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：21983 | 回复：415
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。
借用刘岩利先生之言“技术进步带来的全新的手段与思路”，我意乃是希望能否换一种思考方式，即进行坐标变换。改变坐标系，或许柳暗花明。正因为期望寻求技术进步带来的全新思路，故有对现有技术手段之质疑。
全新的思路与手段，意味着原始创新。网上的朋友均系有志于“为国家数控事业呕心沥血”之青年俊杰，要为民族争光，则必走原始创新之路，舍此无他。
要走原始创新之路，追根溯源是必须的基本功。在80年代初，本人曾收到一次国际会议匿名审稿人对拙作的评审意见，除了创造性、新颖性等项目之外，表达能力与参考文献均系评审项目，这使本人沉思良久。于细微处见精神，不禁令人肃然起敬。表达能力涉及形式逻辑，参考文献涉及追根溯源，都是基本的素质。近代以来，国人多以急功近利、好大喜功著称，欲速则不达。有志于发明创造新技术者须耐得十年寒窗之寂寞，浮躁不得。
国人对国产数控系统的可靠性抱怨甚多。以本人的经验，窃以为，可靠性不高，主要因素并不在于技术的先进性，而是缺乏在细微处下功夫。就硬件而言，导致国产数控系统的可靠性差的主要因素在于覆铜板和器件表层材料与焊剂之间的可焊性，接插件的弹性与抗疲劳性等细微之处，至于冒险竞争以及种种抗干扰的先进技术是可以找到或拿来的。人的智商大体相当，不先进，可以学习。在细微处下功夫，则一言难尽。本人曾有幸听到慈云桂、张效祥、康鹏等计算机真正前辈的感叹，设计时绝对是国际先进水平，图纸还未画出来就落后了。何故？并非纳税人的钱养活饭桶，而是许许多多细微处不行，只能以“出师未捷身先死，长使英雄泪满襟”的悲剧谢幕。
罗嗦这些，诸位如果心烦，本人只有闭嘴。
“波恩”无意摆擂，面对国内数控产业的惨淡现实，“急于手上见高低”，图个口头之快又有什么意义呢？！“波恩”只是希望像“野夫”这样的前辈能够把自己多年来在这方面的体会和教训多向年轻人总结传播，就如“野夫”在“21楼”回贴的倒数第2，3两段阐述的那些有深度有见地的观点。
既然是谈数控，谈总线，那就各自表达各自的看法，看法存在分歧并不奇怪，“波恩”主张数控接口总线化，而且已表达了之所以主张这些的理由，其实不仅仅是驱动接口，包括数字和模拟I/O接口，传感器和量仪接口等等，数控机床的典型应用接口都可以纳入统一的总线体系，关于这些，以后可以逐渐展开讨论。也希望“野夫”能够不吝阐述自己对于数控和总线的思考和认识。有讨论才有交锋，有碰撞才有火花。
“波恩”完全认同“野夫”“要为民族争光，则必走原始创新之路，舍此无他。”的看法。执政党中央在其xx届x中全会中郑重其事地提出了国家创新战略中自主创新的三种形式，个人以为除了“原始创新”，拿其它的2个“集成创新”和“引进消化吸再创新”当作自主创新根本就是无稽之谈！和专利政策中延用至今的“实用新型”是一丘之貉。当然了，必须承认技术集成能力和引进消化吸收对于国民经济的贡献，只是这和早些年各地政府和企业热衷于引进整条的日本家电生产线，引进整条的欧美汽车生产线使自己具备家电和汽车产品的生产能力又有多大区别，到头来生产线老化了，产品过时了，国人照样不具备设计和制造能力。如果真能从技术集成和引进消化吸收中找到突破点实现创新，那就是新的原始创新。“集成创新”和“引进消化吸再创新”无非是各级政府和各色企业人等堂而皇之地浪费纳税人钱财的政策缺口罢了！
最根本的还是要具备自主的设计能力，无论其中有没有原始创新成分，只要不侵权，只要所有关键环节都是完全依靠自己的设计能力正向设计出来的就行，再加上打造自己可控制的制造和工艺能力，掌握品牌和营销渠道，让产业真正具备微笑曲线。
