近日小编精心整理了《数控系统发展分析分析论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！一、引言数控系统是数控机床装备的核心关键部件。特别是对于国防工业急需的高档数控机床，高档数控系统是决定机床装备的性能、功能、可靠性和成本的关键因素，而国外对我国至今仍封锁限制，成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。21世纪将是我国国民经济持续稳定发展的黄金时期，国民经济建设的高速发展将进一步拉动数控机床的市场需求。
数控系统发展分析分析论文 篇1：
基于开源数控系统的实验教学
【摘要】根据数控技术实验教学的现状，提出了实验教学课程与开源数控系统相结合的实验教学方式，开源数控系统可以让学生加强对数控系统底层原理的理解，有利于学生全面巩固和掌握所学知识，培养学生兴趣，提高学生的创新能力与就业能力。
【关键词】数控技术 开源数控系统 交互式学习 实验平台
Experimental Teaching Based on Open Source Numerical Control System
HAN De-dong， FU Yun-zhong， HAN Zhen-yu， LIU Jian-kang
（Mechanical Manufacturing and Automation Department， Harbin Institute of Technology， Harbin 150001， China）
【
【
1 引言
数控机床行业作为国家基础性和战略性产业，在“十二五”规划中，已明确将自主创新战略作为最主要的一个组成部分，着重强调了要以技术创新工程来支撑和引领行业发展。我国数控机床行业的发展必须立足于自主创新，加强关键技术的研究，大力培养创新型人才，力争在数控系统关键性技术攻关上有所突破，提高我国数控系统科技水平[1-2]。而随着社会经济发展，企业对人才的要求不断提高，我国高等教育必须不断深化改革，调整授课方式，以培养新型人才，以满足市场需求。在数控教学方面，需要不断寻求更加创新的教学方式，培养学生的学习兴趣，提高学生的创新能力与就业能力。
数控技术课程是机械类专业学生必修的一门既具有理论性又具有实践性的多学科融合的课程，而现行教学方式多偏重理论讲述，数控实验课内容更是以数控系统的使用为主，停留在G&M加工代码编写、UG等CAM软件的使用层面，导致学生对数控系统内部的插补原理、实时性、运动控制原理等理解不够深入，难以达到大纲要求的教学目的。开源数控系统由于其开放的特性，应用在数控教学中可以使学生更多地了解数控系统内部实现原理。因此，本文对开源数控系统在数控实验教学中的应用进行了探索。
2 基于开源数控系统的新型实验教学模式
为改变传统数控实验教学模式下的种种弊端，各种新型的教学模式不断提出并应用于实践教学中[3]，利用开源数控系统可以开展多种新型的开放式实验教学模式[4]，以提高学生参与的积极性，提升教学效率。
（1） 交互式学习
传统的教学模式是教师单方面教授知识，而实践证明这种教学模式缺乏教师与学生之间的交流，学生参与积极性不高，学习效率较低[5]。基于开源数控系统的交互式实验教学模式，应针对学生的特点，以学生的自主学习为基准，以学生能力的提高为方向，遵循学生的认知规律，体现由提出问题—分析问题—解决问题—探究创新的认知过程。而且，利用开源数控系统，可以用极小的成本搭建实验平台，可以使更多学生参与动手操作，使学生更多地发现问题，提出问题，并与老师互动，从而解决问题。
（2） 主动式学习
“主动式学习”是学生在学习时表现出来的自觉性、积极性、独立性等特征的总和，是学生从事创造性学习活动的一种心理能动状态。主动学习被视为对传统教学的根本性改进[6]。利用开源数控系统，可以让学生自主探索数控系统内部基本原理，提高学习兴趣，发挥学生主观能动性，认真领悟、主动实践，最终获取知识和能力。根据学生感兴趣的程度，采取从易到难的层次化学习目标，从而实现因材施教，激发他们学习的积极性，发挥主动式模式的优势。
（3） 任务驱动式学习
