数控系统技术的发展新趋势

1 引言
    机械工业是我国国民经济的重要支柱产业，必须改变早期生产过程操作与控制实施主
要由人来完成造成的金字塔式管理结构，其中关键问题是如何构建综合自动化系统来实现
扁平化管理和综合生产指标优化。回顾数控技术的发展，它是以数控机床的发展揭开序幕
的，二次大战后，美国空军为了军备需要，首先进行数控技术的研发工作。随着科学的飞
速发展，数控技术的发展异常迅猛.从发展的角度看，数控技术大致经历了以下几个发展
阶段。世界上第一台数控机床在美国诞生，是由美国帕森斯公司(ParsonsCo.)和麻省理工学
院伺服机构研究所(ServoMechanismusLaboratoryoftheMassachu-SettsInstituteofTechnology)为
推进导弹和飞机的研制联合开发的，1955 年进入实用阶段，称之为第一代数控系统。由于
晶体管的发明，1959 年，数控系统采用了晶体管元件和印刷电路板技术，使系统的可靠性
提高、成本下降，数控技术跨入了第二阶段。20 世纪 60 年代以后，随着体积小、功耗底的小
规模集成电路在数控系统中的使用和专用功能器件的出现，数控系统以其更可靠的性能进
入了第三代。这三代数控系统均为硬件式数控，零件程序的输入、运算、插补及控制功能均
由专用硬件来完成,其功能简单、柔性通用性差、设计研发周期较长。20 世纪 70 年代初，小
型计算机的普及并逐渐在数控系统中得以应用，系统中的许多功能由软件来实现，计算机
数控(CNC)技术从此问世，数控系统进入了第四代。随着计算机技术的飞速发展，1974 年，
数控系统进入了其发展史上的第五个阶段，也就是微处理器的投入使用。20 世纪 80 年代以
后，随着数控系统和其他相关技术的发展，产品逐渐规格化系列化，数控系统的效率、精
度、可靠性进一步提高，投资少见效快的柔性加工系统 FMS(FlexibleManufactureSystem)进
入实用化阶段。现在数控系统使用的微处理器(CPU)，己普遍采用 32 位或 64 位字长，时钟
频率高于 16MHz。大规模/超大规模集成电路、精简指令集计算机和多 CPU 的使用，使得数
控系统的运算速度和处理能力进一步提高。在这种背景下，人们从系统角度出发，重点思
考更多的是整个系统的优化问题，当然这并不意味着人们对众多单项关键技术的研究兴趣
减少。
    2 数控技术的快速演进
    数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子
技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项
综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、
数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛
的应用领域和广阔的应用前景。一般数控系统由输入/输出(I/O)装置、数字控制系统、驱动控
制装置、电器逻辑控制执行装置等 4 个部分组成。数控机床就是采用了数控系统的机床，是
高效率、高精度、高柔性和高度自动化的现代机械加工设备，是高度机电一体化的产品.但
是随着信息化程度的逐步提高，对实现综合生产指标优化的综合自动化系统的需求不断增
长及通信技术与计算机及其网络技术的融合发展，为了产品在市场上增强竞争力，提高综
合效益，现在人们考虑更多的是把传统的数控系统技术放在企业信息化大背景下，思考如
何用信息化技术去促进工业自动化快速向高端发展。在全球市场环境影响和推动下，改进
产品质量、提高生产效率和降低产品成本的需求不断增长，生产的实时优化受到过程工业
的普遍重视并广泛加以采用。为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成本，提高生产
效率，提高运行安全性，必须对控制、优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝集成。
要降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗，产品只能通过全流程自动控制
系统的优化设计来实现。
    制造工业发展面临众多挑战，关键问题是如何构建综合自动化系统来实现扁平化管理
和综合生产指标优化。生产指标优化系统和集成支撑系统由 ERP、MES 和 PCS 组成，其主