時間：2022-04-06 23:22:19
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關鍵字處理器；動態功耗；溫度監控
1引言
隨著CPU集成度和運行速度的不斷提高，其功耗也越來越大，導致CPU的運行溫度越來越高，并成為CPU技術發展的瓶頸。CPU的溫升不僅影響CPU技術的進一步快速發展，而且直接影響CPU的穩定性和使用壽命。如何抑制CPU的溫升和迅速降低CPU的溫度成為CPU設計和使用的一個重點。
CPU設計者主要從體系結構設計、集成電路半導體材料選擇、CPU內功能電路布局、CPU幾何尺寸等方面把握CPU的理論功耗和表面散熱途徑。CPU在完成設計并成為產品以后，在使用的過程中，它的實際功耗和散熱效率會因不同的使用環境而有所不同。CPU的使用環境包括周圍溫度、氣壓、通風、供電電壓、時鐘頻率、散熱措施、負荷特點等。本文重點討論各種溫控技術，并且給出解決降溫的各種措施。
2影響CPU溫升的因素
CPU的溫升取決于兩大方面，一個方面是CPU工作不斷產生的熱量累積；另一個方面是對CPU產生的熱量的導散。熱量增加和散熱不暢都會導致CPU的溫度上升，并造成對CPU的損傷。
CPU的熱量來源于它的功耗，根據CPU功耗與供電電壓和工作頻率的關系可以看到供電電壓和工作頻率是影響CPU溫升的兩個重要因素。
CMOS電路CPU的動態功耗為P=CV2f，其中C表示電路負載大小，V表示供電電壓，f為工作頻率?？梢姽ぷ黝l率f與芯片的動態功耗成線性正比例關系，供電電壓V的平方與芯片的動態功耗成線性正比例關系，對于一顆CPU來說，電壓越高，時鐘頻率越快，則功率消耗越大。因此，在能夠滿足功能正常的前提下，盡可能選擇低電壓工作的CPU能夠在總體功耗方面得到較好的效果。對于已經選定的CPU來講，降低供電電壓和工作頻率，也是一條節省功率的可行之路。
3CPU的溫控技術[1][4][5]
3.1外部溫度監控技術
對CPU溫度監控通過“外部監測”措施—即通過主板CPU插座下面的熱敏電阻來監測CPU工作時的溫度。CPU插座內采用立式或貼片式的熱敏電阻。整個監測過程全部是由主板來負責，熱敏電阻直接將所監測到的數據傳給主板上的溫控電路，如果監測到CPU的工作溫度超過在BIOS中的預設值時就會自動斷電關機或報警。采用此種方式的優點是體積小、價格低，使用方便，不過在監控處理器溫度時明顯存在缺陷，比如用此類監測方式得到的溫度往往是CPU底面的溫度，而不是內核溫度，溫度讀數是由監控芯片根據溫敏電阻的阻值變化計算得出，而且此類接觸式測試受外部環境影響較大。如果熱敏電阻與微處理器接觸不夠緊密，微處理器的熱量不能有效地傳送到，所測量溫度會有很大誤差。有些主板上采用SMD貼片熱敏電阻去測量微處理器溫度，其測量誤差比直立式熱敏電阻誤差更大，因為這種貼片元件很難緊密接觸到微處理器。故此類CPU溫控結果誤差性極大、反應不靈敏，所得結果僅僅只供參考。這就帶來了一個十分嚴重的問題∶表面溫度不能及時反映微處理器核心溫度變化，從而形成一個時間滯后的問題。因為核心溫度變化之后要經過一段時間才能傳送到微處理器表面。相比之下，表面溫度反應十分遲鈍，其升溫速度遠不及核心溫度，當核心溫度發生急劇變化時，表面溫度只有“小幅上揚”。Pentium4和AthlonXP等最新的微處理器，其核心溫度變化速度達30～50℃/s，核心溫度的變化速度越快，測量溫度的延遲誤差也越大。在這種背景之下，如果再以表面溫度作為控制目標，保護電路尚未做出反應，微處理器可能早已燒壞。因此曾提出“TemperatureOffsetCorrection”(溫度偏差修正)的CPU內核心溫度監測溫度修正方案來糾正此種CPU溫控所帶來的偏差。所謂“溫度偏差修正”就是指當系統采用外部測量法時，必須在測量結果的基礎上增加一個溫度偏差值：即BIOS中顯示的溫度值=實際測試值+溫度偏差值。這個偏差值由主板熱敏電阻、臨界溫度等因素來決定，當系統設定以后它就是一個常量(通過刷新BIOS可以改變這個值)。這些措施在一定程度上可以減小誤差值。但是，問題仍不能得到根本性解決，比如對于突發事件(如風扇脫落)所帶來的溫度急劇提升完全不能及時做出反應。為此我們考慮采用內部溫控技術。
3.2內部溫控技術
