“数控一代”--中国智能制造的崛起

    3.当前是中国机械产品升级换代的最佳机遇期

    当前，我国机械工业正处于产品数字化发展时期，全世界的机械工业也正处于产品数字化发展时期。由“电气一代”到“数控一代”是一场深刻的变革，必然要经过艰难的攀登过程。数控一代是中国机械产品升级换代的最佳机遇，是中国机械工业跨越式发展的最佳机遇，是中国智能制造水平提升的标注，主要理由是：

    (1)需求强大：需求是最强大的发展动力。由于国民经济持续快速发展，由于国际国内市场的激烈竞争，数控机械产品的市场需求越来越旺盛，企业产品创新积极性越来越高涨。我们现在面临的形势是：

    一是要数控技术应用于中、低档机械产品，以提升产品的市场竞争力；

    二是要攻克高端数控机械产品，以满足经济、社会、国防等方面日益提高的需求。

    (2)技术支持：数控技术的落后是长期以来制约我国机械产品创新与质量的一个重要因素。经过多年来对数控技术的持续攻关，特别是由于电机技术、功率器件技术、控制技术、计算机技术的突破性进展，我国的数控产业已经基本形成，国产经济型数控系统已主导国内市场，中档数控系统形成了产业规模，高档数控系统也已经掌握关键技术。我国的数控技术已发展到了技术成熟、质量可靠的阶段，全面推广应用的条件已经成熟。

    (3)应用示范带动：数控机械产品的创新需要掌握数控技术、机械设计与制造技术、产品领域知识等复合型知识结构的人才，这也是长期以来影响我国机械产品创新的一个重要原因。经过多年努力，人才队伍和应用示范方面已具备了良好的基础。

三.数控一代的核心技术

    1.数控系统

    数控系统是数字控制系统的简称，根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。数控系统早期是与计算机并行发展演化的，用于控制自动化加工设备的，由电子管和继电器等硬件构成具有计算能力的专用控制器的称为硬件数控。19世纪70年代以后，分离的硬件电子元件逐步由集成度更高的计算机处理器代替，称为计算机数控系统。

    目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。数控系统一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。

图4 数控系统操作界面

    2.伺服驱动

    伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。在20世纪最后10年间，微处理器(特别是数字信号处理器——DSP)技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技术的话，那么，20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。

    无人化、规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系统具有高响应、免维护(无碳刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点，正好适应了这一需求。例如，日本FANUC公司、三菱电机公司、安川电机公司、德国Siemens公司、AEG公司、力士乐Indramat公司、美国A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后将交流伺服系统付诸实用。国内的交流伺服驱动技术起步较晚，到20世纪80年代末才有产品问世。如冶金部自动化研究院华腾公司的ACS系列、扬州5308厂引进Siemens公司的610系列，这些产品采用大功率晶体管模块(GTR)，属于模拟伺服，但从技术上填补了国内空白。

图5伺服驱动器