数控技术和装备的发展趋势与对策.doc

目 录1 引言12 国内外数控系统概况13 数控技术和装备的基本概念24 数控技术的发展趋势24.1 性能发展方向24.1.1 高速高精高效化24.1.2 柔性化34.1.3 工艺复合性和多轴化34.1.4 实时智能化34.2 功能发展方向44.2.1 用户界面图形化44.2.2 可视化54.2.3 插补和补偿方式多样化54.2.4 内装高性能PLC54.2.5 多媒体技术应用64.3 体系结构的64.3.1 集成化64.3.2 模块化64.3.3 机床联网可进行远程控制和无人操作化74.3.4 通用型开放式闭环控制模式75 数控技术装备的发展趋势85.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势85.2 5轴联动加工和复合加工机床快速95.3 智能化、开放式、成为当代数控系统发展的主要趋势105.4 注视新技术标准、规范的建立115.4.1 关于数控系统设计开发规范115.4.2 关于数控标准116 对我国数控技术及其产业发展的基本估计127 对数控技术及其发展的战略思考137.1 战略考虑137.2 发展对策147.2.1 以科技创新为先导147.2.2 在商品化上狠下工夫157.2.3 将管理和营销作为产业重点167.2.4 大力加强技术支持和服务167.2.5 坚持可持续发展道路167.2.6 发展具有特色的新一代PC数控系统177.2.7 推进数控功能部件的专业化生产197.2.8 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗208 结束语21致谢22参考文献23摘 要简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的看法。关键词：数控技术，数控装备，战略，策略AbstractHave introduced numerical control technology and the development trend of the equipment and the current situations of the technical development of numerical control equipment and industrialization of our country of our times briefly , have discussed under the new environment further deepened in our countrys accession to the WTO and opening to the outside world on this basis, develop technology of numerical control of our country and the importance of the information-based level of manufacturing industry of our country and international competitiveness equips , improves, and has put forward technology of numerical control of our country and some views equipped of developing from two aspects of strategy and tactics.Keywords：Numerical control technology，Numerical control equip，Strategy，tactics1 引言数控技术是实现机械制造自动化的关键,直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家的战略地位。作为制造系统最基本的加工单元,以数控技术为核心的数控机床的生产和应用已成为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标志。随着生产方式的变革和科技的发展,数控技术也发生了很大的变化,出现了一些新的发展趋势。关注这些新趋势,制定正确的对策,对促进我国数控技术的发展具有重要的战略意义。装备的技术水平和程度决定着整个国民的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。数控技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。而大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。2 国内外数控系统概况随着机械技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各发达国家投入巨资，对制造技术进行开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经等多学术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而CNC的工作效率和产品加工质量较低。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。3 数控技术和装备的基本概念数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备7，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。4 数控技术的发展趋势数控技术不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。4.1 性能发展方向4.1.1 高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。图1 日本FF-660高速卧式加工中心高速、高精度质量、高效率是先进制造技术的核心目标。机床向高速化方向发展,可大幅度地提高效率,提升产品的质量和档次,缩短生产周期和增强市场竞争能力。根据最新的发展情况,国外高档数控机床的快进速度可达120m/min,加速度达2g以上,主轴转速已达100000r/min换刀时间则少于0.4s,5轴联动成为方向,大大提高了加工效率。为提高数控机床的加工精度,在控制精度方面采取很多措施,例如:提高系统最小分辨率(0.02m甚至更高);缩短采样插补周期(0.1ms);伺服系统采用全数字交流伺服;采用各种先进的控制算法,提高伺服系统的跟踪精度,甚至实现零误差跟踪。目前,普通级数控机床的加工精度已提高到5m,精密级加工中心则达到1m,超精密加工精度已开始进入纳米级,其加工精度一般小于10nm。如日本FF-660高速卧式加工中心（图1）该机床具有最高速、高精度的特点,可大量生产部件、高精度加工的卧式加工中心兼有不亚于传送机器的生产效益和可以灵活应付加工部件需求的特长这两大特点，是最适合于大量生产部件的加工生产线的超高速通用卧式加工中心。4.1.2 柔性化主要包含两方面：一方面数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；另一方面群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。4.1.3 工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。