針對外部溫度監控技術的不足，CPU廠商在CPU內核里面加入了一個專門用于監測CPU溫度的熱敏二極管，將CPU溫度來引了“內部溫控”時代。在這里整個處理器溫度監控系統可分為外部控制型和內部控制型兩種基本結構。外部控制型監控系統，其實就是主板的溫度監控電路，它有三種基本存在形式∶一種是采用獨立的控制芯片，，這些芯片除了處理溫度信號，同時還能處理電壓和轉速信號；第二種形式是在BIOS芯片中集成了溫度控制功能；第三種形式是南橋芯片中集成溫度控制功能，目前新一代南橋芯片都有溫度監控功能。而內部控制型監控系統則是指CPU內核心中整合的熱敏二極管，這個熱敏二極管的正負兩極作為CPU兩個針腳直接來通過主板CPU插座和主板的溫度監控電路相連。在整個監控過程中，當CPU工作時，熱敏二極管就將感應到的數據變化傳輸給主板的溫控電路，由主板的一個特定邏輯運算電路通過所接收到的數據計算出CPU的內核溫度，如果計算出來的溫度高于預設溫度警戒線時，系統就會自動在瞬間切斷CPU核心電壓，使CPU停止工作并讓系統掛起來，從而可以很好地保護CPU不被燒毀。P2、P3及AthlonXP處理器都是采用了此種技術。這種方法反饋回來的溫度并不是很準確，往往要比CPU核心溫度低5度左右。為防止它的處理器過熱燒毀推出了S2K總線斷開技術：即當處理器內核溫度過高時，系統會發出一個HALT指令(HALT改指令的意思是在沒有要處理的指令和數據時將處理器掛起)，當CPU接收到HALT指令時，處理器會轉到相應的等待模式，這種模式只需要消耗較小的功率。
通過在CPU內核整合熱敏二極管來控溫已經是一種能很準確監控CPU核心溫度的方法了，而且配合主板的溫控電路就能即時保護過熱的CPU，使其不至于在風扇突然停轉或意外脫落時CPU被燒掉。但此類內部溫控技術存在一個弊端，那就是在CPU溫度過高時通過直接關閉電腦來達到保護的目的，這樣會導致數據因為未能及時保存而丟失，忽略了數據的價值往往要比一個CPU的價值要高的可能性。而且熱量不穩定可能導致系統不穩定，如果電腦死機或程序進入死循環，就會失去監控作用，也就無法保護微處理器了。
3.3熱量控制電路
為彌補第一代內部溫度監控技術的不足，Intel在Northwood核心P4中引入了第2代內部溫度監控技術—熱量控制電路(ThermalControlCircuit，英特爾又將它命名為熱量監視器(ThermalMonitoring))。P3、AthlonXP的溫控電路的特點是內部僅擁有一個熱敏二極管不同，而Northwood核心P4的熱量控制電路擁有兩套熱敏二極管。其中一套熱敏二極管偵測CPU的溫度值并傳輸給主板上的硬件監控系統，這套裝置像傳統的內部溫控技術一樣通過關閉系統來保護CPU，不過只是在緊急情況才會自動關閉。第二套熱敏二極管放置在CPU內核溫度最高的部位，幾乎觸及ALU單元，并作為熱量控制電路的一個組成部分。在CPU工作中，這兩套熱敏二極管的電阻會因溫度而變化，因此通過它的電流也會隨著CPU的核心溫度而變化，通過與內設參考電流的比較，系統能夠判斷當前電流是否達到了臨界點。如果CPU最熱的地方超過一定值，第二套熱量溫控裝置會發送一個PROCHOT#信號使熱量控制電路系統開始工作，通過減小CPU的負載來降溫，其實這套熱敏二極管起到波動調節作用。Pentium4的熱量控制機制并非是減少時鐘頻率，而是減少其輸出的有效工作頻率。當溫度正常的時候，ALUs(算術邏輯運算器)將會接受到一定的頻率。但當主板檢測到CPU的核心溫度達到一個特定的臨界值時，熱量控制電路就開始發送PROCHOT#信號，將空置的時鐘周期插入到正常的時鐘周期內，發送到CPU的調節信號如圖1所示。
圖1發送到CPU的調節信號
PROCHOT#激活的無效周期會將某些正常時鐘周期省略掉，使得最終發送給CPU邏輯運算單元的信號頻率就會有所降低，從而通過降低CPU的工作效能來達到降溫的目的。隨著溫度的降低，熱量控制電路將會開始減少空時鐘周期的數量以使CPU返回它原來的工作模式。只要CPU核心溫度比臨界值低1度時，熱量監視器就會停止發送過熱信號。熱量控制單元就會停止產生空的時鐘周期，CPU的性能也就恢復到正常值，過熱保護系統被激活只需十幾億分之一秒，我們還可以在Pentium4主板的BIOS中選擇超警戒溫度來進行控制。當處理器的任務周期(dutycycle)占全部周期的比例越大說明處理器的工作效率越高，其可以調節的比例在12.5%到87.5%之間，選擇的數值越小，則任務周期的比例越小，效率降幅反而越大，我們還可以利用PROCHOT#引腳功能保護主板的其它元件。當供電模塊的溫度超出警戒溫度時，監控電路輸出低電平到PROCHOT#，從而激活TCC，通過降低微處理器功耗來達到保護供電模塊及主板其它元件的目的。
4抑制CPU溫升的措施
4.1風冷散熱系統
風冷散熱系統由散熱片和風扇構成，判斷散熱片的好壞的重要依據是表面積的大小，采用眾多的鰭片來提高散熱效果。散熱片的內部和邊緣需要設置合理的導風通道，散熱片的切割面要磨光，以使其能與CPU表面完全結合。滾珠軸承的壽命、噪音、發熱量遠較含油軸承好。工作電壓為12v，耗電量在十瓦之內。不少人認為風扇轉速越高，那么在同一時間內，從CPU上帶走的熱量就越多，這樣CPU就越容易冷卻，事實并不是如此。如果風扇的轉速超過其標準值，那么風扇在長時間超負荷情況下運行時，從CPU上帶走的熱量就比在高速轉動過程中產生的熱量小，這樣時間運行得越長，熱量差也就越大，高速運轉的風扇不但不能起到良好的冷卻效果，反而使CPU溫度大幅提升；況且，散熱風扇的轉速越高，可能在運轉過程中產生的噪音就越大，嚴重的話可能讓風扇或者CPU報廢；另外，要想讓風扇高速運轉，還必須有較大的功率來提供動力源，而高動力源是從主板和電源中的高功率中獲得的，主板和電源在超負荷功率下就會經常引起系統的不穩定。