讨论：数字总线到底解决了运动控制级这一特定层面中的什么关键技术？ 点击：21854 | 回复：415
发表于：2010-02-07 10:11:00
楼主
最近看到一位“曾是数控领域中的老人（1968年从事数控，是“WEDM”的英文名之命名者；十年后离开数控，本世纪初又返回数控领域）”针对本人在论坛言论的回帖，一方面认同“数控重在体系”的提法，另一方面又有些质疑本人关于“后步进时代””需推崇运动控制级全数字总线的看法。
这位前辈的原帖关键内容如下：
“数控重在体系”，完全正确!
中科院计箅所李国杰院士说过，“计算机产品越搞越复杂。” “全世界好像只有计算机产业是把事情越做越复杂。”李先生又说“简单易用，千万不可越搞越复杂。产品太复杂，再好的技术也普及不了。”“计算机科学可能更需要建立‘简单性’理论，即如何发现最简单的方法去解决实际问题。” “尽可能用简单方法处理复杂问题是信息技术的生存之道。”
窃以为，李先生之所见切中计算机产品（包括数控系统）之要害。我返回数控之后，发现数控系统越搞越复杂，重蹈计算机的覆辙，这是与开放性背道而驰的。
先生提出“后步进时代”，推崇运动控制级的全数字总线，我想请教的是，从开放性与简单性来看，从数字控制的本质来看，对于运动控制级，全数字总线 的本质是什么？解决了传统运动控制中无法解决的什么技术关键（不是指现场总线的共有优点）？
请先生指教，谢谢。
个人谨将有关回帖整理张贴如下，欢迎业内朋友讨论。
作为“WEDM的英文名之命名者”前辈绝对是晚辈的崇拜对象！前辈开始从事数控的时候，晚辈尚未来到这个世界上。前辈重返数控的时候，晚辈才刚刚进入业内，虽然师从国内第一代数控专家已经将近十年。眼下晚辈无非是在数控的边缘混口饭吃，并非什么数控高手。
至于李院士的高论，晚辈不敢苟同，窃以为李院士混淆了两个概念，就是作为技术类产品的计算机中所必须包含的两个概念：一个是产品，一个是技术，产品自然要主张易用性，而技术则只能追求先进性。作为一名业内工程师，晚辈肯定没有学者的远见卓识。不过本人非常认同一位国外工程师的观点：所谓工程师就是以自己的复杂劳动为别人（主要指用户）提供便利的人群。工程师尚且需要如此，学者们难道就可以偷闲？作为国家最高学术机构的中科院不做越来越复杂的（先进）技术做什么？纳税人的钱不应该被用来养活饭桶。
再回到数控系统上来，从58年我导师那代人搞出国内第一台数控机床（包括系统），到前辈入行的68年，出行的78年，再到所谓改革开放十年后的88年，国内数控技术因为政策起伏已然经历了三起三落，每每不是一哄而上，继而一哄而散，计划经济导致的学院科研和吃饭技改未能造就民族数控产业，苟延残喘下来的机床所在合资后彻底沦为日本人的买办。无独有偶，从90年代初期，靠着吃政府市场饭的华中数控（背靠教育部），航天数控（背靠航空航天口军工企业），蓝天数控（背靠中科院）慢慢起来了，然而时至今日，除了能在政府市场混饭吃，对国内数控产业和市场又有什么实质贡献呢？！
就如PC绝不是计算机科学的代名词一样，数控的内涵也绝不是眼下遍地开花的经济型数控系统，就如计算机要分为大型机、小型机和服务器、PC一样，数控也要分为高端、中端和普及型、经济型，不同的分类，要害自然不同。经济型讲求低价格高可靠，因为经济型拼的就是价格，没有可靠性，根本应付不了高额售后支持和维护的成本消耗。中端和普及型的要害是性价比，在必须提供足够的功能和性能的同时，成本还必须降得下来，因为目前普及型的竞争对手主要是外国人，国产系统除了能为用户节省成本，还没有能力为用户创造价值。高端拼什么？看看“十一五”重大课题就不难发现，拼的是具备高性能的高端功能，目前国人还远不是外国人的竞争对手，高端数控对国人而言首先要解决的是（功能）有没有和（性能）好不好的产品问题，也就是先进技术的集成和产品化问题。