4.1.4 实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统(如图2)、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、图2 专家系统结构框图2用户界面问题理解知识库推理机结论知识获取学习机制用户专家位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。数控系统的智能化就是应用各种人工智能的方法和技术去控制制造过程。具有智能的数控系统可以更深入地解决加工中的技术问题,优质高效地完成加工任务。随着当今科学技术的发展,智能化已渗透到数控系统的各个方面。智能数控系统不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能,而且人机界面更为友好,智能化的伺服系统能自动识别负载并自动优化调整参数,故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善7。这些智能化技术的应用,必将为数控机床带来更加美好的未来。数控系统向智能化方向发展所谓智能型的数控系统,早在80年代初期已经开始研究。当时FANUC公司推出的FS-15系列,就称之为AI(人工智能)CNC系统,主要是在故障诊断方面采用了专家系统。系统利用所谓的推理软件,根据存储在系统中的知识库的经验,分析及查找故障原因。最近FANU公司又在开展IMS(Intelligent Manufacturing Systems)课题,将无缝地(Seamless)把世界范围熟练工人的技术窍门(Know how)组合进生产系统中去。随着工业技术发展,要求制造过程更快、更容易,以适应生产需要,一种被称为智能闭环加工(Intelligent Closed-Loop Processes ICLP)技术被采用。这种技术是利用传感器获得适时的信息,以增强制造者取得最佳产品的能力。4.2 功能发展方向4.2.1 用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。4.2.2 可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。4.2.3 插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。4.2.4 内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。以PC为平台的数控可共享PC迅猛发展的众多成果,为数控系统的标准化、模块化和开放化奠定了硬件基础。数控系统的PC化正成为开放式数控系统一个潮流,代表了数控技术发展的主要方向。目前基于PC的开放式数控系统基本有3种结构形式:(1) PC嵌入CNC型。这种数控系统是在传统的CNC系统上插入一块专门开发的PC模板,使CNC装置具有了PC的柔性,但专业的数控部分仍处于封闭结构。(2) CNC嵌入PC型。以PC为硬件平台,把运动控制板或整个CNC单元(包括集成PLC),插入到PC的标准插槽中。PC实现非实时任务,机床的实时运动控制由运动控制器来承担。这种模式目前应用的较为广泛。(3)全软件CNC型。这种方式以PC的概念和手段实现CNC功能,是一种完全采用PC的全软件形式的数控系统。但由于存在着操作系统的实时性、标准统一性及系统稳定性等问题,这种系统目前还停留在实验室研究阶段。4.2.5 多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。4.3 体系结构的发展4.3.1 集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。数控装置向小型化发展随着微电子技术的发展,大规模集成电路的集成度越来越高,体积越来越小。数控设备厂采用超大规模集成电路并采用表面安装工艺(SMT),实现了三维立体装配,将整个CNC装置做得很小,以适应机械制造业机电一体化的要求。日本三菱电机株式会社,最近推出的普及型CNCMELDAS50系列及实用型CNCMELDAS520A系列,这两个系列都采用了32位RISC微处理器,实现超小型化的CNC装置,较原来的M310及L3L3A,体积大为减小(H168mmW76mmD13mm)。安装面积减小了一半,功能还有所提高。采用了超薄型显示器(9.5in的EL及10.4in的彩色LCD) 这个系统的微小线段加工能力提升至64m/min,最大快速进给速度为240m/min,其同步攻螺纹精度较M310提高了3倍,主轴定位时间缩短了30%。德国SIEMENS公司最新推出的SINUMERIK840D主控组件选用386DX或486DX,具有14个通道,可实现直线及圆弧插补、螺旋线插补、5轴螺旋线插补及样条插补、圆柱插补等,共可控制32个轴,并有多种校正及补偿功能,体积仅为50mm316mm207mm。4.3.2 模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。注重数控系统产品的成套性数控系统包括CNC装置、主轴及进给伺服驱动装置,以及主轴电动机、进给电动机和与其相关的检测反馈元件。一个数控系统性能的好坏是与上述各个环节的性能密切相关的。为了满足机床用户厂的需要,数控设备生产厂都非常重视数控产品的成套性,使系统的各个环节都能很好地匹配,使用户获得最好的使用效果。例如,日本FANUC公司开发了经济型的O-TD、O-MDCNC装置,与之相适应也开发了经济型的aC系列的交流伺服电动机及控制系统。日本大隈(OKUMA)公司，具有节省能耗、工作环境更加是一个传统的机床厂,现在也开发、生产并销售数控系统,作为一个机床厂生产数控系统,所以更重视机电一体化及产品成套性。如日本OKUMA卧式加工中心不断追求高速化技术、大幅度降低非切削时间，定位精度为 0.004mm全行程，具有超强的切削能力，达到7000cm/min，具有节省能耗、工作环境更加舒适。即使切断电源或加工被意外中断时，不会丢失当前位置，具有“自动直接回到原加工点，或手动插入自动恢复”等功能，OSP数控系统为大隈公司设计制造，维修服务以及技术支持高质迅速可靠。4.3.3 机床联网可进行远程控制和无人操作化通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。在2001年的北京国际机床博览会上，华中数控与北京第一机床厂合作，展示了基于Internet的远程故障诊断技术；与桂林机床股份有限公司合作，展出了由四台机床联网组成的远程控制技术，这些都为网络环境下数控系统的开发奠定了良好的基础。4.3.4 通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 数控系统开放化长期以来,数控系统都是在专有设计的基础上完成的,是一种封闭式的系统。这种封闭体系结构已经不能适应现代化生产的变革,不适应未来车间面向任务和定单的生产模式。因此,开放式数控系统应运而生。开放式数控系统具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发、适应网络操作等特点,它面向机床厂家和最终用户,使其可以自由地选择数控装置、驱动装置、伺服电机等数控系统的各个构成要素,并可方便地将自己的技术诀窍和特殊应用集成到控制系统中,快速组成不同品种、不同档次的数控系统。目前开放式数控技术的研究和开发方兴未艾,已成为数控机床不可逆转的发展趋势。单纯的自适应控制和变结构控制虽然可在一定程度上使问题得到缓解 ,但由于此类控制技术在很大程度上仍需依赖于系统的数学模型 ,因此并未从根本上解决问题。但在此同时 ,人们发现相关专家或技术人员却能对此类系统进行比较完美而有效的控制。近年来 ,随着人工智能、专家系统等技术的不断成熟 ,出现了一种以控制理论、计算机科学和人工智能为基础的新型控制技术 智能控制技术 ,这必将对控制理论和控制技术产生巨大的影响。5 数控技术装备的发展趋势5.