所以，風扇轉速越高冷卻效果越好的說法是不成立的。從理論上分析，風扇功率越大散熱效果應該越好，但這樣的理論成立是在一定的前提之下的，也就是說在風扇的運行功率不超過額定運行功率的條件下，功率越大的風扇通常它的風力也越強勁，散熱的效果也越好。而風扇的功率與風扇的轉速又是直接聯系在一起的，也就是說風扇的轉速越高，風扇也就越強勁有力。不能片面地強調高功率，這需要同計算機本身的功率相匹配，如果功率過大，不但不能起到很好的冷卻效果，反而可能會加重計算機的工作負荷，從而會產生惡循環，最終縮短了CPU風扇的壽命。因此，用戶在選擇CPU風扇時，不能錯誤認為風扇功率大其散熱效果肯定會好，而應該根據夠用原則來選擇與自己電腦相匹配的風扇。并且在選擇好風扇之后能夠根據實際情況選擇合適的機箱，從而更好地降低CPU的溫度。
4.2半導體散熱系統
半導體制冷器由許多N型和P型半導體材料排列組成，N、P之間是銅、鋁等金屬材料，外面是絕緣和導熱良好的陶瓷片。通電后，電子由負極出發，經P型半導體吸收熱量，至N型半導體放出熱量。冷端接到CPU，熱端接到散熱片，由風扇將熱量排出。這種散熱系統消耗功率為10w至50w，增加了微機電源負擔，本身產生大量熱，容易造成半導體散熱片的高溫燒毀，低溫一面容易產生露。
4.3液氮散熱系統
液氮散熱系統的工作原理是將主板、CPU等部件密封于一個空間里并抽成真空，CPU被內部充滿液態氮的玻璃容器密封。進行類似水冷的循環散熱。，它的特點是冷卻能力強，但制造工藝復雜，容易結霜產生露水。
4.4軟件降溫
軟件降溫利用了CPU“空閑掛起”指令進行工作，從而實現了CPU的降溫及功耗的降低?！翱臻e掛起”就是指在一段時間內沒有接收到指令，CPU自動進入低耗能的休眠狀態，降溫軟件縮短了CPU進入休眠狀態的等候時間，從而減少了熱量的產生。降溫軟件占用約1%至3%的系統資源，使CPU下降3至10℃。但是當CPU進行實時多任務的工作時，CPU能夠得到“空閑掛起”的機會不大，這種情況下，軟件降溫的作用便失去了。
5結論
本文從CPU升溫的因素說起，接著詳細地介紹了當前幾種主要的CPU溫控技術，并分析每種溫控技術的優缺點，接著介紹了當前的幾種主要的CPU降溫措施。
參考文獻
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[2]Jung-HiMin，HojungChaandVasonP.Srim.AnEfficientPowerManagementMechanismforWiFi-basedHandheldSystems.WirelessCommunications，NetworkingandMobileComputing，2006.WiCOM2006.InternationalConferenceon
[3]BishopBrockandKarthickRajamani.DynamicPowerManagementforEmbeddedSystems.SOCConference，2003.Proceedings.IEEEInternational[Systems-on-Chip]
進入新世紀，科學技術得到了快速的發展，勞動生產率也得到了顯著的提高，現代社會發展追求的目標是更加高效與節能的發展模式，提高數控機床機械技術加工效率這一命題也正是在這種背景下提出的。因此，我們可以得知提高數控機床機械技術加工效率是適應時代潮流的產物，對于提高勞動生產率，促進社會發展有著極其重要的意義。另一方面，提高數控機床機械技術加工效率可以降低勞動強度，降低成本投入，這也是響應國家節能減排政策的具體體現。最后需要認識到的是提高數控機床機械技術加工效率對于促進加工企業的發展與進步也有著十分重要的意義和價值。綜上所述，提高數控機床機械技術加工效率對于現代社會的發展有著極其重要的理論意義與現實價值。
2影響數控機床機械技術加工效率的相關因素
1）規章制度不完善。
近些年，數控機床取得了一定的發，但是針對某些方面仍然存在一定的問題，一些設備與零件仍然存在很大的問題，在實際的工作之中數控機床還沒有制定合理科學的規章制度保障數控機床的正常工作，這是影響數控機床發展最為主要的因素之一。
2）編制程序有失規范。
數控機床與傳統機床相比較最為突出的有點就是增加了數字與計算機控制的部分，這就必然需要相關軟件的支撐，由此可見，軟件的編制程序對于提高數控機床機械技術加工效率也有著十分重要的理論意義與現實價值。程序的編制在很大程度上可以對數控機床機械技術加工效率產生最為直接的影響。
3提高數控機床機械技術加工效率的策略
3.1軟件系統
1）專業操作人員。