至此，就不难回答前辈的关于数字总线的质疑了，如果仅仅是面向经济型数控系统，后步进时代的脉冲串足以，又简单，又开放，又廉价。如果是面向中端和普及型数控，脉冲串和模拟接口会越来越显得捉衿见肘，毕竟今天的高端不久之后就会成为明后天的中端乃至普及型。面对高端应用，难道还有真的会有谁认为脉冲串足以？！模拟口虽然简单，而且开放，但国际数控业乃至运控业之所以弃之不用，而纷纷走向数字总线的理由早借模拟调节和数字控制之争就已然定论了，而且就每根轴的接入成本而言，抛开复杂线束及其布线成本不谈，高精度高分辨率的模拟接入成本也未必会低于数字总线的节点接入成本。
诚然，数字总线技术只是数控和运控系统中的数据传输载体，解决的关键问题在于高数据传输率、高数据刷新率和高指令同步性，数字总线本身并不直接解决数控和运控最本质的关键问题，但是这并不妨碍数字总线成为高端数控系统的关键特征（之一）。而且开放性也并非片面地意味着简单，没有经过良好封装的开放性，只能增加用户的使用难度和复杂性，使产品成为所谓的专家型系统（专家型用户才具备使用能力的系统），而封装的太好，开放可能也就无从谈起了。开放式系统是一个过于复杂的问题，晚辈无力揣度。关于数字总线的开放性，毋庸置疑的是，任何一种开放性数字总线的技术实现复杂度肯定都远高于脉冲串和模拟接口，而在这个问题上，恰恰是国人的软肋，不要说创立和起草全新的数字总线协议，就连拿现成的舶来品集成进自己的产品，国内数控和运控业内又有几家企业能够驾轻就熟，信手拈来呢？
以上就是晚辈对于国内数控技术发展和数字总线一点浅薄看法，恭请前辈不吝赐教。
这位前辈的原帖关键内容如下：
“数控重在体系”，完全正确!
中科院计箅所李国杰院士说过，“计算机产品越搞越复杂。” “全世界好像只有计算机产业是把事情越做越复杂。”李先生又说“简单易用，千万不可越搞越复杂。产品太复杂，再好的技术也普及不了。”“计算机科学可能更需要建立‘简单性’理论，即如何发现最简单的方法去解决实际问题。” “尽可能用简单方法处理复杂问题是信息技术的生存之道。”
窃以为，李先生之所见切中计算机产品（包括数控系统）之要害。我返回数控之后，发现数控系统越搞越复杂，重蹈计算机的覆辙，这是与开放性背道而驰的。
先生提出“后步进时代”，推崇运动控制级的全数字总线，我想请教的是，从开放性与简单性来看，从数字控制的本质来看，对于运动控制级，全数字总线 的本质是什么？解决了传统运动控制中无法解决的什么技术关键（不是指现场总线的共有优点）？
请先生指教，谢谢。
个人谨将有关回帖整理张贴如下，欢迎业内朋友讨论。
作为“WEDM的英文名之命名者”前辈绝对是晚辈的崇拜对象！前辈开始从事数控的时候，晚辈尚未来到这个世界上。前辈重返数控的时候，晚辈才刚刚进入业内，虽然师从国内第一代数控专家已经将近十年。眼下晚辈无非是在数控的边缘混口饭吃，并非什么数控高手。
至于李院士的高论，晚辈不敢苟同，窃以为李院士混淆了两个概念，就是作为技术类产品的计算机中所必须包含的两个概念：一个是产品，一个是技术，产品自然要主张易用性，而技术则只能追求先进性。作为一名业内工程师，晚辈肯定没有学者的远见卓识。不过本人非常认同一位国外工程师的观点：所谓工程师就是以自己的复杂劳动为别人（主要指用户）提供便利的人群。工程师尚且需要如此，学者们难道就可以偷闲？作为国家最高学术机构的中科院不做越来越复杂的（先进）技术做什么？纳税人的钱不应该被用来养活饭桶。
再回到数控系统上来，从58年我导师那代人搞出国内第一台数控机床（包括系统），到前辈入行的68年，出行的78年，再到所谓改革开放十年后的88年，国内数控技术因为政策起伏已然经历了三起三落，每每不是一哄而上，继而一哄而散，计划经济导致的学院科研和吃饭技改未能造就民族数控产业，苟延残喘下来的机床所在合资后彻底沦为日本人的买办。无独有偶，从90年代初期，靠着吃政府市场饭的华中数控（背靠教育部），航天数控（背靠航空航天口军工企业），蓝天数控（背靠中科院）慢慢起来了，然而时至今日，除了能在政府市场混饭吃，对国内数控产业和市场又有什么实质贡献呢？！
