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替代进口前景广阔 国产数控系统实现工业批量应用

2013年05月18日 12:52中国机床商务网点击:6244

数控系统是数控机床的“大脑”,而CPU、基于CPU芯片的数控系统控制板卡、操作系统以及数控系统现场总线等软硬件平台则是数控系统的基础平台,是决定“大脑”性能的关键部件。目前,国产数控系统CPU被国外产品所垄断,因此在器件采购、应用软件的升级、数控成套装备的集成方面都受制于国外公司,严重制约了国产高档数控系统性能与可靠性的提高。

为了给数控机床安上纯正的“中国脑”,中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司(以下简称沈阳计算所)承担了高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项的基于国产龙芯CPU芯片的高档数控装置、开放式数控系统支撑技术创新平台建设等多项课题,成功解决了基于国产微处理芯片与现场总线的数控系统开放问题,使国产数控机床安装“中国脑”不再是梦想。

从牵着走到领着跑

数控系统长期受制于人是中国数控机床业的短板。通过攻关,沈阳计算所成功建立了统一硬件抽象层概念和跨平台统一通讯建模方法和通讯机制,开发了数控软件的龙芯平台跨平台编译运行技术以及基于自动配置的多平台编译技术。

为了使数控软件与系统硬件平台和软件平台解耦合,进一步跨平台,沈阳计算所提出了统一硬件抽象层的概念HAL(HardwareAbstractionLayer)。HAL硬件抽象层隐藏了不同数控硬件平台的硬件接口细节,为上层的系统提供标准的稳定的虚拟硬件平台,使数控系统软件具有与硬件无关的特性,从而达到可在多种平台上进行跨平台移植的目的,进一步保证系统的可伸缩性和可扩展性。同时,为了实现数控系统不同模块之间的跨平台通讯,沈阳计算所设计了龙芯高档数控硬件平台,通过增加系统中处理器/控制器的数量,大大提高了平台计算能力。

针对高、中档数控系统的用户需求不同,沈阳计算所采用平台抽象层屏蔽操作系统调用接口的差异;采用多平台的编译技术解决数控软件的跨硬件平台兼容性;采用统一通信库实现数控软件模块间的跨平台通信等关键技术,保证了数控软件一次设计,可以在x86、龙芯、ARM等不同硬件平台和不同操作系统上无缝编译运行。在数控系统软件设计过程中,沈阳计算所将与硬件相关的代码封装为硬件抽象层,实现硬件平台特性代码与软件功能代码分离。

从创新技术到批量应用

课题不仅解决了基于国产龙芯处理器的跨平台技术,还开发出多通道多轴联动及复合加工控制、高速程序预处理、智能故障诊断与远程监控、数控总线协议等关键技术,制定了国内首部具有自主知识产权数控总线技术国家标准。

基于国产龙芯处理器芯片的蓝天数控系统是课题繁衍出的重要产品。它的成功研制,显著提升了我国数控装置的自主化程度、产业化水平。

蓝天数控系统采用国产龙芯处理器芯片和自主产权的现场总线,可扩展多种总线和传感器接口,功能和性能达到了国际高档数控系统先进水平,但较国外同类产品用户使用成本大幅降低,可以广泛应用于机床、自动化生产线、柔性制造等领域,实现了自主可控的软硬件平台在工业控制领域的批量应用,进一步提高了国产装备制造业的竞争力和自主可控性。

专项素描

基于国产龙芯CPU芯片的高档数控装置、开放式数控系统支撑技术创新平台建设等课题是高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项的重点支持方向之一。本组课题开发了新一代基于国产龙芯处理器芯片的蓝天数控系统,并进行配套应用。

重大突破

课题成功解决了基于国产微处理芯片与现场总线的数控系统开放问题,开发了基于开放式与网络化结构的新一代总线式全数字高档数控产品,实现了与带AB轴的高速五轴联动加工中心等的配套应用,并针对航空航天、汽车制造等重点领域开展配套应用工作,满足了重点领域用户对国产高档数控系统的配套要求。

应用前景

配套国产CPU的蓝天数控系统,实现了与高档机床的配套应用,有利于保障我国数控机床行业,尤其是国防军工行业的技术安全。该系统在替代进口,实现航空航天等重点领域的配套应用方面前景广阔。

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