一、概述

　　1智能數控系統技術內涵

　　智能數控系統技術是研究將被加工件的幾何信息和加工工藝信息等經智能化交流伺服系統處理，轉換成一系列運動、動作指令，輸送給伺服電動機來完成工件加工的一門技術。

　　2智能數控系統技術的地位和作用

　　在先進制造技術中，智能數控系統技術是柔性制造自動化技術的最重要的基礎技術，具有智能化交流伺服系統的數控機床對通用加工具有良好的適應性，為單件、中小批量常規零件或常規復雜零件的加工提供了高效的自動化加工手段。

　　二、智能數控系統技術前沿分析

　　121世紀初十年的需求

　　高精度、高速化、高柔性化、高可靠性、復合加工功能、智能化和基于工業PC機的開放式的智能數控系統。

　　2智能數控系統技術發展趨勢

　　(1)能進行高速、高精度和多軸(5軸以上)聯動加工。

　　(2)高可靠性。

　　(3)具有一定智能化能力。

　　(4)有完善的監控和診斷能力。

　　(5)易于進線或聯網。

　　(6)簡化編程和能進行圖形仿真。

　　(7)可控制多種外圍設備。

　　3智能數控系統技術發展前沿分析

　　高性能智能化交流伺服系統的研究是智能數控系統技術發展的前沿。將人工神經網絡、專家系統、模糊邏輯及遺傳算法等人工智能系統與現代交流伺服控制理論方法相結合，研究適合高性能智能化交流伺服系統的控制方法：分層遞階智能控制、定性與定量控制的協調方法、模糊神經網絡并行學習算法、智能容錯魯棒控制器設計及智能控制的穩定性分析方法。使交流伺服系統的性能達到快響應、高精度、魯棒性及高可靠性智能化的目標，并能在高精度數控機床中得到應用。

　　4智能數控系統技術發展特點

　　(1)選用高速32位處理機，采用高速高精度采樣插補，大幅度提高采樣頻率，根據被插補曲線曲率的變化，自適應地調節進給速度并自動進行加減速控制。

　　(2)采用智能化交流伺服系統，實現多軸控制。

　　(3)采用基于工業PC機的開放式數控系統，彩色CRT圖形顯示，人機對話及自動診斷功能，具有多種監控、監測和補償功能。

　　(4)有很強的網絡功能，系統化功能和通信功能，實現標準化、通用化和模塊化。

　　(5)采用轉角棗線位移雙閉環位置控制，實時映射加工控制以及位姿自適應控制。

　　三、智能數控系統重要技術分析與預測

　　1智能數控系統技術概要

　　(1)高可靠性。選用高速的586、686等新型高性能CPU作為系統的運算和控制核心。CPU主要完成系統管理、人機交互、動態顯示、預處理和插補計算等任務。提高系統集成度，嚴把質量關，在軟件設計、電源設計、接插件設計、接地與屏蔽設計等方面采用強抗干擾、高可靠性設計，從而全面提高系統的可靠性。

　　(2)高精度控制。數控系統的控制精度，是保證數控機床加工精度的關鍵。數控系統對機床的各坐標軸采用高精度智能化交流伺服系統驅動控制。高精度智能化交流伺服系統由智能控制器、自動檢測和自動識別技術與586或686微機、新型功率電子器件(IGBT)的逆變器、數字信號處理器(DSP)、數字式位置傳感器、SPWM以及交流永磁同步電動機或籠型異步伺服電動機構成。利用知識工程、機器學習、人工智能技術、實序邏輯模型、模糊Petri網的原理和方法，建立適合于復雜交流伺服系統的知識結構，廣義知識表示及知識的自動獲取方法，為綜合智能控制提供信息基礎。將模糊邏輯、人工神經網絡、遺傳算法和專家系統所具有的特性(自學習、自組織、自識別)集中于交流伺服控制器上，設計出不依賴于對象模型的智能控制器，這是智能化交流伺服系統的基礎。

　　(3)操作方便。在操作方面，利用多媒體技術，增加觸摸屏操作功能及語音提示功能，使系統的使用更加方便。

　　(4)加工信息獲取的自動化。在加工信息獲取方面，往上實現CAD/CAM/CNC一體化，使復雜工作的加工更加容易；往下增加實物映身加工功能，實現無程序數控加工。

　　(5)功能先進。一方面采用新型現場總線聯網技術，增加網絡實時控制功能，使數控機床可以方便地組成生產線，由中央計算機進行統一管理和控制，提高機床的運行效益，在此基礎上，還可進一步構成FMS和CIMS；另一方面采用位姿自適應控制功能，使單件小批量工件加工時，無須采用精密夾具或進行人工找正，提高加工過程的敏捷性。

　　(6)模塊化開放式結構。系統軟件及硬件均采用模塊化開放式結構，不僅使系統配置靈活，可適用于車床、銑床、鉆床、磨床、加工中心及電加工機床等各類設備，而且還使系統易于擴充功能和升級。

　　2智能數控系統技術研究開發預測

　　(1)研究開發的增長率。通過“八五”攻關，我國數控技術，特別是其核心技術棗數控系統已進入新的發展階段，已經由引進、消化吸收進入了自主開發的新階段，為智能數控系統技術的研究打下了技術基礎。該技術的研發費用的年增長率在10以上。