就如PC绝不是计算机科学的代名词一样，数控的内涵也绝不是眼下遍地开花的经济型数控系统，就如计算机要分为大型机、小型机和服务器、PC一样，数控也要分为高端、中端和普及型、经济型，不同的分类，要害自然不同。经济型讲求低价格高可靠，因为经济型拼的就是价格，没有可靠性，根本应付不了高额售后支持和维护的成本消耗。中端和普及型的要害是性价比，在必须提供足够的功能和性能的同时，成本还必须降得下来，因为目前普及型的竞争对手主要是外国人，国产系统除了能为用户节省成本，还没有能力为用户创造价值。高端拼什么？看看“十一五”重大课题就不难发现，拼的是具备高性能的高端功能，目前国人还远不是外国人的竞争对手，高端数控对国人而言首先要解决的是（功能）有没有和（性能）好不好的产品问题，也就是先进技术的集成和产品化问题。
至此，就不难回答前辈的关于数字总线的质疑了，如果仅仅是面向经济型数控系统，后步进时代的脉冲串足以，又简单，又开放，又廉价。如果是面向中端和普及型数控，脉冲串和模拟接口会越来越显得捉衿见肘，毕竟今天的高端不久之后就会成为明后天的中端乃至普及型。面对高端应用，难道还有真的会有谁认为脉冲串足以？！模拟口虽然简单，而且开放，但国际数控业乃至运控业之所以弃之不用，而纷纷走向数字总线的理由早借模拟调节和数字控制之争就已然定论了，而且就每根轴的接入成本而言，抛开复杂线束及其布线成本不谈，高精度高分辨率的模拟接入成本也未必会低于数字总线的节点接入成本。
诚然，数字总线技术只是数控和运控系统中的数据传输载体，解决的关键问题在于高数据传输率、高数据刷新率和高指令同步性，数字总线本身并不直接解决数控和运控最本质的关键问题，但是这并不妨碍数字总线成为高端数控系统的关键特征（之一）。而且开放性也并非片面地意味着简单，没有经过良好封装的开放性，只能增加用户的使用难度和复杂性，使产品成为所谓的专家型系统（专家型用户才具备使用能力的系统），而封装的太好，开放可能也就无从谈起了。开放式系统是一个过于复杂的问题，晚辈无力揣度。关于数字总线的开放性，毋庸置疑的是，任何一种开放性数字总线的技术实现复杂度肯定都远高于脉冲串和模拟接口，而在这个问题上，恰恰是国人的软肋，不要说创立和起草全新的数字总线协议，就连拿现成的舶来品集成进自己的产品，国内数控和运控业内又有几家企业能够驾轻就熟，信手拈来呢？
以上就是晚辈对于国内数控技术发展和数字总线一点浅薄看法，恭请前辈不吝赐教。
发表于：2010-02-26 14:03:05
181楼
TO 征、波恩
回复征：“采样频率和数控系统的带宽有什么关系？高速采样系统对操作系统有什么影响？在系统架构上，怎样避免高速采样系统对操作系统的影响？当前windows操作系统应用于数控系统有什缺点？”
1、数控系统离不开操作系统。然而，将插补迭代控制算法与实时操作系统结合在一起构成一种实时数字控制方法则有问题。
2、数字网络的带宽，指的是在1秒内从网络中的起点到终点所能通过的“最高脉冲数”。这属于数字通信的问题，而采样频率涉及Nyquist频率，在本质上与不确定性有关。至于二者之间的关系，本人还须求教于波恩、征等伺服高手：可不可以从何种意义上讲，将数字网络的带宽视为Shannon 采样定理中频宽的数字化？
3、“采样频率”和“高速采样系统”在数控系统中属于伺服级，应按照“各尽其能各尽其责”的原则，伺服系统宜自己搞掂自己的事，将矛盾上交直至操作系统级乃不智之举。
4、窃以为，在数控系统中，应着眼于控制信息的发送而不是通信，即从上至下看，是控制信息的发送问题；从下往上看，则是机械系统当前运动状态的反馈问题与某些下层参数向上层的传送问题。因而，“数控系统的带宽”似应首先予以界定。
5、至于“运动控制级的全数字总线”的问题，波恩不必性急，况且本人就“运动控制级的全数字总线”向你请教的问题，你并未全部回答。纳米插补的问题，一句“领教了”可不行，还请分析指点具体细节，看看本人的理解是否有点谱。
回复征：“采样频率和数控系统的带宽有什么关系？高速采样系统对操作系统有什么影响？在系统架构上，怎样避免高速采样系统对操作系统的影响？当前windows操作系统应用于数控系统有什缺点？”
1、数控系统离不开操作系统。然而，将插补迭代控制算法与实时操作系统结合在一起构成一种实时数字控制方法则有问题。