在传统实验教学中，教师把实验过程中所有具体操作步骤都教授给学生，学生只能按部就班地执行，没有机会去思考。而利用开源数控系统开展“任务驱动”实验教学，教师可以把数控实验教学任务制定一个目标计划体系，然后由学生自主地一步一步去实现这个计划，学生自己思考、寻求解决方法，使学生的积极性得到充分的发挥[7]。在基于“任务驱动”的实验教学平台中，学生是学习活动的主体。学习者既需要有统一的教学目标和要求，又可以根据自己的技术、特点与爱好，确定自己的学习进度与学习步骤，按照教师制定的学习任务书和计划书范例、学习成果“作品”范例进行个性化学习，最后展示自己的个性化学习成果并进行学习评价。
3 开源数控系统与数控实验教学的结合
融合上面所探讨的新型教学模式的理念，根据教学大纲要求，建立数控实验教学体系结构，体现理论与实践相结合的教学理念，以实现其预期的教学效果。
3.1 开源数控系统EMC2简介
开源数控系统在世界范围内开放源代码，任何人都可以从网络上下载其源代码，并进行修改以适合自己的应用需求。常用的开源数控系统有美国ArtSoft公司开发的Mach3、美国NIST开发的EMC2等，由于EMC2具有良好的开放性和完善的社区支持，本文选用EMC2进行数控实验教学。
EMC2衍生自NIST（National Institute of Standards and Technology，美国标准与技术研究院）开发的 EMC（Enhanced Machine Controller，增强型机器控制器）项目，该项目最初目的是为了验证利用 PC 机代替专用 NC 控制器实现数控系统功能的可行性，EMC2可以充分发挥PC机强大的计算能力，并利用PC机丰富的接口实现专用NC控制器的功能，是一套真正意义上的开放式软件数控系统。
由于 EMC2 功能强大，灵活的模块化开发方式，并且开放源码，使之可以方便地利用到数控系统实验教学中来，让学生了解数控系统内部软件架构以及基本原理。
3.2基于开源数控系统的实验教学内容
结合开源数控系统，可以在数控实验教学中开展很多新的教学内容，让学生可以涉足数控系统的更深层次。
（1） 数控系统软硬件架构
传统数控技术教学中，一般仅仅简单介绍一下数控机床的构成：数控系统由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分构成，但是学生没有一个直观的理解，而数控实验课程中，大多使用商业化数控系统，价格昂贵，一般不会拆开整个数控系统、电气系统给学生看，而且，商业数控系统软件都是封闭的，其内部软件架构无从得知。在这种教学模式下，学生只能学习如何使用数控系统，但不能对数控系统的软硬件结构有一个清楚直观的了解。
EMC2是一个非常灵活的模块化软件系统[8]，其模块组成主要有：人机界面、 运动控制模块、任务管理模块、I/O控制模块。人机界面（HMI）模块提供了数控系统的人机接口，可以用来切换机床运动模式、加载编辑G代码或者实时显示机床状态等；运动控制模块（EMCMOT）是EMC2的核心，它负责G代码翻译、插补运算、运动控制等数控系统核心功能，该模块实时性要求较高，需要运行在实时内核中；任务管理模块（EMCTASK）是EMC2的大脑，负责实时任务、非实时任务的协调调度执行；I/O 控制模块（EMCIO）负责执行上位模块发送的I/O控制命令，I/O控制模块的灵活运用可以实现软件PLC的功能。除了上述四大模块外，EMC2 还提供了RS274标准G代码程序接口，以及软件PLC功能，可以编译G&M 代码用作加工数据，还可以编辑、解释 PLC梯形图。
图3-1 EMC2软件结构图
EMC2软件结构层次分明，模块划分清晰，易于理解，让学生可以充分理解数控系统软件架构，从而对数控原理有一个更深层次的理解，并且可以激发学生对知识的探索欲望，作为教师便可以及时引导学生，由开源数控系统结构的理解转化到对商业数控系统结构的探索，带领学生对平常熟悉的FANUC、Siemens等商业品牌数控系统的内部结构进行研究，使学生对商业数控系统的多处理器总线结构、内部通信机制等知识点进行深入了解，拓宽学生视野，增长学生见识。
（2） 数控系统实时性