在實際的工作之中，專業的操作人員對于提高控機床機械技術加工效率有著十分重要的作用，他們是對數控機床軟件進行實際操作的人員，其專業能力與業務素養對于控機床機械技術加工效率有著直接的關系。因此，加工企業應該充分的重視數控機床操作人員業務能力的提高。具體的實施方式有很多，其中比較重要的方式可以分為以下幾種：①加工企業應該針對操作人員進行定期的培訓，不斷的提高他們的綜合素質與業務能力，讓員工掌握相關的理論知識與注意事項；②應該不斷引進相關的專業人才整體提高數控機床操作人員的整體素質，保障數控機床機械技術加工效率的提高。
2）進一步規范操作流程。
與普通機床相比，數控機床在的操作流程更加復雜，操作工藝相對較多。因此，在實際的工作之中，為了進一步提高數控機床機械技術加工效率，我們應該嚴格的規范數控機床的操作流程，減少數控機床工作之中的冗雜流程，制度嚴格的工作步驟與檢驗步驟，真正實現數控機床工作的科學化與規范化，以此來提高數控機床機械技術加工效率。
3）創新管理模式。
數控機床有著其自身的特點，其中最為突出的特點就是需要進行科學的管理，只有這樣才能更好的發揮數控機床的優勢，促進加工企業的不斷發展與進步。因此，在實際的工作之中一定要注重數控機床管理模式的創新，對不同工藝的數控機床制定不同的管理模式，實現管理模式的與時俱進，只有這樣才能更好的促進數控機床機械技術加工效率的提高。
3.2硬件方面
在提高數控機床機械技術加工效率過程中最為重要的方式就是注重硬件方面措施的采取，要充分的分析數控機床的工作特點，針對其具體的工作環境采取相應的措施，在實際的工作中需要注意的方面很多其中比較重要的方面主要是以下幾個方面。
1）恒定的電網供電水平。
數控機床依靠科技技術與電腦尖端技術，對電網供電系統有著極為苛刻的限制。就目前應用較為廣泛的數控機床來說，其裝置內部欠壓保護裝置的報警系統在不穩定的電網系統中很難維持恒定的工作狀態，要解決這個問題最直接的辦法就是根據運行中數控機床的自身特性，有方向有策略的針對的配置交流穩壓器，以減少高峰及低谷時段供電不穩定對整個加工高效所產生的后果。
2）加強對設備選型的研究。
在實際的工作中，我們應該注重加強數控機床設備選型的研究，尤其是針對數控系統方面也更是需要重視。在具體的工作之中，應該根據工作的具體環境和具體條件，結合生產的產品等因素對設備的型號進行選擇。另外，一個加工企業購買多種控機床的過程中應該買一個廠家出產額設備，方便維修，有利于工藝之間的連接，從而實現數控機床機械技術加工效率的提高。
3）做好機床的維護和管理。
數控機床的管理與維護對于保障數控機床正常工作，提高數控機床的使用壽命有著極其重要的作用與價值。機床是對數控機床進行維護和保養最為重要的方式之一，要結合機床實際的工作環境與工作狀態，對機床進行適當的保養。另外，還應該針對不同型號的機床選擇不同的油，只有這樣才能保障機床的正常工作，提高數控機床機械技術加工效率。
4結束語
隨著計算機應用技術和網絡技術的迅速發展，數控系統的功能極大地提高。由于以太網的前景普遍被看好，各大數控生產商紛紛推出了具有以太網功能的數控系統。在DNC(DistributedNumericalControl)領域也出現了一種新型的數控機床網絡型式――基于以太網絡的DNC。以太網聯接是指將具有以太網功能的加工中心等數控機床以以太網的方式組網，實現單臺微機對多臺CNC的集中控制，其網絡構成結構如圖1所示。在這種方式下，DNC軟件開發商通常要根據數控生產商提供的開發軟件包進行二次開發，具體針對不同的數控系統開發出各自的通訊接口軟件。本文介紹的基于以太網的數控機床網絡控制系統JCSDNC(Ethernet)是針對FANUC系統開發的，適用于配有FANUC0iB/15i/16i/18i/21i，PowerMatei-D/H系統的機床組網。
構建以太網監控網絡對數控系統的要求
機床以太網監控網絡要求數控系統在硬件上具有以太網功能，即具有以太網卡或快速以太網卡，在“軟件”方面則要求CNC具有內置的以太網函數。其內部通訊處理機制如圖2所示。對于內置以太網卡，通訊過程的處理是通過CNC的CPU。這就意味著CNC的運行條件會影響內置以太網卡的通訊，相應地，內置以太網卡的通訊狀況也會影響CNC的處理過程。
內置以太網函數的處理優先級低于如下操作：自動循環或手動方式下每個主軸的運動控制。因此，在自動運行期間，通訊速度將會降低。另一方面，由于內置以太網函數的優先級高于CNC的屏幕顯示操作、C語言執行器(除高級任務)、宏命令執行器(除執行宏)。在執行內置以太網的通訊時，這些操作將會被延時處理。
由以太網方式聯接的網絡傳輸速度明顯地較串口高，每秒傳輸速率可以達到10M、100M。并且，由于加工中心的CNC系統內置了一些函數接口，使以太網聯接可以實現控制計算機和數控系統的直接通訊。也就是說，在這種方式下不但可以實現通訊數據的快速傳輸，而且可以在主控計算機端自動獲得完全的設備信息、生產信息、遠程控制加工中心，為自動化生產創造更完備的條件。