另，“波恩”已非青年，早已无锐气可言，今日或许尚可自诩“笑看蹉跎早，犹逞少年狂”，用不了多久也就只能“犹记少年狂”了。
在计算机的起步阶段，前苏联与美国并无太大差距。然而前苏联追求技术的复杂性，搞程序自动化，也就是企图使“0”“1”天书中的信息流直接自动流起来。国人以俄为师，将软件专业称为程序自动化，且视为绝密专业，欲窃程序自动化之义，成特权中之特权。而美国人想的是如何让更多的普通人既方便又简单地用起来，于是有助记符、汇编，然后是高级语言。因之，窃以为，李国杰先生所说的“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。” 等等，言之有理，切中要害。李先生还主张以“够用就行”为原则。
扯上计算机，是否又在摆谱卖老？其实不然。追根溯源，查查当今数控系统（非早期的数控装置，而是计算机数字控制系统）的历史，无不来自IEEE。IEEE将数控系统定义为专用计算机系统，所以，李先生之所言完全适合数控系统。
NC的CNC化是微计算机发展的必然结果，如今的NC大概已经全都是CNC了，有直接借助通用工业PC的技术和产业平台的，也用自行开发专用微机系统的，其中x86和ARM是目前最主流的硬件平台，x86平台更趋于通用工业PC平台，ARM平台则多采用成本更低的嵌入式专用系统，操作系统平台也从早期的DOS，到目前的Windows/Embeded＋RTX/InTime等实时内核，RT Linux＋GUI，甚至uCOS-II，QNX，WinCE，VxWork等等，就高端系统而言，还是x86+Windows Embeded+实时内核的软硬件平台居多。
以上还只是数控的支撑平台，本身并不能解决数控最本质的关键技术，这一点和本人推崇的串行实时总线有类似之处，一个特性有限或不足的支撑平台足以制约数控系统的能力，但一个特性超强的支撑平台则未必会对数控系统的性能起到直接贡献，毕竟数控最本质东西还是插补和轨迹规划等数控功能软件，也就是支撑平台上运行的应用软件。数控本人并不在行，无法深入分析了。
“野夫”从数控入计算机，再重返数控，必然对CNC的软硬件体系会有更为深刻的认识。
“然而前苏联追求技术的复杂性，搞程序自动化，也就是企图使“0”“1”天书中的信息流直接自动流起来。国人以俄为师，将软件专业称为程序自动化，且视为绝密专业，欲窃程序自动化之义，成特权中之特权。而美国人想的是如何让更多的普通人既方便又简单地用起来，于是有助记符、汇编，然后是高级语言。”
您以为助记符、汇编、高级语言这些东西比 0、1 简单么？他们的实现并不简单，而且是非常复杂的。只是在有人做了这个复杂的工作之后，对编程人员简单了。回到通讯的问题上，如果按照您的思路，是需要考虑如何将总线封装一下上而已，使其对用户简单一点。例如，大家都在上网，其实机没没有几个人真的了解以太网的多层协议的具体内容。
至于说总线通讯华而不实，个人以为，一个只知道切青菜的厨师，一定认为高硬度的合金是华而不实的东西，不锈钢已经是足够好的刀具材料了。在要求高精度、高速度、高加速度的应用中（CNC是其中最典型的），总线通讯的价值是可以明显体现出来的。比如说，用位置脉冲列的方式传输运动控制信号控制伺服，您高速做个圆弧看看效果。如果将伺服的应用局限在匀速运动的领域，或者定位控制方面，确实总线通讯是华而不实了。毕竟切白菜的时候，不锈钢菜刀已经足够好了。
技术实现手段的复杂性与用户接口或界面的复杂性完全是两回事，为了保证后者才需要学界、技术界、工程界去辛苦的工作，把复杂的类似于“0”和“1”这样的天书，转义为“汇编助记符”和“高级语言”这类的易于“CPU”用户理解的更表意的，容易理解，编写简单的东西，殊不知这个转义过程中所包含的汇编、编译、优化、连接过程有多复杂，但是像本人这样的工程师完全可以在不懂编译原理，甚至不读汇编指令的情况下完成设计，这就是开发者的复杂劳动为用户带来的便利。