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 图3 高速立式加工中心 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达120000r/min和1g。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。5.2 5轴联动加工和复合加工机床采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。如德国DMG CTX310经济型数万能控车床（如图3），CTX系列通过高效生产和组装方法提供具有竞争性的价格。图4 德国DMG公司产品 大型45倾斜铸铁床身，可将机床配置为标准型或可选型(配C轴和VDI30动力刀塔)。高科技元件如可编程尾座、 数字伺服驱动器和高分辨率测量系统的使用可使机床的空闲 时间减少高达25%。另一个显著特点是采用了最新的带有3D 软件的 Siemens 控制器。可适用于中小批量生产。5.3 智能化、开放式、成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的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，如加工过程的自适应控制，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3；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。为解决传统的数控系统封闭性和数控软件的产业化生产存在的。许多国家对开放式数控系统进行，如美国的NGC( Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速图5 智能机床结构框架3实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心19。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“Cyber Production Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。经过实践证明，上述的智能化、网络化技术，在21世纪还要应用于新一代数控机床的调整、使用与维修等各个环节，使人工参与大为简化，要应用这些技术对人机界面进行包装，要充分利用自然语言、视窗界面和简单化的人工运作，使机床的调整、使用与维修趋于“傻瓜化”。5.4 重视新技术标准、规范的建立5.4.1 关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的体在短期内进行了几乎相同的计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。5.4.2 关于数控标准数控标准是制造业信息化的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC），其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间（约35）和加工时间（约50）。 欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。6 对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了10。纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩:(1)奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。(2)初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。(3)建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下:(1)技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。 (2)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。(3)可持续的能力上，对竞争前数控技术的开发、工程化能力较弱；数控技术领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。存在上述差距的主要原因有以下几个方面:(1)认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。(2)体系方面。从技术的角度关注数控产业化的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务等支撑体系。(3)机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。(4)技术方面。在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。7 对数控技术及其发展的战略思考7.1 战略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重我国制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。7.2 发展对策数控技术和数控装备是制造化的重要基础。这个基础是否牢固直接到一个国家的和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术和产业发展方面亦存在不少，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路，发展具有特色的新一代PC数控系统，推进数控功能部件的专业化生产，加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。7.2.1 以科技创新为先导中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度就很大了。为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。7.2.2 在商品化上狠下工夫近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重国产数控产品的声誉。因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。7.2.3 将管理和营销作为产业重点经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国生产的数控机床不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境1。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。7.2.4 大力加强技术支持和服务绿色设计绿色材料绿色工艺绿色包装绿色处理数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。利用先进的信息技术手段（如和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。7.2.5 坚持可持续发展道路图6 绿色制造实施的主要内容可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化。 实施绿色制造是一个极其复杂的系统工程, 制造系统中资源消耗种类繁多, 消耗情况复杂, 因而制造过程对环境的污染状况多样, 程度不一, 极其复杂。在遵