數控機床網絡控制系統要更好的適應生產的需要，在傳統DNC軟件的功能基礎上還需具備四個功能模塊：NC程序管理模塊、現場監控模塊、遠程監控模塊以及基于Internet進行遠程訪問的數據通信部分。
功能模塊
NC程序管理模塊
NC程序作為加工過程中重要資源之一，對其進行高效的數據化管理已經成為DNC軟件不可缺少的一部分。NC程序的管理根據管理目標對象，分為對程序進行生命周期內的管理和NC程序內部信息管理。
在本模塊中對NC程序的整個生命周期進行了嚴格的管理，從NC程序的生成到消亡都提供一套嚴格的管理手段。在不同時期，對NC程序的狀態可設置為編輯、審核、定型三種，其工作過程如圖3所示。程序的最初狀態是可以自由編輯的，經過審核後可以開始進行試加工。而程序一旦經試切驗證完成后就到達定型狀態，不能再進行編輯，直至消亡。
對NC程序的內部屬性進行管理主要包括程序號、程序注釋、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、加工范圍、機床、用戶信息等進行管理。在本系統中可對程序根據圖號、零件名稱、工序、機床等進行多種條件的復合查尋，同時對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進行管理。
現場監控模塊
現場監控模塊是實現遠程監控系統的基礎。通過五類線或超五類線與具有以太網功能的數控機床直接聯接，可以實現控制、監測和對數控機床的診斷。此外，目前市場上有一些軟件生產商把只具有串口通訊功能的加工中心以以太網方式甚至是無線方式聯接。這兩種方式在本質上是區別于以太網聯接的，它們只是通過轉接口變換了聯接方式，將串行數據轉變成以太網方式傳輸，其通訊的瓶頸依然存在于串口通訊。但這種做法可以克服工廠施工條件惡劣、布線不便等問題。
本模塊與CNC進行通訊，可以實時采集數控機床的加工狀態、聯網狀態、刀具信息、操作履歷，以及對刀具壽命進行管理。并且通過一定的權限確認，可以在線修改各種設備參數和運行參數，從而實現底層設備的完全監控。通過對采集到的工況數據進行處理，可以及時獲取加工業績、機床利用率等生產管理所需要的數據，如圖4所示。
遠程監控模塊
遠程監控模塊是利用計算機技術和網絡技術，提供廣域范圍內共享資源的平臺，并為實時監測監控、故障診斷提供支持。用戶可以隨時通過網絡查詢設備運行狀態以及設備現場的工況，對生產過程進行實時的遠程監控，如圖5所示。甚至可以將機床的梯形圖傳送至遠程的控制主機，用梯形圖實施機床故障的遠程診斷。為保證生產的安全性，梯形圖必須用密碼保護，以防無關人員修改。
基于Internet的數據通訊模塊
由于生產狀況的千變萬化，生產過程中會出現很多隨機的情況，因此不同地點、不同部門的專業人員要對同一設備進行工作，就需要有一個自由交流的平臺，通過網絡實現信息交互、經驗交流，最終實現設備的遠程監控。本模塊在基于網絡技術的基礎上，為客戶提供了文字交流的平臺，如圖6所示。
FANUC系統的以太網功能是通過以太網卡或FANUC快速以太網卡遵循TCP/IP協議實現的。網絡控制軟件要與數控機床進行正常通訊，需進行以下設置：
設置控制計算機側的TCP/IP協議；
設置CNC側的以太網卡和內置以太網函數；
物理連接個人計算機和CNC。
JCSDNC(Ethernet)的應用
數控技術的應用,使得機械加工脫離了傳統以人工控制為主的加工時代,對生產力的提高具有重要作用。數控技術的應用對機械加工的變革性意義主要表現在以下幾方面:1)生產效率大幅提高。應用數控技術后,機械加工脫離人為控制,生產周期大大縮短,生產效率大幅提高,廢料率大幅降低;2)生產速度更快。數控技術對機械加工時間的控制非常精確,完全不受人為主觀控制,在機械加工速度上去除了人為干擾,加工速度得到迅速提高;3)產品外觀更美觀。機械加工的產品,外觀要求精美,數控技術將外觀要求輸入后,電子自動控制,外觀與模型幾乎無異;4)產品外形實現多樣化。通過制圖工具制作模型,產品形狀隨心所欲,經過數控技術加工都能成為現實;5)產品精度更標準。傳統人為控制的機械加工,產品在精度方面控制不夠精細。而數控技術的應用,精確控制完全自動化,可以完全避免人為誤差。產品加工精度更符合設計標準;6)生產控制自動化。這也是最直觀的表現。數控技術的最直接目的就是自動控制,是機械加工擺脫人力因素的唯一選擇。數控技術運用自身的數字化功能,可以有效控制機械加工的設備和過程,并采用數控設備、數控編控等技術使機械加工更加系統化。
2機械加工中數控技術的應用
2.1數控技術在機床加工中的應用
機械加工中,機床的應用比例很大。各種各樣的模具生產都是由機床來完成的。傳統的機床生產,模具的精度控制很難實現自動化,因此,生產出的模具合格率較低,材料利用率低。而數控化技術在機床上應用后,實現了機床全自動化機電一體制,這種機電一體化加工生產技術能保證產品的質量。
2.2數控技術在煤礦機械加工中的應用