因此对于计算机科学工作者而言，他们的复杂劳动就是为计算机用户寻求形式上更为简洁有效的计算机使用方法，而所有的复杂劳动和过程，都被良好地封包在开发工具中了，用户无需触及，也无法触及，这大概也是李院士那番言论的初衷所包含深意之一吧。
转到数控上来，数控功能实现的复杂性是数控系统开发者必须做的事情，其封装结果表现为数控用户可用的一个个功能，功能的简洁与否既取决于功能本身的复杂程度，也取决于开发者的理解和封装能力。
数控到驱动的接口是谁都逃不掉的环节，无论是采用什么，脉冲，模拟的弊端本人无需在此赘述，接口的串行化、总线化、高速化、实时化（等时同步化）是当今数控技术体系发展的实践需求，这一点刘版主和其他热心网友以及本人都在前面陈述过理由。“野夫”担心的复杂化更多的将体现在数控体系的构建过程中，也就是开发过程的复杂化，当前任何一种总线技术在经过开发者的封装融入产品之后，在最终用户面前都不会表现出丝毫的复杂性，除非用户打算亲自了解有关技术细节。就如刘版主提及的以太网，中国几亿网民中有几个懂IEEE802.3等相关协议的，甚至又有多少会去关心上网用什么协议；还有傻瓜相机，用户真的需要关心自动对焦和光圈如何实现吗？
数控产品提供给用户的关键价值在于功能和性能，就算是经济型数控系统也有其赋予用户的必然价值。而实现相关功能和性能的技术手段复杂与否，实现成本低廉与否，则与企业的产品定位和产品能力有关，定位不准，能力不足，企业迟早要完蛋。
数控是产品，而不仅仅是技术，是产品就需要策划产品定位，根据定位确定需求，跟据需求规划功能，根据功能明确技术方案，然后才是技术实施和实现。如果在相应的策划中确需或无需数字总线，剩下的该怎么办，就怎么办好了。一概而论地说数字总线华而不实，或者数字总线非“你”不可，都未免偏激了！
那未，计算机的本质又是什么？是冯. 诺伊曼的存储控制原理吗? 在此，又要扯上哲学。不是喜欢卖弄，而是多年来的惨痛教训告诉我，离开哲学是万万不行的。哲学如同身影，生死相依。
窃以为，从哲学上讲，所谓计算机的本质就是按照预先给定的尽可能最简单的规则以尽可能最快的速度做最简单的事。
二进制算术运算与二进制逻辑运算无疑是最简单的运算。二进制算术运算比孩提时代必背的1+1、2+3之类不知简单多少倍，特别是乘除居然简化成移位，对于生活在十进制坐标系中只知九九表的人来说简直成神话了。二进制逻辑运算，又称布尔代数。或许可以不太严格地讲，布尔代数就是形式逻辑的代数化。在哲学史上，布尔代数的创立即形式逻辑的代数化可与“纸”的发明相比美（学生时代自学布尔代数时产生的震撼至今记忆犹新）。形式逻辑的代数化导致形式逻辑的机械化，可以让机器来演算形式逻辑，多美妙的事！
预先给定的规则是什么？最底层是微指令，往上是机器指令，再往上，用户程序？错！前苏联及国人的程序自动化就错在这里。学会一、二、三便写汉字，本人也不知做过多少次这等事，只因轻视了哲学，哲学未及格。汇编程序只涉及机器指令，与用户程序无关，因而可以交给机器来做。高级语言程序又建立在汇编程序的基础上，也与用户程序无关，也可以交给机器来做。美国人的思路对了，遂引时代之潮流。70年代初，本人啃过 “0”“1”天书（尚无反汇编，故无助记符，只有“0”“1”，当时业界故有此戏语）上的BASIC解释程序的源程序，80年代初，又啃过UNIX操作系统的源程序。后来又啃PASCAL编译程序的源程序，刚开始不久，看到一种说法，认为程序只是一种技巧。不管此说如何，反正只是略为思考，认为有一定道理，就此打住，不啃了，或许“上当受骗”也未可知。就本人啃过的感受来说，机械式展开，谈不上复杂，更与复杂性无关，只须机器般的耐心与高可靠性而已，一心以为有鸿鹄将至者，猴子屁股，中断太多则一事无成，怨不得太复杂。