2、数字网络的带宽，指的是在1秒内从网络中的起点到终点所能通过的“最高脉冲数”。这属于数字通信的问题，而采样频率涉及Nyquist频率，在本质上与不确定性有关。至于二者之间的关系，本人还须求教于波恩、征等伺服高手：可不可以从何种意义上讲，将数字网络的带宽视为Shannon 采样定理中频宽的数字化？
3、“采样频率”和“高速采样系统”在数控系统中属于伺服级，应按照“各尽其能各尽其责”的原则，伺服系统宜自己搞掂自己的事，将矛盾上交直至操作系统级乃不智之举。
4、窃以为，在数控系统中，应着眼于控制信息的发送而不是通信，即从上至下看，是控制信息的发送问题；从下往上看，则是机械系统当前运动状态的反馈问题与某些下层参数向上层的传送问题。因而，“数控系统的带宽”似应首先予以界定。
5、至于“运动控制级的全数字总线”的问题，波恩不必性急，况且本人就“运动控制级的全数字总线”向你请教的问题，你并未全部回答。纳米插补的问题，一句“领教了”可不行，还请分析指点具体细节，看看本人的理解是否有点谱。
发表于：2010-02-26 15:20:15
182楼
针对“野夫”的上述观点谨表达个人看法如下：
1. 既然承认“数控系统离不开操作系统”，剩下的就是如何理解插补与实时控制之间的关系问题，这个问题搞清楚了，需不需要，何处需要实时操作系统自然就会明晰。
2. 网络带宽是数据传输率和数据刷新率的承载基础，数据刷新率或许与采样率有某种关系，网络带宽与采样率应该没有直接关系。
3. 如果数控系统采用上位闭环的控制模式，则“高速采样”就不仅仅是伺服一家的问题了，目前有的数控系统（PCB钻数控系统尤甚）已将速度闭环都统一由上位控制，而且刷新率高达100us量级，此时上位操作系统必须解决这样的实时运算和控制矛盾。
4. “控制信息”的向下“发送”和“运动状态的反馈问题与某些下层参数向上层的传送”是不是通讯问题？是通讯，就有媒介，是媒介就有带宽，用多大带宽，则取决于在必要时间内的信息交互量。
5. 本人主张串行实时总线，“野夫”对此持异议，本帖焦点在此，本人和多位网友早已表达了主张串行实时总线的理由，“野夫”不仅置若罔闻，而且至今也未曾表达反对的具体理由，却还要“请教”？！ 反对总该有个反对的理由，“野夫”能不能先把自己的观点亮亮？
最后，如果“野夫”真的想了解纳米插补的具体细节，以“野夫”在本帖展示过的引经据典功底来看，还是建议“野夫”亲自进行文献检索和综述更为妥当。
发表于：2010-02-27 11:43:13
192楼
对于征先生所再三提出的四个问题，本人已拟好回复，看来也只好免谈为妙。
关于纳米插补，波恩先生对于已经深入了解的“技术内涵和工程意义”，真正是“过于惜言”了，本人也无能力再与之切磋。
本人之意，正如“想起时正是忘记”所言，“希望用一种求教的方式，给如日中升的数控中坚如波恩、刘岩利、征、firstrazor firstrazor、@Q等等高人，提一种思路——哪怕这思路、思想不被接受、不被认知，他也在为中华之数控添一把火、尽一己之力。”
或许，正如通讯网先生所言，本人其实是一个“连一个字节的通讯也没有做过”的“农民企业家”。本人坦承，本人出生在农村并在农村渡过童年，又在市场上混过一阵，故与农民企业家也沾了点边，还到国外去过，更是连一个字节的通讯也没有做过，确实如通讯网先生所言，也算得上是一个货真价实的“连一个字节的通讯也没有做过”的农民企业家。
通讯网先生的“农民企业家”也好，波恩先生鄙视为“高见”也好，征先生告诫以“杞人忧天”也好，本人全都心领了。
因即将出差10余天，本人只会手写笔，在此期间，只好只看不答了。
顺便更正一点笔误与漏发之处。
关于纳米插补，波恩先生对于已经深入了解的“技术内涵和工程意义”，真正是“过于惜言”了，本人也无能力再与之切磋。
本人之意，正如“想起时正是忘记”所言，“希望用一种求教的方式，给如日中升的数控中坚如波恩、刘岩利、征、firstrazor firstrazor、@Q等等高人，提一种思路——哪怕这思路、思想不被接受、不被认知，他也在为中华之数控添一把火、尽一己之力。”