EMC2数控系统是Linux系统上的一个纯软件数控系统，其实时性由RTAI实时内核保证，所以EMC2实时功能模块的开发要在RTAI实时核内进行，程序开发的灵活性大大降低，为了使实时功能的开发更多的体现模块化思想，EMC2提出了HAL[9]（Hardware
图3-2 HAL示意图
利用HAL硬件抽象层，可以让学生对数控系统内实时性有更深刻的理解，通过带领学生编写HAL脚本文件，可以让学生理解实时线程的意义，HAL实时线程以固定时间周期运行，该时间周期就是数控系统的插补周期，每一个插补周期中，数控系统都进行一次插补运算，计算出下一个周期各个坐标轴所要移动到的坐标值，并利用运动控制算法，将位置指令转化为脉冲信号或者模拟信号，传输给伺服放大器，从而完成各个坐标轴的运动控制。
在Linux命令行中，使用下面的命令运行HAL硬件抽象层：
$ halrun
使用loadrt命令加载运动控制模块EMCMOT，并创建伺服周期创建插补周期为1ms的实时线程，作为伺服线程：
loadrt EMCMOT servo_period_nsec=1000000 num_joints=3
加载运动学逆解模块：
loadrt trivkins
加载并口驱动模块：
loadrt hal_parport cfg="0x0378"
将计算机并口的第2、3个引脚分别作为X轴方向信号、脉冲信号的输出引脚：
net Xstep => parport.0.pin-03-out
net Xdir => parport.0.pin-02-out
这样，通过简单的几条命令，就让学生实现了数控系统内部重要模块的调用，知道了数控系统中程序运行的实时性是怎样实现的，明白了从运动控制到发出脉冲指令信号的流程，不知不觉中就将其中所涉及的数控基本知识融汇贯通了。
（3） 插补原理
由于EMC2的开源特性，所有人都可以对其修改、增添源代码以实现自己想要的功能，使之成为国际上很受欢迎的数控研究平台，例如国内外很多学者就利用EMC2进行NURBS等复杂曲线插补算法的研究，并取得了非凡的成就。将EMC2中插补算法的相关源代码提取出来，供学生研究，与课堂上讲的插补原理进行对照学习，可以让学生对数控插补原理有一个更深入的理解。
EMC2源代码中，实现插补算法的C程序文件在./src/emc/rs274ngc/文件夹下，比如圆弧插补的程序代码就是该文件夹下的interp_cycles.cc文件，其中圆弧插补函数定义如下：
int Interp：：convert_cycle_xy（int motion， //！< a g-code between G_81 and G_89， a canned cycle
block_pointer block， //！< pointer to a block of RS274 instructions
setup_pointer settings） //！< pointer to machine settings
C语言是高校理工科学生的必修课程，所以大学生一般都具有一定的编程基础，学生可以对照课堂上老师讲的“时间分割法”插补算法，阅读该程序源代码，从而深入了解插补算法在数控系统中是如何实现的。
这样数控技术实验教学，就不仅仅停留在理论讲述的层面上，也不只是数控系统的使用层面上，而是深入到实践中去体验基础理论的应用，有能力的学生甚至能够自己编程实现各种插补算法，在EMC2开源数控系统实验平台上进行实验验证，真正地实现因材施教，最大限度地发挥数控实验教学课程的作用。
4学生实验平台搭建：
传统数控实验课程中，多使用校友或企业捐赠的老旧数控机床作为实验平台，使用FANUC、西门子或华中数控等商业数控系统，由于商业数控系统的封闭性，只能教学生学习怎样使用数控系统，而不能对数控系统底层的基本原理进行实验教学。而利用开源数控系统EMC2，就可以搭建开放式数控教学实验平台，通过该平台，使学生熟悉数控机床的基本组成、机床的基本操作和基本原理；甚至可以通过添加自己编写的模块，实现相应的数控功能，从而真正理解数控系统的特点，为学生将来的科学研究和实际工作奠定坚实的理论和实践基础。
