中國(guó)數(shù)控技術(shù)必須盡快突破技術(shù)遏制 ２
上面僅以高速高精度運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為例說(shuō)明高檔控制器技術(shù)是一個(gè)耦合緊密的技術(shù)學(xué)科群。作為高端數(shù)控技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新體系應(yīng)當(dāng)具有技術(shù)鏈的完整性，因此我們稱(chēng)這樣的技術(shù)創(chuàng)新體系為“技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)”。這樣的技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)投入是巨大的。以日本FANUC公司為例，在技術(shù)上保持領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一，該公司現(xiàn)有職工3674人，科研人員超過(guò)600人，月產(chǎn)能力7000套，銷(xiāo)售額在世界市場(chǎng)上占50％，研發(fā)投入為銷(xiāo)售額的10%，每年投入研發(fā)費(fèi)用上億美元。很顯然，支持上述平臺(tái)在中國(guó)現(xiàn)有的科研條件下，依靠一家企業(yè)或單位是非常困難的。我們只有通過(guò)包括高等院校和其他研究機(jī)構(gòu)在內(nèi)，以產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)聯(lián)為內(nèi)在聯(lián)系的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，整合技術(shù)資源，形成新型的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新組織，在國(guó)家有關(guān)政策支持和指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)相關(guān)多技術(shù)緊密耦合的創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)，才可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越。
充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，把握數(shù)控核心技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，有所為有所不為。處于后進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的中國(guó)裝備控制器產(chǎn)業(yè)必須充分利用新的技術(shù)手段，把握數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，根據(jù)自己的實(shí)際情況，有所為有所不為，形成后發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快技術(shù)進(jìn)步的步伐，才能實(shí)現(xiàn)追趕和跨越。
首先需要明確中國(guó)數(shù)控技術(shù)需要的發(fā)展方向。我們可以從SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)對(duì)華出口限制的方向中受到啟發(fā)。這些功能絕大多數(shù)十被認(rèn)為直接影響歐洲裝備核心競(jìng)爭(zhēng)力的功能。
分析上述功能，可以概括高端控制器幾個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展方向：
1）復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的控制技術(shù)。上表中的“螺旋線插補(bǔ)2D+6”、“5軸加工程序包”、“多軸插補(bǔ)（>4軸）”都屬于這一技術(shù)方向。復(fù)雜型面和曲線的運(yùn)動(dòng)控制屬于數(shù)控基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)技術(shù)，也是負(fù)責(zé)工藝裝備的現(xiàn)實(shí)需求。特別是五軸加工控制技術(shù)，是復(fù)雜曲面加工的基礎(chǔ)支持技術(shù)。該技術(shù)是關(guān)系到航空航天制造業(yè)、武器裝備制造業(yè)、動(dòng)力裝備制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。
2）多軸耦合關(guān)系運(yùn)動(dòng)控制。“搬運(yùn)（機(jī)器人）變換包”，“位控循環(huán)中的1D/3D間隙控制”，“懸垂度補(bǔ)償，多維”，“主動(dòng)數(shù)值耦合和曲線列表插補(bǔ)”，“電子齒輪單元”，“連續(xù)修正”，“測(cè)量2級(jí)”都體現(xiàn)了上述特征。上述功能的共性特征是某坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)不再是受計(jì)劃性軌跡執(zhí)行，而是與其他軸的運(yùn)動(dòng)或邏輯量具有某種耦合關(guān)系或者協(xié)同關(guān)系，即實(shí)時(shí)插補(bǔ)過(guò)程還引入了其他控制因素。上述功能顯然對(duì)于復(fù)雜裝備是非常必要的，屬于經(jīng)典插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制的重要補(bǔ)充。
