機(jī)械廠家和用戶不能自主地根據(jù)需要對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，用戶自身的技術(shù)訣竅不能方便地融入鸿挠，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品醇舶； －－－不能充分地利用已有的通用軟件資源； －－－不能自由地獲取外部的工況信息宋梧； －－－體系結(jié)構(gòu)繁多匣沼，不利于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本捂龄，削弱了市場供應(yīng)能力和競爭能力释涛，同時(shí)限制了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。 近年來美國倦沧、歐共體唇撬、日本等國紛紛采取措施，投入大量的財(cái)力展融，聯(lián)合各廠窖认，甚至多國進(jìn)行合作，研究新一代的數(shù)控系統(tǒng)告希，從前述的資料看扑浸，世界的數(shù)控技術(shù)正處在向全PC開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控平臺時(shí)代轉(zhuǎn)折，這一轉(zhuǎn)折正是適應(yīng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)首装、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展的必然結(jié)果抱典。 由于現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)逐步向柔性化、集成化赊偿、智能化方向發(fā)展绵另，因此新一代數(shù)控技術(shù)就必需強(qiáng)調(diào)具有開放式、智能化的特征绅鉴。近幾年來世界發(fā)達(dá)國家紛紛采取措施姨莽，投入大量的人力、財(cái)力組織優(yōu)勢力量進(jìn)行新一代開放式體系結(jié)構(gòu)和具有智能型功能的數(shù)控技術(shù)開發(fā)與研究既蛙，包括美國的NGC和OMAC計(jì)劃仲侈、歐共體的OSACA計(jì)劃、日本的OSEC計(jì)劃等蓖社。 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)更趨向于“開放式”秆惑，為滿足現(xiàn)代機(jī)械加工的多樣化需求，新一代的數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)： （1）機(jī)床結(jié)構(gòu)按模塊化衍止、系列化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造哗蛋，以便縮短供貨周期，最大限度滿足用戶的工藝需求园担。 （2）由于數(shù)控機(jī)床的很多部件的質(zhì)量指標(biāo)的不斷提高届谈，品種規(guī)格的逐漸增加、機(jī)電一體化內(nèi)容更加豐富弯汰、功能參數(shù)日趨龐雜艰山，因此專門為數(shù)控機(jī)床配套的各種功能部件已完全商品化，為建立具有競爭能力的機(jī)床廠創(chuàng)造了條件咏闪。 （3）為向用戶開放曙搬，各發(fā)達(dá)國家的數(shù)控機(jī)床廠都積極建立完全開放式的產(chǎn)品售前、售后服務(wù)體系鸽嫂。建立開放式的零件試驗(yàn)室织鲸，建立自助式數(shù)控機(jī)床操作、維修培訓(xùn)中心溪胶。 （4）采用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把社會上各種制造資源根據(jù)加工任務(wù)進(jìn)行合理組合與調(diào)用稳诚，是21世紀(jì)將先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢哗脖，世界各國都在積極進(jìn)行這方面的研究工作。 （5）人工智能化技術(shù)在數(shù)控技術(shù)中的推廣應(yīng)用扳还。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展才避，數(shù)控系統(tǒng)向智能化發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)和伺服裝置中掰废，由于采用“進(jìn)化計(jì)算”（Evolutionary Computation）棕优，“模糊系統(tǒng)”（Fuzzy System）和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”（Neural Network）等三個(gè)方面新的控制機(jī)理缴碉，性能大大提高。這種高性能的智能化的數(shù)控系統(tǒng)不但具有自動(dòng)編程佣虑、前饋控制叁乍、自適應(yīng)切削，工藝參數(shù)自生成弧定、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ茉蛭郑咛厣氖强紤]到操作使用的因素而呈現(xiàn)的極為友好的人機(jī)界面。 當(dāng)前采用模糊控制原理的電加工數(shù)控系統(tǒng)和具有自學(xué)習(xí)锡跺、自建立數(shù)學(xué)模型章迎、自調(diào)整參數(shù)的高性能數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)裝置已有產(chǎn)品并在市場中具有強(qiáng)的競爭能力。 2．我國數(shù)控技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀與差距 我國的數(shù)控技術(shù)渴甜，在“八五”攻關(guān)中焚寂，不失時(shí)機(jī)地提出了以自主版權(quán)為目標(biāo)，以平臺為基礎(chǔ)的發(fā)展戰(zhàn)略顶猜，而且在攻關(guān)過程中沧奴，瞄準(zhǔn)或調(diào)整到以PC機(jī)為基礎(chǔ)的發(fā)展路線上，并以此形成了兩種平臺驶兜，開發(fā)出了四個(gè)基本系統(tǒng)扼仲，其中華中I型和中華I型是將數(shù)控專用模板嵌入通用PC機(jī)構(gòu)成的單機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，航天I型和蘭天I型是將PC機(jī)嵌入到數(shù)控之中構(gòu)成的多機(jī)數(shù)控系統(tǒng)抄淑，形成典型的前后臺型結(jié)構(gòu)屠凶，國內(nèi)其它單位也都先后開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 然而就總體而論肆资，還僅僅處于開始階段矗愧，雖然各個(gè)系統(tǒng)都向PC平臺方向發(fā)展，但在具體的實(shí)施開發(fā)中仍然存在一些問題郑原。