　　(2)社會條件制約。由于存在條塊分割、行業隔閡等問題，使國家對智能數控系統研究、生產組織與協調能力受到削弱，致使國家宏觀調控效果不佳，由此造成智能數控系統在研究開發上，技術力量分散，進而在一定程序上妨礙了智能數控系統的健康發展。

　　(3)經濟條件制約。國家在智能數控方面的投入較少，缺乏相應的技術規范和發展目標，這對智能數控系統的發展產生了不利影響。

　　(4)實用化的時期預測。由于智能數控系統技術中的關鍵技術還需進一步研究和完善，因此智能數控系統技術實用化大約在2005年。

　　3智能數控系統技術發展的突破點

　　智能數控系統技術發展的突破點是高精度智能化交流伺服系統的研制，它的智能水平決定了數控系統的控制精度，是提高數控機床加工精度的關鍵技術。

　　4市場預測

　　智能數控系統技術是先進制造技術的核心，關系到國家戰略地位和綜合國力的水平，其市場前景廣闊。預計到2010年，國產數控機床在國內市場的占有率將達到50，其中智能數控機床占20。

　　四、規劃發展項目建議

　　1智能數控系統技術在國外的發展現狀及趨勢

　　(1)智能數控系統技術的關鍵技術棗高性能智能化交流伺服系統的研究和開發應用已引起國內外的高度重視。國外已經開發研制了通用的變頻器和高性能產品，許多類型的高精度交流伺服系統已成功運用到數控機床位置控制及電氣傳動執行機構中，國內在這方面的研究處于比較低的水平，實用化與國產化水平較低，沒有形成相應的產品系列，無法滿足工業的需要，仍有待進行深入的研究。其發展趨勢是研究高精度、高可靠性、快響應的智能化交流伺服系統的控制理論方法與檢測技術。

　　(2)智能數控系統技術發展的一個顯著特點是基于工業PC機的開放式數控系統的出現。工業PC機以高性能、低價格、高可靠性和開放的結構進入數控系統領域，使數控系統更具開發能力，更能實現高精度加工，提高分辨率，改善伺服跟蹤系統，控制功能更可靠，而價格則大幅度下降。因此，近年來基于工業PC機的數控系統成為熱點開發的課題。國內外各大數控公司都致力于開發新型開放式數控系統。

　　發展趨勢是進一步研究可靠性、實時性等一系列問題，為全開放式智能數控系統產品走向市場鋪平道路。

　　2規劃目標及重點

　　在以下領域有較大創新和發展，其中有的領域接近或達到國際先進水平。

　　(1)復雜交流伺服控制系統的傳感器信息融合處理技術，解決復雜的信息獲取，提高伺服系統的控制精度。

　　(2)高精度數字伺服系統的協調優化、自學習、自組織及自識別的控制方法。

　　(3)研制具有快響應、高精度、魯棒性、高可靠性及智能化性能的交流伺服驅動系統。

　　(4)實時性的保證問題的研究。實時性指系統的數據處理速度能滿足伺服驅動的要求，由于數控系統在位置控制時對控制時間滯后性相當敏感，所以對智能數控系統的實時性要求相當高。

　　(5)高速網絡技術研究。為實現智能數控系統各組成部件之間的開放化，必須實現各部件的接口標準化。伺服驅動的接口主要以網絡型接口形式為主。為保證數控設備的伺服控制性能，用于高速伺服的通信網絡及接口技術是智能數控系統的重要技術。

　　(6)軟件開發問題研究。長期以來，CNC積累了大量的實用軟件，將這些軟件在開放式的工業PC機環境下重構或移植是一個值得研究的問題。同時應充分利用現有PC機的軟、硬件資源進行智能數控系統的開發和應用。

　　3智能數控系統技術主要研究內容

　　(1)建立一種交流伺服系統的混合知識模型。

　　(2)研究新的快速辨識、優化和自學習控制算法。

　　(3)具有自適應、自學習功能的最優魯棒伺服控制。

　　(4)高精度數字伺服系統協調控制。

　　(5)多傳感器信息融合的自動檢測與自動識別。

　　(6)高精度與多軸以上聯動加工。

　　(7)開發基于CAN總線的新型網絡數控系統。

　　(8)實現CAD/CAM/CNC一體化，能對三維曲面進行現場造型、編程、修改和數控加工。

　　(9)實現多任務的并行處理。在數控機床加工的同時，用戶還可以在系統上進行幾何造型和數控編程。

　　(10)與可編程邏輯控制器配套，為系統完成刀庫管理、主軸管理等復雜的邏輯控制功能提供保證。

　　智能數控系統技術是先進制造技術中最重要的基礎技術，它具有高可靠性、高控制精度、使用方便、加工信息獲取自動化、功能先進以及模塊化開放式結構等特點。其關鍵技術是高性能智能化交流伺服系統的研究和開發。新一代智能數控系統的核心是采用與PC機體系結構兼容和多機系統互聯技術的設計而形成的開放式系統。