煤礦機械具有特殊性,是專用的機械設備,由于其工作環境復雜多變,對安全系統要求較高,煤礦機械加工過程要求精細化程度高。而傳統機械加工很難實現其精度的要求。而且,煤礦機械更新換代較快,應用領域單一,所以生產加工量小,下料難。數控技術得到應用后,設備下料切割采用數控技術,改變了過去的工作模式,切割效率得到成倍提高,切割質量高,提高了材料的利用率,降低了設備的生產成本。同時,數控氣割機裝有自動可調的切縫補償裝置,它允許對構件的實際輪廓進行程序控制,好比數控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調切切縫的補償值來精確控制毛還件的加工余量。
2.3數控技術在工業生產中的應用
工業生產過程中,難免會有惡劣的工作環境存在,如高溫、高壓、操作空間狹小,操作高度過高等。這些危險的工作環境極大地增加了工作人員的工作危險性。而數控技術的應用后,工業生產上類似的惡劣環境完全編入數控程序,使工業生產危險性得到極大改善。在實際的生產過程當中,應用數控技術之后,生產過程可以由計算機系統全程控制。只要預先輸入各種生產程序和產品參數,則計算機系統便能夠依照指令實現真正意義上的無人自動化生產。即便是在生產過程當中出現了故障或者問題,系統會根據錯誤的等級來決定是否繼續進行生產,同時采用有關的保護性護理措施,并向管理者報警。除此之外,機械加式中數控技術的應用還有很多,如航空設備的生產、機器人系統的生產、汽車工業的生產、石油機械的生產、國家武器裝備的生產以及建筑機械、農業機械等領域,應用數控技術后,無一不推動了行業的快速良性發展。
3機械加工中數控技術的應用趨勢
隨著新的智能化技術的發展,機械加工中數控技術的發展同樣朝向智能化方向發展。主要表現在加工過程的自適應控制和工藝參數自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數的自適應運算等;操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等。另外,隨著數字技術的不斷進步,機械加工也面臨著新的市場需求,特別是人們對精細化的要求也越來越高,于是高速度、高精加工技術成為必然的趨勢。
4結語
數控技術是一種將計算機技術、通信技術、光機電技術以及傳感監測技術等融為一體的通過數字命令信息指令對機械進行二次加工并控制的自動化技術，該技術由數字化信息設備以及控制運行設備組成，技術含量極高，在用于機械制造領域中能夠大大提升生產效率，保證產品質量和精確度。數控技術的特征有以下三點：首先，數控技術可有效提高制造業的產品質量以及精確度，從而提高生產效率。例如，在機床夾具制造過程中利用數控技術，在同一時間內對多個夾具進行統一規格的加工，簡化操作程序，縮短制造時間，從而提高了生產聊率，統一規格的加工操作，讓機床夾具更符合標準，精確度更高。其次，提供簡化工藝流程，減少投入。利用數控技術能夠大大簡化工藝數量和程序，以自動化的方式代替更多繁瑣復雜的工藝，使生產更便利；第三，功能強大。數控技術不僅能提高生產效率，統一規格，提高精確度，還能改變生產參數，使其適用于更多規格不同、批次不同產品的要求。數控技術只需要通過電腦調整生產參數、規格就可以實現以上要求。
2數控技術在機械制造中的實際應用
2.1機床設備上的數控技術
機床設備是機械制造過程中的基礎設備，絕大部分的操作程序都是在機床上面實現完成的。數控技術引入機床設備中將計算機技術以及互聯網通信技術融合進機床設備中，控制生產過程中的每道工序的參數、時間、以及規格，做到統一規范化的操作，讓機床設備在工作時更加穩定、安全和高效，同時完善機床的各類零部件開關控制，使操作開關系統、冷卻泵系統等調節得更加精準、細致。
2.2工業生產中的數控技術
工業生產過程中的數控技術應用最為頻繁，尤其是食品加工、藥品加工以及印刷造紙等工業領域。數控技術的使用不僅可以有效降低工業生產中的材料損耗，提高工作環境的利用率，降低工業投入成本，將工業化生產由傳統的、人工化、滯后化帶入一個智能化、高效化的全新時代。比如某牛奶加工廠，從牛奶的提取、檢測、加工、包裝等一系列的過程中，采用數控技術，全程利用計算機控制牛奶加工生產的各個流程和環節，既保證了效率和質量，還能全程監控牛奶的生產加工包裝過程，一旦發現不利因素，可及時采取應對措施解決問題，保證奶制品的安全可靠。
2.3航天器材上的數控技術
航空航天技術一直以來是屬于高精密型的、技術含量超高的技術，而它所采用到的材料和零件都是經過特制而成的。以往沒有出現數控技術之前，對于航天器材的制造尚處于較為粗淺的階段，往往不能滿足航空航天的高要求和高標準。當數控技術引入航天宇航工業中后，以精密的計算機技術以及超強的網絡通信技術為支撐，力求將航天器材制作的更符合要求、更完美的程度，尤其是對航天器材的小部件的制作更是精益求精，堅持節約，反對能源浪費。
2.4汽車領域的數控技術