3）開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。“開(kāi)放式結(jié)構(gòu)NC核心編譯循環(huán)”和“同步操作”都屬于這一技術(shù)方向。“開(kāi)放式結(jié)構(gòu)NC核心編譯循環(huán)”引擎支持用戶(hù)將自己編寫(xiě)的控制功能加入系統(tǒng)中，并可按照指定的執(zhí)行頻度周期性執(zhí)行。而“同步操作”是用戶(hù)以高級(jí)語(yǔ)言的形式約定執(zhí)行條件和執(zhí)行動(dòng)作。這兩項(xiàng)功能分別體現(xiàn)了控制系統(tǒng)不同層次的開(kāi)放，一種是執(zhí)行引擎的開(kāi)放，另一種是用戶(hù)語(yǔ)言層面的開(kāi)放。這類(lèi)的技術(shù)顯然有利于主機(jī)廠的快速響應(yīng)工藝需求，將自己專(zhuān)有的技術(shù)融入到控制器中，二次開(kāi)發(fā)具有自己特色的控制器，極大地拓展了控制器的控制能力。
4）與伺服控制技術(shù)的融合。“內(nèi)部驅(qū)動(dòng)變量評(píng)價(jià)”就屬于這一技術(shù)方向。伺服驅(qū)動(dòng)裝置的性能直接影響整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的控制表現(xiàn)和整個(gè)裝備的性能表現(xiàn)。因此，伺服驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)也成為高端控制器技術(shù)群的重要基礎(chǔ)。由于伺服驅(qū)動(dòng)裝置嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，運(yùn)算資源、存儲(chǔ)資源和人機(jī)交互能力的局限性，伺服系統(tǒng)參數(shù)的可視化和優(yōu)化需要通過(guò)上位的數(shù)字控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，控制器技術(shù)與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的技術(shù)融合就成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要方向。這一技術(shù)特點(diǎn)可以從許多控制器產(chǎn)品中得到映證。
上述四大技術(shù)方向?qū)?shù)字化裝備的進(jìn)步非常重要。我國(guó)的數(shù)控技術(shù)在上述方向基本上存在較大的差距，應(yīng)當(dāng)成為我們努力的方向。
我國(guó)的數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展除了技術(shù)本身的問(wèn)題外，還需要國(guó)家政策的鼓勵(lì)和扶持，以及制造裝備廠商的支持。特別是要解決首臺(tái)首套的應(yīng)用示范工程，一方面將國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)水平的差異量化，明確國(guó)產(chǎn)控制器的努力方向；另一方面，打破進(jìn)口品牌的神話(huà)，為國(guó)產(chǎn)品牌的數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用推廣提供機(jī)遇，以華中數(shù)控、廣州數(shù)控、沈陽(yáng)數(shù)控、大連數(shù)控、齊重?cái)?shù)控等企業(yè)為代表的中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，從“以技術(shù)引進(jìn)消化吸收為主”到“主要依靠自主創(chuàng)新”，走出了具有中國(guó)特色的數(shù)控技術(shù)發(fā)展之路。中國(guó)的數(shù)控技術(shù)趕超世界先進(jìn)水平是任重而道遠(yuǎn)，相信在建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的社會(huì)氛圍下，通過(guò)以企業(yè)為核心的新型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式組織下，充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，自主創(chuàng)新，逐步打破技術(shù)封鎖和遏制，加速技術(shù)進(jìn)步，是大有希望的。
充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，把握數(shù)控核心技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，有所為有所不為。處于后進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)的中國(guó)裝備控制器產(chǎn)業(yè)必須充分利用新的技術(shù)手段，把握數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，根據(jù)自己的實(shí)際情況，有所為有所不為，形成后發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快技術(shù)進(jìn)步的步伐，才能實(shí)現(xiàn)追趕和跨越。
首先需要明確中國(guó)數(shù)控技術(shù)需要的發(fā)展方向。我們可以從SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)對(duì)華出口限制的方向中受到啟發(fā)。這些功能絕大多數(shù)十被認(rèn)為直接影響歐洲裝備核心競(jìng)爭(zhēng)力的功能。
分析上述功能，可以概括高端控制器幾個(gè)重要的技術(shù)發(fā)展方向：
1）復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的控制技術(shù)。上表中的“螺旋線插補(bǔ)2D+6”、“5軸加工程序包”、“多軸插補(bǔ)（>4軸）”都屬于這一技術(shù)方向。復(fù)雜型面和曲線的運(yùn)動(dòng)控制屬于數(shù)控基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)技術(shù)，也是負(fù)責(zé)工藝裝備的現(xiàn)實(shí)需求。特別是五軸加工控制技術(shù)，是復(fù)雜曲面加工的基礎(chǔ)支持技術(shù)。該技術(shù)是關(guān)系到航空航天制造業(yè)、武器裝備制造業(yè)、動(dòng)力裝備制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。