最大的問題即是開放性不夠唉韭、開發(fā)環(huán)境和支持手段不足，要作為用戶方便地進(jìn)行二次開發(fā)的開放程度還遠(yuǎn)未達(dá)到犯犁，只是具有相當(dāng)技術(shù)力量的開發(fā)單位才能使用属愤，而作為能夠普及到一般用戶的程度則還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 利用PC機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)使得CNC的重點(diǎn)由硬件轉(zhuǎn)向軟件口迟，為我國的數(shù)控發(fā)展消除了硬件上的“瓶頸”制約岗命，從而可能加快生產(chǎn)出實(shí)用產(chǎn)品。而且PC－NC畢竟使CNC向開放性體系結(jié)構(gòu)邁出了一大步保蒲。 在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)與制造中品救，我國已開始采用模塊化技術(shù)，對數(shù)控切削加工中的工藝參數(shù)、工具系統(tǒng)的優(yōu)化他景、智能適應(yīng)控制都進(jìn)行過研究捅振，它為對智能化控制的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)，但上述工作僅僅是一個(gè)開端托足，仍需在“十五”期間進(jìn)行一系列開發(fā)研究工作怯糠，跟蹤世界數(shù)控技術(shù)，推動(dòng)我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展贡金。 |
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| 三壕归、“十五”目標(biāo)及主要研究內(nèi)容 | ||
| 1．目標(biāo) 為使中國數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步提高，使中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)能在國際競爭中取得一席之地衅侥，中國發(fā)展數(shù)控技術(shù)的戰(zhàn)略癞季，要結(jié)合中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，首先對具有“開放式”倘潜、“智能化”特征的數(shù)控技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性的研究绷柒，要在重點(diǎn)研究數(shù)控車削、銑削涮因、磨削和電加工的基礎(chǔ)上废睦，研究先進(jìn)制造技術(shù)及工藝，進(jìn)而開發(fā)出一代“開放式”养泡、“智能化”的數(shù)控車床嗜湃，數(shù)控銑床（包括加工中心）及數(shù)控電加工機(jī)床系列產(chǎn)品。 2．主要研究內(nèi)容 ①新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)研究澜掩。開放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)造购披、界面與協(xié)議的研究，包括研究系統(tǒng)肩榕、子系統(tǒng)和功能模塊分級式的控制結(jié)構(gòu)刚陡，開放式數(shù)控系統(tǒng)界面和協(xié)議的研究。 ②新一代智能化的數(shù)控系統(tǒng)研究株汉。開發(fā)研制出適用于車削筐乳、銑削、加工中心狱槽、電加工等多種智能化的新一代計(jì)算機(jī)基本數(shù)控系統(tǒng)及相應(yīng)的智能化編程系統(tǒng)涨给。包括研究和制定智能化數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件規(guī)范并在主要數(shù)控生產(chǎn)基地實(shí)施屿帕；開發(fā)兩種通用系統(tǒng)（車削加工限匕、加工中心）三種應(yīng)用系統(tǒng)（車削中心、五面加工中心东六、智能化電加工）；智能化編程系統(tǒng)。 ③新一代主軸和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的創(chuàng)新研究待讲，開發(fā)研究出高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置及相應(yīng)的電機(jī)捎鹤，包括具有自學(xué)習(xí)、自調(diào)整參數(shù)殃烤、全數(shù)字化亡荞、直線電機(jī)及廉價(jià)型驅(qū)動(dòng)裝置。 ④高效數(shù)控裝備的開發(fā)研究情誊。按模塊化設(shè)計(jì)的原則水孩，開發(fā)研制出高效加工單元，開發(fā)研制出高效數(shù)控銑床琐驴、曲軸磨床俘种、激光成型、集成加工中心及數(shù)控高速鏤銑機(jī)等多種高效數(shù)控機(jī)床绝淡，并進(jìn)一步構(gòu)思和設(shè)計(jì)研究出智能化高效加工單元的平臺及機(jī)械人柔性制造單元宙刘。 ⑤新一代柔性加工設(shè)備共性基礎(chǔ)技術(shù)及理論的研究。包括各類數(shù)控機(jī)床模塊新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牢酵、可靠性設(shè)計(jì)悬包、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)造型設(shè)計(jì)馍乙、新材料與感控補(bǔ)償技術(shù)布近、輪廓加工精度綜合補(bǔ)償技術(shù)、高速高精度軸單元丝格、刀具及綜合工具系統(tǒng)撑瞧、搬運(yùn)及傳輸、冷卻及防護(hù)铁追、功能集成季蚂、感控集成的制造加工技術(shù)。 ⑥機(jī)械加工的柔性自動(dòng)化理論及方法研究溺硼。包括商品化的柔性制造單元肥刻、實(shí)用化的準(zhǔn)柔性制造系統(tǒng)、多制式柔性加工技術(shù)邪涕、生產(chǎn)單元多制式柔性加工技術(shù)的研究茄溢。 ⑤新一代柔性加工設(shè)備共性基礎(chǔ)技術(shù)及理論的研究。包括各類數(shù)控機(jī)床模塊新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)椭集、可靠性設(shè)計(jì)蝉狭、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)造型設(shè)計(jì)咳龄、新材料與感控補(bǔ)償技術(shù)撞恰、輪廓加工精度綜合補(bǔ)償技術(shù)宽缴、高速高精度軸單元、刀具及綜合工具系統(tǒng)审服、搬運(yùn)及傳輸趾迈、冷卻及防護(hù)、功能集成烤惊、感控集成的制造加工技術(shù)乔煞。 ⑥機(jī)械加工的柔性自動(dòng)化理論及方法研究。包括商品化的柔性制造單元柒室、實(shí)用化的準(zhǔn)柔性制造系統(tǒng)渡贾、多制式柔性加工技術(shù)、生產(chǎn)單元多制式柔性加工技術(shù)的研究雄右。 |
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