由于EMC2是一个纯软件数控系统，它可以利用计算机并口输出脉冲信号控制电机转动，所以不需要使用价格昂贵的运动控制卡，仅仅利用廉价的并口接口板，配合伺服电机以及铣床工作台，就可以搭建低成本试验台，供学生数控实验课程使用。实验平台系统框图如图4-1所示，实验平台实物如图4-2所示。并口接口板的作用是对计算机并口输出的脉冲信号、开关量信号进行光耦隔离，起到保护计算机主板的作用，并将并口的3.3V信号转化为伺服驱动器和变频器所需要的24V电平信号。
5 结语
本文结合开源数控系统与先进的交互式、主动式和任务驱动式教学理念，针对传统实验教学授课方式的弊端，重新制定了新型数控实验教学方式，根据数控基本原理对实验课程内容进行了规划，使之能够和数控原理课程很好地进行结合，并开发了数控实验平台。学生可以通过该实验课程，加深对数控系统原理的理解，培养对数控相关课程的学习兴趣，实现自主、任务驱动式学习，增强其学习的积极性和主动性。通过教学实践验证，基于开源数控系统的新型实验教学方式具有良好的教学效果，可以作为数控原理教学的有效教学手段。
参考文献：
[1] 李玉忠， 罗海鸥. 从“制造大国”迈向“制造强国”过程中的数控创新人才培养模式研究[J]. 广东技术师范学院学报， 2009 （9）： 1-5.
[2] 李玉忠. 我国的“制造强国”战略与数控创新人才培养的模式研究[J]. 科技创新导报， 2008 （18）： 153-154.
[3] 韩德东. 数控原理的网络教学系统开发[J]. 实验室研究与探索， 2010， 7： 019.
[4] 王晓娜， 余桂英， 郭天太， 等. 以提高学习能力为导向的开放式实验教学[J]. 实验室研究与探索， 2010， 29（7）： 97-100.
[5] 李长萍. 论交互性教学的内涵及特征[J]. 教育理论与实践，2007，04：45-47.
[6] 吴美玉. 自主式课堂教学模式的探索与研究[J]. 青海教育， 2007 （12）： 31-32.
[7] 沈利民. 基于“任务驱动”网络教学模式的平台设计[J]. 江苏广播电视大学学报， 2006， 16（6）： 35-37.
[8] 李鹏. 基于STEP-NC的开放式智能数控系统架构及其关键技术研究[D]. 山东大学， 2011.
[9] The EMC Team. HAL Manual 2.4[Z]. October 9， 2010
基金项目：
国家科技重大专项资助项目（No. 2013ZX04013011）。
作者：韩德东 付云忠 韩振宇 刘建康
数控系统发展分析分析论文 篇2：
我国高档数控系统市场前景分析
一、引言
数控系统是数控机床装备的核心关键部件。特别是对于国防工业急需的高档数控机床，高档数控系统是决定机床装备的性能、功能、可靠性和成本的关键因素，而国外对我国至今仍封锁限制，成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。
21世纪将是我国国民经济持续稳定发展的黄金时期，国民经济建设的高速发展将进一步拉动数控机床的市场需求。预计2010年国内市场数控机床需求将达10万台以上，40％以上为中高档型，消费将达到60-70亿美元，将为国产数控系统产业创造广阔的市场空间。
二、我国数控系统产业市场的现状
（一）数控系统产业的市场细分
我国数控系统分为三种型级，即经济型、普及型和高级型。这是根据我国当前市场需求的实际情况，按技术应用不同领域和复杂程度进行的阶段性标准来划分的。
在经济型数控系统中，国产经济型数控系统由于适应我国用户的实际使用水平和机床制造企业数控技术配套要求，得到了广大用户的认同，已形成了规模优势，目前约占到我国整个数控系统市场的60%左右。
国产普及型数控系统市场占有率不断提高，但外国品牌依然占领国内市场。进入20世纪90年代以来，我国逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京-法那科、西门子数控（南京）有限公司等合资企业的基本力量。从技术水平上比较，国产普及型数控系统的功能、性能并不差，价格和服务方面还有较大优势，可靠性与国外系统的差距也已显著缩小，但依然是国产数控系统最难开拓的市场领域。