进入用户程序级，形势大变，发生了质变。什么新东西产生了？这就涉及系统的概念。此一时彼一时，此计算机已非彼计算机。或者说，此时必须将计算机视为计算机系统。
什么是系统？系统的本质是什么？理想气体是不是系统？“桃花源”之类的社会系统，不知有汉，无论魏、晋；鸡犬之声相闻，老死不相往来；这是不是系统？
从系统学的观念来看，某种意义上来说，也就从哲学上讲，计算机系统的本质又是什么？
引用－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-
他们惯于扯淡，呵呵呵
波恩太谦虚了。“数控重在体系”，“CNC化是NC的微计算机发展的必然结果”，“现有数控最本质东西还是插补和轨迹规划等数控功能软件”等见解，亦很深刻，足见先生之锐气。本人引用时对后两点于细微处作了点小小的修改。暂时留下，作为以后切磋之话题。
回到正题。进入用户程序级，产生了一个什么新东西？
贯穿于机器语言级与高级语言级的东西都是确定性的，包括规则的确定性、执行规则之规则的确定性。进入用户程序级后，则必须面对执行规则的过程中内生的并不完全可控的确定性，以及不确定性的外部用户环境。这就是说，一个新东西即不确定性产生了。在内部，不确定性虽然是“犹抱琵琶半遮面”；在外部，不确定性则是严峻的现实。在这种情况下，程序自动化企图在机器语言级直接实现用户程序自动化，其技术思路与方法的可行性如何就可想而知了。特别是，不确定性涉及信息的本质，信息是存在性的还是产生出来的，智能是怎样产生出来的等这些至今未解之谜。
再则，什么是系统？系统的本质是什么？
首先，系统必须是活的！动态平衡是死的，物理学中的静止其实都是动态平衡。打破平衡，系统就活了。打破平衡不能靠内因，只能靠外因，即：与外部环境交换物质、能量与信息。通过用户程序级，计算机不断与外部环境交换信息，因而可以演化为一个系统。
其次，系统必须具有一种层次结构，才能真正有“生命力”，即应对内部生生不息的不确定性与外部环境中极为复杂的不确定性的能力。
系统的层次结构？谈及此话题必将越扯越多，而且还必须涉及社会系统才便于条分缕析，因为真正有生命力的系统之最高级就是人类社会系统。只好就此打住了。
计算机系统的本质是什么？
首先，信息动起来了，信息成为信息流。信息流的处理成为一个过程，并且是在各个层次中穿插进行处理与交换的过程。
其次，存在某种复杂的层次结构。
再次，在任何过程中必然存在耗散。在信息的处理与交换的过程中，时滞（delay）乃耗散之源。在任何系统的任何过程中，delay都是永恒的，是不能消除的，可以分化但不能瓦解。这就必然源源不断地在不同层次中内生出不确定性。何况还有在各个层次中外部不确定性如潮水般地涌入。
我所感兴趣的是，在这种极为复杂的表象下，还有没有更简单的东西？
先回顾一下计算机的本质。从哲学上讲，所谓计算机的本质就是按照预先给定的尽可能最简单的规则以尽可能最快的速度做最简单的事。那未，在计算机系统中，这一本质发生了什么变化？
- 伺服电机定位精度、指令脉冲当...
[6706] - Windows系统下的实时性问题[8045]
- 伺服电机的几种制动方式分析[10847]
- 如何实现精确定位[5899]
- 请教:伺服电机在速度控制模式...[10510]
- 步进电机驱动器电源指示灯亮...[15632]
- 请教;步进电机驱动器的作用[6746]
- 关于伺服电机和步进电机的28...[10916]
- 请教高手，伺服参数自整定？[9448]
- 如何判断步进电机的好坏？[6001]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