或许，正如通讯网先生所言，本人其实是一个“连一个字节的通讯也没有做过”的“农民企业家”。本人坦承，本人出生在农村并在农村渡过童年，又在市场上混过一阵，故与农民企业家也沾了点边，还到国外去过，更是连一个字节的通讯也没有做过，确实如通讯网先生所言，也算得上是一个货真价实的“连一个字节的通讯也没有做过”的农民企业家。
通讯网先生的“农民企业家”也好，波恩先生鄙视为“高见”也好，征先生告诫以“杞人忧天”也好，本人全都心领了。
因即将出差10余天，本人只会手写笔，在此期间，只好只看不答了。
顺便更正一点笔误与漏发之处。
发表于：2010-02-27 14:36:32
195楼
谢谢“征”！ SIMOTION有些许了解，但是没看明白的是，西门子的SIMOTION和SINAMICS在将来与目前的SINUMERIK系列数控系统（主要指840D等）和SIMODRIVE驱动体系（主要指611D）的关系，是替代还是并存？
感觉SINAMICS S120完全取代SIMODRIVE 611D应该没有问题，虽然SINUMERIK 840系列已经存在并发展了十几年，可是SIMOTION有可能在数控应用领域完全或部分取代SINUMERIK吗？ 还是各行其事，SINUMERIK继续在数控领域，而SIMOTION更多地用于广义运动控制呢？
发表于：2010-02-27 19:21:14
199楼
波恩认为，本人的一些看法，不仅是对于纳米插补，而且对数控的一些方面的理解和看法，“是认识论使然”，并斥为“玩白马非马”。有同感者众。
“认识论使然”，在一定程度上，为是，“玩白马非马”则非。提及“认识论”，就必然涉及数字控制技术与现有数控系统产生与发展的历史，又必然牵涉计算机系统产生与发展的历史。从90年代中期始，鉴于在市场上遭遇的种种困惑，本人一头扎进人文领域十余年，涉及哲学、中国历史、经济学、法学与宪政、社会学以及哲学史、自然科学史、经济学史等方面，其心得之一是，事物产生、发展与消亡的历史，以及产生其历史的环境与该环境的演变历史，对于理解认识该事物具有极其重要的意义，也是寻求原始创新之所然。故而重引经据典，必追根溯源，并有意沿此方向展开讨论，并非喜于卖弄，游戏人生。
对于数控，包括数控技术与数控系统，本人在80年代初对单片机数控系统持不足为道的态度；进入21世纪后，对插补迭代控制算法与实时操作系统结合在一起构成的实时数字控制方法与体系结构，本人则百思不得其解，虽然看了几本2000年以后出版的书以及大约500篇以上的论文，也求教于业界的一些朋友，仍然未得其解。故而有志于探索“告别插补时代”之路。本人毕竟在数控系统发展史上最重要的历史阶段离开了数控领域，也未开发与实际使用过基于PC的数控系统，对此本人有自知之明。诚望诸位高手予以指点。
临出发之前，以此贴留言。多谢征先生！
“认识论使然”，在一定程度上，为是，“玩白马非马”则非。提及“认识论”，就必然涉及数字控制技术与现有数控系统产生与发展的历史，又必然牵涉计算机系统产生与发展的历史。从90年代中期始，鉴于在市场上遭遇的种种困惑，本人一头扎进人文领域十余年，涉及哲学、中国历史、经济学、法学与宪政、社会学以及哲学史、自然科学史、经济学史等方面，其心得之一是，事物产生、发展与消亡的历史，以及产生其历史的环境与该环境的演变历史，对于理解认识该事物具有极其重要的意义，也是寻求原始创新之所然。故而重引经据典，必追根溯源，并有意沿此方向展开讨论，并非喜于卖弄，游戏人生。
对于数控，包括数控技术与数控系统，本人在80年代初对单片机数控系统持不足为道的态度；进入21世纪后，对插补迭代控制算法与实时操作系统结合在一起构成的实时数字控制方法与体系结构，本人则百思不得其解，虽然看了几本2000年以后出版的书以及大约500篇以上的论文，也求教于业界的一些朋友，仍然未得其解。故而有志于探索“告别插补时代”之路。本人毕竟在数控系统发展史上最重要的历史阶段离开了数控领域，也未开发与实际使用过基于PC的数控系统，对此本人有自知之明。诚望诸位高手予以指点。
临出发之前，以此贴留言。多谢征先生！
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