隨著人們生活水平的不斷提高，對生活質量的要求越來越高，汽車作為出行代步工具和顯示人們財富地位的象征已經成為許多人擁有的物品之一，汽車需求量與日俱增，而由此引發的汽車行業的競爭愈演愈烈。汽車生產領域引入數控技術，可以有效提升構成汽車各個零部件的生產速率，加快汽車零部件的組裝和后期測試的效率，加大汽車成品的生產量，提高汽車成品的質量，最終提高汽車從生產都投入銷售過程中的經濟效益。現階段的汽車生產車間中，全部采用的是現代化、高科技的數控機床設備，生產流水線作業高效化、智能化，讓汽車從零件的生產、組裝到后期的試運行全程控制中，實現了高產能和高質量的要求。
2.5煤礦機械領域中的數控技術
眾所周知，煤炭是人們生產和生活中必不可少的能源之一，而煤炭的開采以及運輸屬于一項高危險生產活動，必須要求參與者擁有較強的專業技術和高度工作警惕。采煤過程中最常使用到的就是采煤機，尤其采煤工作面的環境極為惡劣，地形地質條件復雜，通常意義上的采煤機只能完成小部分工作面的采煤工作量，無法對一整個礦料進行單獨開采和整合，在這種惡劣的情況下難以正常工作并保證工作效率，倘若引入數控技術，即在采煤機添加了數控氣割，利用焊接技術將采煤機功能擴展，解決傳統采煤機程序單一、功能不全的缺陷，使其能在不同的采煤工作面正?？焖俚墓ぷ?，不僅有效提升了采煤工作效率，縮短了煤炭采礦時間，還大大降低了采煤礦工的危險，值得在煤礦機械領域廣泛推廣。
3結論
目前，我國機械制造行業建設發展速度挑戰了人們的想象力，其生產建設水平持續提升，發展規模呈現出逐步擴大的勢頭。然而，我國機械行業之中應用的相關技術手段卻較為滯后，無法跟上發達國家的更新步伐，技術水平也不能與其相匹敵。因而，生產形成的機械制造產品更多的為低檔商品，擁有的自主知識產品其技術水平始終較低，同時研發的自主品牌種類有限。導致我國機械制造領域應用技術手段更多的依賴同行業技術。發展過程中，雖然我國一些機械制造行業達到了國產化的建設階段，然而應用核心技術以及采購部件大部分還依靠向國外市場進口。例如，引進冰箱壓縮機設施或是購買機械發動機設施等。該狀況下為推動我國機械制造行業實現健康、持續的全面發展，應由應用技術本身入手，全面提升應用水平。
目前，我國機械制造領域逐步實現了由以往機械制造向著現代化、自動化以及智能化的機械制造加工不斷轉變。在實施機械制造精細化、復雜化處理加工以及高危險性生產過程中，均能夠完成機械設施應用控制的全面自動化。由于機械自動化手段技術可符合該類施工應用設備儀器的精密性標準，因此可確保施工操作處理人員的人身安全，保護國家財產完整性，實現國有資產的保值增值，使機械生產加工效率全面提升，并可令機械生產的大規?；约按笈啃宰兂煽赡堋Ｆ湓谝欢▽用嫔鲜挂酝鶄鹘y機械生產加工模式的缺陷有效的得到彌補。
2、機械數控技術實踐應用
2、1機械數控技術在機械制造領域中的實踐應用
隨著現代信息技術、計算機系統的廣泛普及，進一步為機械數控技術的快速發展以及廣泛應用提供了深層次運作的空間。機械制造領域之中的數控技術更是受到了大眾的全面重視。該環境下，機械數控銑床、鉆床技術、數控磨床與切割機床手段得到了快速發展。再者，機械數控沖床與彎管機在各領域中也實現了廣泛的應用。車削中心與數控板材加工處理中心則有了一定程度的提升。以上機械設施處理加工技術手段加快了CAD技術的更新發展步伐，令其向著工程化的方向不斷發展。加之微電子技術的有效滲透與合理應用，使得機械數控綜合技術水平迅猛提升，漸漸完成了機械數控機床加工體系刀具的高效自動化轉換，并實現了工件的全面更新。機械制造領域之中，較多數控機床生產車間均引入了托盤站，令機械制造以及柔性化生產單元的應用發展變成可能。在該基礎之上則完成了自動化的操控數控機床系統目標，使得傳動帶實現了高效的自動化控制，并引入了工業機器人完成自動化管理。上述單元共同組成了現代化機械制造管理系統，并創建形成了相應的柔性數控系統制造生產線。伴隨自動化手段以及現代化網絡技術的廣泛應用，漸漸構成了集成化的機械數控技術系統，并令機械制造發展整體向著更優質、更健康的方向跨越式提升。
2、2機械數控技術在工業以及煤礦領域的實踐應用
縱觀當前形勢我們明確，在工業化生產建設的階段中，通常采用的機械數控手段會互相協作施工，而在食品加工較多生產線之中以及印刷造紙過程中，應用機械數控手段更加豐富。在危險性較高的生產環境之下以及施工條件相對復雜的環境下，機械數控技術的應用極為常見。通過機械數控手段可令基本的工業建設生產條件更加健全完善、快速更新。在該基礎之上，則可為具體生產部門工作人員創建安全有力的保障，令工業生產機械化水平、產業化程度全面提升。另外，機械數控技術的有效應用在確保生產加工質量上也頗有貢獻?？捎行У臏p少企業勞動生產綜合強度，進而實現適中任務量的人性化管理目標。再者，應用機械技術還可縮短生產時間，保質保量的完成任務。針對實際加工生產來講，機械數控技術可借助計算機系統實現對較多工業生產體系的自動化管控，進而令整體工業生產環節均按照原本的流程開展。可應用具體的傳感器裝置檢測體系做常規性的驗證。在發掘系統出現錯誤、運行操作包含缺陷之時，則應就不同狀況進行調節以實現相對穩定的目標。
