开放式数控系统国内外发展现状

进入 21 世纪，数控系统技术在控制精度上取得了突 破性进展。2010 年国际制造技术( 机床) 展览会( IMTS 2010) 上， 专业的数控系统制造商纷纷推出了提高控制精 度的新举措。经过持久研发和创新，德、美、日等国已基 本掌握了数控系统的领先技术。目前， 在数控技术研究 应用领域主要有两大阵营: 一个是以发那科( FANUC) 、西 门子 ( SIEMENS) 为 代 表 的 专 业 数控系统厂商; 另一个 是以山崎马扎克( MAZAK) 、德玛吉( DMG) 为代表，自主 开发数控系统的大型机床制造商。
（2）OMAC， 即开放式、模块化体系结构控制器，是由 福特、通用和克莱斯勒 3 大汽车公司于 1994 年提出，其 目标为开放化、可调整、模块化和高可靠性。开放化指利 用软硬件在标准环境下实现集成; 可调整指根据用户需要 可简单有效地实现系统构成; 模块化提供高效的控制器重 构机制和软硬件模块的“即插即用”; 高可靠性要求软硬 件具备较高可靠性， 容易维护。 （3）OSEC， 即控制器开放系统环境，是 1995 年由日 本 MAZAK 、TOSHIBA、TOYOTA、MITSUBISHI、IBM、 SML 共同组建， 目标是建立国际性工厂自动化控制设备 的通用标准。该系统本身被认为是一个分布式系统， 它 能满足用户对费用最小化、系统配置灵活化和人机界面标 准化等多方面要求。
（2）功能复合化。目前， 国际主流数控系统厂商大多推出了集成 CAD /CAM 技术的复合式数控系统。数控技术与 CAD /CAM 技术的 无缝集成， 有效提高了产品加工的效率和可靠性， 在加工技术产业 链里的地位愈加重要。国内已开始在这方面进行探索和尝试， 北 京 精 雕 推 出 的 JD50 数 控 系 统， 正 是 集CAD /CAM 技术、数控技 术、测量技术为一体的复合式数控系统，具备在机测量自适应补偿功 能。下图所示为利用 JD50 数控系统此项功能，完成在鸡蛋表面的图 案雕刻。
1. 2 国内数控系统技术的发展现状
我国对数控系统技术的研究始于 1958 年， 经过几十年的 发展已形成具有一定技术水平和生产规模的产业体系，建 立了华中数控、沈阳数控、航天数控、广州数控和北京精 雕数控等一批国产数控系统产业基地。虽然国产高端数控 系统与国外相比在功能、性能和可靠性方面仍存在一定差 距， 但近年来在多轴联动控制、功能复合化、网络化、 智能化和开放性等领域也取得了一定成绩。 （1）多轴联动控制。多轴联动控制技术是数控系统的核 心和关键，也是制约我国数控系统发展的一大瓶颈。近年 来，在国家政策支持和多方不懈努力下得到了快速发展， 逐渐形成了较为成熟的产品。华中数控、航天数控、北京 机电院、北京精雕等已成功研发五轴联动的数控系统。
目前国际上开放式数控系统研究计划有:OSACA、OMAC 和 OSEC。 （1）OSACA， 即自动化系统中的控制开放系统体系结 构，是 1990 年由欧共体控制系统开发商与集成商、机床 生产厂家和科研单位共同联合发起，目标之一是建立开放 式数控系统的标准体系规范。OSACA 体系结构可分为应 用软件和系统平台两部分。应用软件即控制系统所包含的 各个功能模块， 模块之间通过 OSACA 的通讯系统可以 互相操作， 并且可以通过OSACA 提供的 API 接口运行于 不同的平台之上。
国内外数控系统技术研究 现状与发展趋势
1 数控系统技术的发展现状 1. 1 国外数控系统技术的发展现状
1952 年，美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，开创了 世界数控系统技术发展的先河。20 世纪 80 年代中期， 数控系统技术 进入高速发展阶段。1986 年， 三 菱 ( MITSUBISHI ) 推 出 了 采 用 Motorola 32 位 68020 CPU 的数控系统，掀起了 32 位数控系统的热 潮。1987 年， 发那科( FANUC) 公司32 位多 CPU 系统—FS-15 的 问世， 使系统内部各部分之间的数据交换速度较原来的 16 位数控系 统显著提高。 90 年代以来， 受计算机技术高速发展的影响，利用 PC 丰富的软硬 件资源， 数控系统朝着开放式体系结构方向发展。该结构不仅使数控 系统具备更好的通用性、适应性和扩展性， 也是智能化、网络化发展 的技术基础。工业发达国家相继建立开放式数控系统的研究计划。此 外， 随着数控系统性能的不断提升， 数控机床的高速化成效显著。 德、美、日等各国争相开发新一代的高速数控机床。
（3）网络化与智能化。随着计算机及人工智能技术的发展，国产数 控系统的网络化、智能化程度不断提高。沈阳数控于 2012 年推出了 具有网络智能功能的 i5 数控系统。该系统满足了用户的个性化需求， 用户可通过移动电话或电脑远程对 i5 智能机床( 图 7) 下达各项指令， 使工业效率提升了 20%，实现了“指尖上的工厂”。i5 数控系统提 供的丰富接口使数据在设备和异地工厂之间实现双向交互，为用户提 供了不同层次和规模的应用。
2014 年第八届中国数控机床 展览会( CCMT 2014) 上， 华 中数控围绕新一代云数控的主 题， 推出了配置机器人生产单 元的新一代云数控系统和面向 不同行业的数控系统解决方案。ห้องสมุดไป่ตู้新一代云数控系统以华中 8 型 高端数控系( 图 6) 为基础， 结 合网络化、信息化的技术平台， 提供“云管家、云维护、云智 能”3 大功能，完成设备从生 产到维护保养及改造优化的全 生命周期管理，打造面向生产 制造企业、机床厂商、数控
2 数控系统技术的发展趋势
1) 向高速、高精度、高可靠性方向发展 2) 向多轴联动、复合化方向发展 3) 向智能化、柔性化、网络化方向发展 4) 向开放式数控系统发展