在高档数控系统领域，国产数控系统与国外相比，确实还存在比较大的差距。虽然国产五轴联动数控系统技术上已经取得了一定突破，但功能还不够完善，在实际应用中验证还不全面。国产高档数控系统的差距，还表现在产品的系列化不全，如伺服电机、伺服驱动从小到大各种规格，国外都有，而我们的规格有限；在高速（快速进给速度40米/分以上）、高精（分辨率0.1微米以下）、多通道数控系统的功能、性能上，国产系统与国外系统有较大差距。我国进口的数控系统基本为德国西门子（SIMENS）和日本法那科（FANUC）两家公司所垄断，这两家公司在世界市场的占有率超过80%。在国内尚无自主知识产权高端数控系统替代的前提下，西门子和发那科拥有绝对的价格优势。加上高性能数控系统具有超越经济价值的战略意义，发达国家对出口我国的数控系统始终有所限制，甚至像五轴联动以上的高性能数控系统产品绝对禁止向我国出口。
（二）我国数控系统产业的发展目标
国家“十二五”期间的目标是：建立起比较完备的数控系统自主创新体系，具有自主设计、开发和成套生产能力，使我国高档数控系统总体技术达到国际先进水平。创建国产自主品牌产品，普及型数控系统市场占有率达70%以上，具有较强的国际竞争能力；国产高档系统市场占有率达到50%以上，主要品种基本实现自给，推动装备制造业现代化。
结合我国数控系统市场与数控系统产业的发展目标，不难看出，经济型数控系统市场已趋于饱和，且竞争相当激烈，由于技术水平相差不大，因此多为价格竞争。在普及型数控系统市场已逐步形成几家大企业的垄断现象，并且国外数控系统已在市场上占统治地位，很难进入。而在国内，高档数控系统目前只占整个数控系统的约2%，市场前景相当广阔，虽然目前大部分的高檔数控系统是国外产品，但依然有大片市场等待开发。竞争机会是平等的，并且有国家政策的支持与鼓励，数控系统厂商只有抓住这一契机，才能不断发展自己的技术，扩大市场，为国家高档数控系统的发展做出贡献。
三、高档数控系统市场需求分析
（一）高档数控系统的市场应用
高档数控系统可以应用于数控机床的生产，也可以对原有的数控机床或非数控机床进行系统升级、改造。其具体的应用市场为机电行业，包括机械、电子、汽车、航空、航天、轻工、纺织、冶金、煤炭、邮电、船舶等。另外，航空航天、船舶制造、大型电站设备、石化和冶金设备、汽车制造等都是我国机床业的下游产业，都离不开高档机床，为机床业的发展提供了广阔的空间。
（二）数控机床市场的现状
数控机床是利用硬件和软件相结合，是以电子控制为主的机电一体化机床，充分利用了微电子、计算机技术等高端技术。我国数控机床生产厂共有100多家，其中能批量生产的企业有42家(国有企业30家，民营企业5家，合资、独资企业7家)，平均年产量40-50台，几家重点企业年产量可达400-700台。
1、国内市场需求。我国数控机床20世纪80年代以来有了迅速发展，平均年产量增长20%以上；数控机床市场消费量从1990年的2588台增长至1996年的18000台；目前已是世界数控机床第三进口大国。进入90年代以来，我国数控机床生产企业都经历了结构调整、转变机制的艰苦磨砺过程。由于市场结构的变化，使得1997年数控机床市场消费量下降到14329台。同时由于进口减少，国产数控机床市场占有率上升到45.9%；正是由于结构的变化，才有可能形成产量下降、市场占有率提高的局面。近期，国家为扩大内需，通过加大技改投资和基础设施建设投资的措施来拉动国内市场消费。在各个主要市场看，轿车、重型汽车等重要车型的销售量从东向西逐步扩展，轿车个人购买已成为主流。这些行业的发展带动了机床工具的需求。其次是军工等需求稳步上升，在航空、兵器等领域，改造将继续增加，设备需求将进一步深化和扩大。民营企业将进一步渗透到制造业和轻工业，其技术水平和加工能力的提高依赖于装备的改善。处于“十一五”执行期的高峰，国家重点项目、重点工程、重点任务全面铺开，市场需求呈现出较高的增长，进一步拉动企业的技术改造和设备更新。近年启动和续建的重大工程有：三峡右岸的发电机组的制造，西气东输中段的全面开工及沿线各省、市的引进工程，南水北调工程，北京、上海、武汉、天津、重庆、长沙等大、中城市的地铁、轻轨工程、大化肥、大空分、西电东送等工程都会对相关产业带来市场的需求，而这些产业直接或间接都会使机床工具行业的市场增加份额和力度，为我国数控产业发展带来新的市场机遇。