2）多軸耦合關(guān)系運(yùn)動(dòng)控制。“搬運(yùn)（機(jī)器人）變換包”，“位控循環(huán)中的1D/3D間隙控制”，“懸垂度補(bǔ)償，多維”，“主動(dòng)數(shù)值耦合和曲線列表插補(bǔ)”，“電子齒輪單元”，“連續(xù)修正”，“測(cè)量2級(jí)”都體現(xiàn)了上述特征。上述功能的共性特征是某坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)不再是受計(jì)劃性軌跡執(zhí)行，而是與其他軸的運(yùn)動(dòng)或邏輯量具有某種耦合關(guān)系或者協(xié)同關(guān)系，即實(shí)時(shí)插補(bǔ)過(guò)程還引入了其他控制因素。上述功能顯然對(duì)于復(fù)雜裝備是非常必要的，屬于經(jīng)典插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制的重要補(bǔ)充。
3）開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。“開(kāi)放式結(jié)構(gòu)NC核心編譯循環(huán)”和“同步操作”都屬于這一技術(shù)方向。“開(kāi)放式結(jié)構(gòu)NC核心編譯循環(huán)”引擎支持用戶(hù)將自己編寫(xiě)的控制功能加入系統(tǒng)中，并可按照指定的執(zhí)行頻度周期性執(zhí)行。而“同步操作”是用戶(hù)以高級(jí)語(yǔ)言的形式約定執(zhí)行條件和執(zhí)行動(dòng)作。這兩項(xiàng)功能分別體現(xiàn)了控制系統(tǒng)不同層次的開(kāi)放，一種是執(zhí)行引擎的開(kāi)放，另一種是用戶(hù)語(yǔ)言層面的開(kāi)放。這類(lèi)的技術(shù)顯然有利于主機(jī)廠的快速響應(yīng)工藝需求，將自己專(zhuān)有的技術(shù)融入到控制器中，二次開(kāi)發(fā)具有自己特色的控制器，極大地拓展了控制器的控制能力。
4）與伺服控制技術(shù)的融合。“內(nèi)部驅(qū)動(dòng)變量評(píng)價(jià)”就屬于這一技術(shù)方向。伺服驅(qū)動(dòng)裝置的性能直接影響整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的控制表現(xiàn)和整個(gè)裝備的性能表現(xiàn)。因此，伺服驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)也成為高端控制器技術(shù)群的重要基礎(chǔ)。由于伺服驅(qū)動(dòng)裝置嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，運(yùn)算資源、存儲(chǔ)資源和人機(jī)交互能力的局限性，伺服系統(tǒng)參數(shù)的可視化和優(yōu)化需要通過(guò)上位的數(shù)字控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，控制器技術(shù)與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的技術(shù)融合就成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要方向。這一技術(shù)特點(diǎn)可以從許多控制器產(chǎn)品中得到映證。
上述四大技術(shù)方向?qū)?shù)字化裝備的進(jìn)步非常重要。我國(guó)的數(shù)控技術(shù)在上述方向基本上存在較大的差距，應(yīng)當(dāng)成為我們努力的方向。
我國(guó)的數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展除了技術(shù)本身的問(wèn)題外，還需要國(guó)家政策的鼓勵(lì)和扶持，以及制造裝備廠商的支持。特別是要解決首臺(tái)首套的應(yīng)用示范工程，一方面將國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)水平的差異量化，明確國(guó)產(chǎn)控制器的努力方向；另一方面，打破進(jìn)口品牌的神話(huà)，為國(guó)產(chǎn)品牌的數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用推廣提供機(jī)遇，以華中數(shù)控、廣州數(shù)控、沈陽(yáng)數(shù)控、大連數(shù)控、齊重?cái)?shù)控等企業(yè)為代表的中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，從“以技術(shù)引進(jìn)消化吸收為主”到“主要依靠自主創(chuàng)新”，走出了具有中國(guó)特色的數(shù)控技術(shù)發(fā)展之路。中國(guó)的數(shù)控技術(shù)趕超世界先進(jìn)水平是任重而道遠(yuǎn)，相信在建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的社會(huì)氛圍下，通過(guò)以企業(yè)為核心的新型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式組織下，充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，自主創(chuàng)新，逐步打破技術(shù)封鎖和遏制，加速技術(shù)進(jìn)步，是大有希望的。
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