1引言

    機(jī)械工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，必須改變早期生產(chǎn)過程操作與控制實(shí)施主要由人來完成造成的金字塔式管理結(jié)構(gòu)，其中關(guān)鍵問題是如何構(gòu)建綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)扁平化管理和綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化。回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，它是以數(shù)控機(jī)床的發(fā)展揭開序幕的，二次大戰(zhàn)后，美國空軍為了軍備需要，首先進(jìn)行數(shù)控技術(shù)的研發(fā)工作。隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展異常迅猛.從發(fā)展的角度看，數(shù)控技術(shù)大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國誕生，是由美國帕森斯公司(ParsonsCo.)和麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究所(ServoMechanismusLaboratoryoftheMassachu-SettsInstituteofTechnology)為推進(jìn)導(dǎo)彈和飛機(jī)的研制聯(lián)合開發(fā)的，1955年進(jìn)入實(shí)用階段，稱之為第一代數(shù)控系統(tǒng)。由于晶體管的發(fā)明，1959年，數(shù)控系統(tǒng)采用了晶體管元件和印刷電路板技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性提高、成本下降，數(shù)控技術(shù)跨入了第二階段。20世紀(jì)60年代以后，隨著體積小、功耗底的小規(guī)模集成電路在數(shù)控系統(tǒng)中的使用和專用功能器件的出現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)以其更可靠的性能進(jìn)入了第三代。這三代數(shù)控系統(tǒng)均為硬件式數(shù)控，零件程序的輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)及控制功能均由專用硬件來完成,其功能簡單、柔性通用性差、設(shè)計(jì)研發(fā)周期較長。20世紀(jì)70年代初，小型計(jì)算機(jī)的普及并逐漸在數(shù)控系統(tǒng)中得以應(yīng)用，系統(tǒng)中的許多功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)技術(shù)從此問世，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了第四代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，1974年，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了其發(fā)展史上的第五個(gè)階段，也就是微處理器的投入使用。20世紀(jì)80年代以后，隨著數(shù)控系統(tǒng)和其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品逐漸規(guī)格化系列化，數(shù)控系統(tǒng)的效率、精度、可靠性進(jìn)一步提高，投資少見效快的柔性加工系統(tǒng)FMS(FlexibleManufactureSystem)進(jìn)入實(shí)用化階段。現(xiàn)在數(shù)控系統(tǒng)使用的微處理器(CPU)，己普遍采用32位或64位字長，時(shí)鐘頻率高于16MHz。大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路、精簡指令集計(jì)算機(jī)和多CPU的使用，使得數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算速度和處理能力進(jìn)一步提高。在這種背景下，人們從系統(tǒng)角度出發(fā)，重點(diǎn)思考更多的是整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化問題，當(dāng)然這并不意味著人們對(duì)眾多單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究興趣減少。

    2數(shù)控技術(shù)的快速演進(jìn)

    數(shù)控技術(shù)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)。它是為適應(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機(jī)床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。一般數(shù)控系統(tǒng)由輸入/輸出(I/O)裝置、數(shù)字控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)控制裝置、電器邏輯控制執(zhí)行裝置等4個(gè)部分組成。數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，是高效率、高精度、高柔性和高度自動(dòng)化的現(xiàn)代機(jī)械加工設(shè)備，是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品.但是隨著信息化程度的逐步提高，對(duì)實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的需求不斷增長及通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合發(fā)展，為了產(chǎn)品在市場上增強(qiáng)競爭力，提高綜合效益，現(xiàn)在人們考慮更多的是把傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)放在企業(yè)信息化大背景下，思考如何用信息化技術(shù)去促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化快速向高端發(fā)展。在全球市場環(huán)境影響和推動(dòng)下，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品成本的需求不斷增長，生產(chǎn)的實(shí)時(shí)優(yōu)化受到過程工業(yè)的普遍重視并廣泛加以采用。為了適應(yīng)變化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，減少消耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率，提高運(yùn)行安全性，必須對(duì)控制、優(yōu)化、計(jì)劃與調(diào)度以及生產(chǎn)過程管理實(shí)現(xiàn)無縫集成。要降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗，產(chǎn)品只能通過全流程自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

    制造工業(yè)發(fā)展面臨眾多挑戰(zhàn)，關(guān)鍵問題是如何構(gòu)建綜合自動(dòng)化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)扁平化管理和綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化。生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)和集成支撐系統(tǒng)由ERP、MES和PCS組成，其主要功能是將綜合生產(chǎn)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)計(jì)劃，作業(yè)計(jì)劃轉(zhuǎn)化為作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)指令，由操作者去操作和控制生產(chǎn)過程。綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)由綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化子系統(tǒng)、工藝指標(biāo)優(yōu)化子系統(tǒng)和過程控制子系統(tǒng)等三層結(jié)構(gòu)組成。綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的功能將綜合生產(chǎn)指標(biāo)分解為生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)計(jì)劃、工藝指標(biāo)<