2、国际市场需求。从近几年我国机床出口统计数据来看，数控机床的出口量和出口平均单价逐年上升，国际机床市场的消费主流是数控机床，目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主，这正是我国机床行业的弱项。“八五”期间，我国机床工具产品出口开始向全方位、多元化发展。近几年机床出口多元化发展趋势更加明显，由于受东南亚金融危机的影响，1998年我国东南亚出口额大幅降低，但同时开始向南美、中东、荷兰扩展，对英国、加拿大出口额也较1996年大幅度提高。美、欧、亚是目前我国机床产品出口的主要市场，占我国出口份额依次为1/4、1/5、1/6。在2005年的世界十大机床消费国（地区）中，只有我国台湾和意大利的机床消费额是负增长和零增长，其余都是正增长。2005年我国的机床消费额高达109亿美元，高出第2位的日本33.7亿美元，连续四年名列世界首位。世界机床市场整体消费的增加同时预示了数控机床市场的市场容量不断增加，为高档数控系统提供了广阔的市场投放空间。
四、市场规模预算
由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长30％，根据数控机床市场的预计，未来5年我国数控机床需求的年均增速在30％以上。
虽然国内市场对数控机床的需求很大，但对高档数控机床的生产和消费需求依然处于低水平，从2004年的数据看，高档数控系统占整个数控系统的产量比例为1.5%，比2002年上升了1个百分点。
另外，由于技术等方面的原因，国产高档数控系统的市场占有率非常小，2006年，国外公司在我国销售高档数控系统约占市场份额的99.5％。这就要求国产高档数控系统厂商必须生产质量可靠，价格适中的高档数控系统，才能与强劲的外国企业竞争.根据市场分析，可以做出未来五年我国高档数控系统市场规模预测如表1所示。
五、結论与建议
随着市场需求的不断扩大，科学技术的迅猛发展，21世纪将成为我国发展数控系统产业的绝佳时期，提高我国数控系统的技术性和竞争力将大力推动我国制造业的发展，这将是政府与企业共同努力的结果。
在政府政策方面，应充分利用国防军工行业与机床制造行业的合作平台，率先在军工行业推广使用自主化的高档数控系统。优先立项支持选用国产数控系统的首台首套高端数控机床装备的研制，并在项目中分配专门经费支持所配套的高档数控系统的研发，推动自主研发的高档数控系统的应用验证和市场推广。在使用财政性资金采购数控机床的项目中，标书中不要指定国外系统，给国产数控系统产品建立公平的市场竞争机制。在满足同等的条件下，应优先选用国产数控系统产品。同时，支持数控系统厂、数控机床厂和职业院校建立“数控技术培训与服务中心”，为数控机床生产者培训操作使用、工艺编程、维护维修人员。另外，政府也可以在技术改革、税收和金融政策等方面给予扶持，增强高档数控系统企业综合实力。
在企业自身方面，应加大在高档数控系统、全数字交流伺服驱动等核心关键技术领域的研发，走产学研相结合的道路，集我国家的财力支持建立由研究机构、大学、系统厂组成的技术联盟和研发平台，共同开展数控系统共性与关键技术的研发，加速制订下一代高档数控系统标准体系结构的规范和协议及相关的技术标准，并在国产数控系统行业内推广和共享，实现我国数控厂商的共同发展。
总之，国产高档数控系统的发展关系到我国的产业安全和国防安全，加速产业化步伐，增强自主创新能力，加快高档数控机床及其功能部件的研发和市场开拓，提高产品质量和服务质量，提高竞争力是我国高档数控系统产品的努力方向，我们相信在国家的政策和措施的支持下，在全行业自身的不断努力下，高档数控系统一定会有更好的发展。
参考文献：
1、孙斌,杨汝清.基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势[J].机床与液压,2001(4).