2、3機械數控技術在汽車工業領域的實踐應用
有效的引入機械數控手段可使汽車工業生產、加工零部件工序緊湊，提升工作效率。在一定層面可為汽車產業贏取市場競爭主動發揮重要影響作用。特別是高效快速的機械數控機床的豐富應用，令現代化汽車生產線成功組建，體現了快速高效的生產加工特征。另外，機械數控技術手段的應用還令汽車產業持續的擴充生產規模，各類復雜汽車零件的加工生產更新了以往傳統單一的加工操作模式，令目前的機械數控技術手段向著更加規范高效的方向發展。
3、結語
1.2數控機床的運用為制造行業所帶來的影響。數控機床的應用，使得制造業發生了大規模的變革，在過去的生產制造中，無論是單純的人力來生產產品，還是引用機械設備進行生產，都需要有大量的人員來參與其中，對于人力的需求較大，而數控機床的運用則是大大地解放了生產力，并且能夠通過數控技術，生產出高精度、高質量的產品，實現了企業產業化的發展。
1.3產業技術相關的轉變模式。產業技術的轉變主要涉及到兩種因素，一種是科學技術的發展，一種是社會的進步與人們的需求。在產業技術轉變模式的研究中，部分學者認為科學技術的進步是決定產業技術轉變的主要因素，技術的研究和開發能夠推動產業的發展，而另外一部分學者則是認為社會的發展與人們對于產品的需求才是產業技術轉變的主要動力。在實際的產業技術發展中，離不開科學技術的進步，更離不開社會大眾的需求，認清兩者之間的關系，才能夠不斷地進行創新，使產業技術走上正確的發展道路。
2、實現我國數控機床行業技術創新的路徑
2.1正確定位我國數控機床行業所面對的產品。數控機床行業所面對的產品，應當改變過往的定位模式，摒棄以前以低價來獲得市場競爭力的方法。為了能夠改變這一現狀，我國的制造業需要引進更為先進的大型數控機床設備，以此來為企業制造服務。企業應當能夠重新審視我國的市場對于產品的需求，掌握市場對產品需求的變化規律，明確影響產品在市場中競爭力的因素，以此來開拓更為廣闊的市場。做好正確的產品定位，就能夠選用更為合適的數控機床，并且運用更為先進的數控機床行業技術，以此來實現技術的創新。產品的定位應當以市場需求的預測為主，而不能只是跟隨他人的腳步，那樣永遠只能落后一步，而無法實現創新。
2.2選擇以集成創新為主的技術路線。所謂的集成創新，就是企業自主地控制產業創新的整個過程，通過自主地研究開發新技術，來組成數控機床產業創新的核心。集成創新不僅要求企業能夠及時地引進先進的設備，更需要具有專業技能的人才。并且集成創新周期較長，需要企業內部的技術人員進行密切的配合，通過對數控機床行業技術的深入研究，對技術創新方案進行深刻的探討，集合整個技術開發團隊的智慧，研究出具有先進技術含量和創新特色的產品；另外，集成創新需要企業有大量的資金投入，從外部技術源獲得必要的知識產權、所需的元件或子系統，以保證研究工作的順利進行。
2.3結合國家、企業、學校、科研院各方面的力量共同實現技術創新。數控機床行業技術創新由于涉及到的學科眾多，對于技術開發人員的要求極高，并且要有大量的資金、人力、物力、時間的投入。因此，僅僅依靠企業來進行技術的創新，是很難做到的，換言之，僅僅依靠高校、科研院也無法完全實現技術的創新。而要想完成創新的任務，就必須使產業、學校、科研院進行相應的結合，再加之國家的政策、資金方面的支持，使多方面的力量能夠融合到一起，使各個不同領域的人才進行技術上的交流，共同研究開發具有創新性的數控機床行業技術，并且能夠實現其實用性，促進技術產品的產業化，盡快地將科學技術轉化為社會大眾所需要的產品，完成以科學技術促進社會經濟發展的目標。
2.4壯大裝備制造行業的規模。目前，我國的數控機床行業正在不斷地發展過程中，涉及到該產業的企業也非常多，然而，能夠在市場競爭中具有較強的競爭力，能夠自主實現技術創新的企業卻非常少，大多數的企業規模小、技術落后、研究開發能力薄弱，技術創新的實現較為困難，難以形成強大的競爭力與國外的數控機床企業進行抗衡。因此，各個數控機床企業應當聯合到一起，形成大規模的產業集群，多個企業的聯合，不僅能夠實現生產力的大幅度提升，還能夠實現人才的相互融合，推動行業技術的創新，促進數控機床行業的飛速發展。
2.5把握好科技、行業等發展所帶來的創新機遇?，F如今，科學技術的飛速發展為數控機床行業的技術創新帶來了極大的發展機遇。由于數字信息技術的不斷進步，世界上數控機床行業技術發展極為迅速，企業應當把握好這個機會，及時地引進國外先進的技術及設備，抓住數控機床行業發展的每一個機會，努力實現技術創新，提高企業自身的競爭力，在市場中占據更為有利的地位，讓中國的數控機床行業技術能夠被世界所認可，并有足夠的技術力量與國外的技術進行競爭，提高我國數控機床行業技術的世界地位。