2013 年， 应用华中数控系统， 武 汉 重 型 机 床 集 团 有 限 公 司 成 功 研 制 CKX5680 七轴五联动车铣复合数控加工机床， 用于大型高端 舰船推进器关键部件—大型螺旋桨的高精、高效加工( 图 3) 。 同年， 北京精雕推出了 JD50数控系统，具备高精度多轴联动加工控制 能力，满足微米级精度产品的多轴加工需求，配备 JD50 数控系统的 SmartCNC500E－ DRTD 系列精雕机， 可用于加工航空航天精密零部 件叶轮( 图 4) 。
厂商的数字化服务平台。
（4）开放性。尽管目前国内市场上传统的封闭式数控系统依旧应用 广泛， 但开放式数控系统已是大势所趋。数控系统的开放性为大型生 产活动的自动化、信息化创造了有利条件，也是“工业 4. 0”时代对 数控系统提出的新要求。北京精雕的 JD50 数控系统采用开放式体系 架构，支持 PLC、宏程序以及外部功能调用等系统扩展功能。PLC 系统硬件平台提供多种总线接口， 可灵活实现与各类外部设备的连接， 为大型加工企业的自动化改造提供了软、硬件支持。 （5）远程监控及故障诊断。近年来在国家“863”计划的资助下，国 内许多大学和企业都开展了面向数控设备的远程监测和故障诊断解决 方案研究。西北工业大学与企业合作研究建立了基于 Internet 的数控 机床远程监测和故障诊断系统， 为数控机床厂家创造了一个远程售后 服务体系的网络环境， 节省了生产厂家的售后服务费用， 提高了维 修和服务的效率。

DMG 推 出 的CELOS 系统简化和加快了从构思到成品的 进程， 其应用程序( CELOS APP) 使用户能够对机床数据 、工艺流程以及合同订单等进行操作显示、数字化管理和 文档化，如同操作智能手机一样简便直观 。CELOS 系统 可以将车间与公司高层组织整合在一起，为持续数字化和 无纸化生产奠定基础，实现数控系统的网络化、智能化 。