2、杨学桐.我国数控产业的现状与发展举措[J].机电产品开发与创新,2002(3).
3、陈虎.高端数控系统的功能特征和性能特征[EB/OL].中国工控网,2007-10-19.
4、胡俊,王宇晗.数控技术的现状和发展趋势[J].机械工程师,2000(3).
（作者单位：东南大学经济管理学院）
作者：韩 旭
数控系统发展分析分析论文 篇3：
消除数控系统与数控机床的“两张皮”现象
我国数控系统与数控机床的发展呈现“两张皮”的现象比较突出，这不仅制约我国数控机床产业的发展和市场竞争力，更制约了我国数控系统行业的发展。
随着国民经济快速的发展，汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业将为我国机床行业提供巨大的需求。预计到2015年，我国数控机床所需的数控系统需求将达到40万台套以上（不包含进口机床所配套数控系统），其中中高档占比预计在60％左右，数控系统市场需求将超过92亿元。
《高档数控机床与基础制造装备》国家科技重大专项要求，到2020年，我国将实现高档数控机床主要品种立足于国内：航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所需要的高档数控机床与基础制造装备80％实现国产化；国产中、高档数控机床用的国产数控系统市场占有率达到60％以上：高档数控系统市场占有率将从现在的1％提高到20％。
正是基于这些需求，中国机床工具工业协会副理事长、数控系统分会理事长陈吉红表示，数控系统行业“十二五”努力的方向是：抓住行业发展的重要战略机遇，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，重点突破数控系统和功能部件薄弱环节，加快高档数控机床产业化。依托科技重大专项，坚持科技进步和自主创新。加强创新人才队伍建设，提升企业核心竞争力，推动我国由机床工具生产大国向强国转变。
数控系统的三种发展模式
长期以来，我国数控系统与数控机床的发展呈现“两张皮”的现象比较突出。两者没有形成互相支持、互相促进和共同进步的局面，也没有形成开发与应用产业联盟和利益共同体的战略合作关系，这不仅制约我国数控机床产业的发展和市场竞争力，更制约了我国数控系统行业的发展。
陈吉红介绍说，目前，国际上发展数控系统产业有三种模式，每种模式各有优劣。
西门子模式：系统厂专业生产各种规格的数控系统，提供各种标准型的功能模块，为全世界的主机厂提供批量配套。这种模式的优点是：主机厂和系统厂发挥各自的优势，有利于形成专业化、规模化生产。缺点是：系统厂和主机厂主要是买卖关系，双方结合不够紧密主机厂为了保护自己的知识产权，不太愿意将这些特色技术提供给系统厂。
哈斯模式：主机厂独立开发数控系统，并与其自产的数控机床配套销售。这种模式的优点是：主机销售带动系统推广；其缺点是：主机厂独有品牌的数控系统很难被其他主机厂选用。
马扎克模式：主机厂在系统厂提供开发平台上，研发自主品牌的数控系统，并与所自产的数控机床配套销售。这一模式既避免了“西门子模式”和“哈斯模式”可能出现的缺点，又发扬了其自身的优点。这使得主机厂所需要的特殊控制要求、加工工艺和使用特色要求可方便地融入到数控系统中：主机厂用较少的投入，形成了自己的特色技术、知识产权和数控系统产品；主机厂自主品牌的数控系统的推广，还可以进一步强化主机厂的机床品牌，增加用户对主机厂的忠诚度；降低主机厂采购数控系统的成本同时带动数控系统产业的发展。
“根据多年经验分析，马扎克模式是主机厂发展数控系统产业最适合的模式，数控系统厂和机床厂以资产为纽带，建立战略合作关系，实现主机厂、系统厂、用户多方共赢。”陈吉红举例说，“十一五”期间，华中数控积极与大连机床、北一机床、武重集团、南通机床等重点机床企业建立战略合作关系，大大促进了中高档国产数控机床和数控系统发展。如华中数控与大连机床以资产为纽带，建立战略合作伙伴关系，在华中数控系统开放式平台的基础上，大连机床集成了用户工艺，开发特色功能和界面，研制了“大连数控”品牌的数控系统。这使得大连机床的整机性价比得到提高，用户得到了实惠，也改变了大连机床以往中、高档机床全部配置国外系统的状况。
为与主机全面配套奠定基础
“十一五”期间，国家启动实施《高档数控及基础制造装备》国家科技重大专项，国产数控系统技术水平和可靠性都取得了显著提升。陈吉红说，数控系统的研制与开发在关键技术方面取得了明显突破，已在国产机床上得到应用，为与主机全面配套奠定了基础。
例如，“十一五”期间，华中数控研制的五轴联动高档数控系统填补国内空白，打破国外封锁，300台五轴系统在军工等重点行业使用。基于“高档数控装置”、“国产CPU”、“全数字驱动及电机”三个重大专项课题研制而成的华中HNC-8型总线式高档数控系统，采用开放式软硬件体系结构及总线技术。目前，华中8型数控系统已与10类44台重大专项高档数控机床配套应用，主要技术指标已与国外高档数控系统相当。
广州数控研制的全数字高档数控系统具有高速程序预处理、多通道多轴联动控制、多通道及复合加工控制、等功能，系统基于工业以太网，具有自主知识产权的高速实时串行总线协议GSK—Link，支持EtherCAT，NCUC-Bus、GSK—Link三种协议的高速实时串行总线。
沈阳高精数控研制的高档数控系统系统，为基于多处理器，支持8通道、8轴联动、64轴控制，最小控制分辨率1纳米，具有7200段／秒、2000段前瞻的高速处理功能，可与5轴联动高速加工中心等数控机床配套应用。
大连光洋数控研制的总线数控系统，强大的多通道控制能力；优秀的五轴加工能力，支持多种五轴机床结构，支持斜面加工、定向退刀，支持3维刀具半径补偿；高速高精度控制。配合伺服驱动，可适配0.75～110KW交流同步伺服电机、交流异步主轴电机、力矩电机、直线电机；基于新一代光纤现场总线。
技术与市场差距
“十一五”期间，国产高档数控系统技术有了突破，但和国外高档数控系统相比，差距依然较大，陈吉红认为一方面是技术方面的差距。首先，产品在功能上存在差距：功能还不够完善，在实际应用中验证还不全面，在高速、高精、多通道控制、双轴同步控制等技术上不足；第二，产品的系列化不足：产品品种不齐、规格不足、成套性差、机电接口不一，影响配套。第三，产品的应用验证不够：产品生产完成后验证考核数量、时间不够，可靠性测试结果不能令人信服；第四，产业尚未起步：由以上等原因，导致产品的市场占有率偏低，用户认可度不高。
另一方面，是市场方面的差距。据工信部发布的《机床工具行业“十二五”发展规划》显示，“十一五”期间，数控系统发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35％，而高档数控系统95％以上依靠进口。
因此，为解决与国外高档数控系统的差距，需要通过在数控系统的关键共性技术、应用技术上取得突破，以此带动国产中高档数控系统的生产。陈吉红建议说，首先，以利益为纽带，整合国内的技术和人力资源，集中国家的财力支持建立国产数控系统软件、硬件和共性技术研发平台。建立技术研发管理机制，建立软件开发的质量管理体系（CMM）。
其次，加大在高档数控系统、数字交流伺服驱动自主技术研发的支持力度。组织国内数控系统企业制订下一代高档数控系统标准体系结构的规范和协议，形成中国数控系统的国家标准，从战略高度解决我国数控系统产业的发展瓶颈问题。
第三，加大力度支持数控系统产业化核心技术开发，如：数控系统的动态性能评测技术；数控系统可靠性测试与提升技术；数控系统、伺服驱动、伺服电机系列化产品开发；规模化生产工艺技术与质量控制技术。
作者：白云川