摘 要： 簡述開放式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)背景、概念和特點(diǎn)。提出開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的指導(dǎo)思想、結(jié)構(gòu)和主要形態(tài)，論述國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的概況、面臨的問題和未來發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：開放式；數(shù)控系統(tǒng)；模塊化 [b][align=center]TheOoenNC System HAN Quan—li，MA Hong—wei，YANG Lai—xia （Xi’An Institute of Seience & Technology，Shanxi Xi‘a(chǎn)n．710054，China）[/align][/b] Abstract：Based on the originl definition and charatters of CNC，the paper discusses the basic rules for development，structure and type of it。and describesthe direction and developmen tinthefuture of CNC Key words：Open；NC System；Modul 1 開放式數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的背景 當(dāng)今隨著技術(shù)、市場、生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)等方面的快速變化，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展面臨著許多新的挑戰(zhàn)。不斷出現(xiàn)的新的加工需求．要求數(shù)控系統(tǒng)具有迅速 高教、經(jīng)講地面向客戶的模塊化特性和軟硬件重構(gòu)能力，而且這種重構(gòu)能力所需的成本和周期較目前將有大的改觀。逐步降低生產(chǎn)廠家對控制系統(tǒng)的高依賴性．大幅度降低維護(hù)和培訓(xùn)費(fèi)用，改變以往數(shù)控系統(tǒng)封閉性設(shè)計模式，適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)模式，使得底層的生產(chǎn)控制更簡便、有效。數(shù)控系統(tǒng)的供應(yīng)商提供主機(jī)，生產(chǎn)廠家把自己的專利技術(shù)集成到系統(tǒng)中，這種機(jī)制，生產(chǎn)廠家無需向系統(tǒng)供應(yīng)商提供任何自己技術(shù)秘密。因此尋求一種能很好解決上述問題的新的控制系統(tǒng)的發(fā)展模式已成為必然。數(shù)控系統(tǒng)的制造商、集成者和用戶都希望“開放式的控制器”，能夠自由地選擇數(shù)控裝置、驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)、應(yīng)用軟件等數(shù)控系統(tǒng)的各個構(gòu)成要素．并用規(guī)范的、簡便的方法將這些構(gòu)成要素組合起來。開放式數(shù)控系統(tǒng)（OPEN NUMBER ODNTROL SYSTERM，以下簡稱ONC）應(yīng)運(yùn)而生。 2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 2.1 美國ONC概況 國家制造發(fā)展中心（0Ac）進(jìn)行了3方面的研究：（1）新一代控制器；（2）低價控制器；（3）開放化模塊結(jié)構(gòu)控制器。 2.2 日本ONC概況 開放式數(shù)控系統(tǒng)（OSE）研究會1996年公布了其取得的成績：（1）提出了ONC參考模型，并轉(zhuǎn)化為宴裝模型；（2）開發(fā)了基于個人計算機(jī)的接口系統(tǒng)；（3）提出并開發(fā)了OSEL 語言；（4）開發(fā)了控制接口及語言處理器： 2.3 歐共體ONC概況 開放式自動控制計劃（OSACA）目前已進(jìn)入第三階段。主要成果有：（1）定義了中性的（即不依賴任何廠家的）開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本規(guī)范；（2）擬定了中性的可以用于數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人、可編程控制器和單元控制器的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)；（3）開發(fā)了第一批示范性的應(yīng)用軟件模塊。 2.4 我國ONC概況 “八五”期間，我國成功開發(fā)了2種數(shù)控平臺和中華I型、航天I型、藍(lán)天I型、華中I型等4種基本系統(tǒng)，利用總線式．模塊化；開放型，嵌入式；多渠道軟，硬件結(jié)構(gòu)。目前大部分還處在封閉式階段．距國際水平還有一定差距。 3 開放式數(shù)控技術(shù)的基本特征 3．1 ONC的概念 參照IEEE關(guān)于ONC的有關(guān)規(guī)定，我們認(rèn)為：一個真正意義上的ONC必須提供不同應(yīng)用程序運(yùn)行于系統(tǒng)平臺之上的能力；提供具有面向功能的動態(tài)重構(gòu)工具；提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序界面。ONC既有接口開放性一面。又有其本體開放性的一面。 ONC具有以下特點(diǎn)。（1）開放性．提供標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的基礎(chǔ)平臺，允許開發(fā)商的不同軟、硬件模塊介入；（2）移植性．不同應(yīng)用程序模塊可運(yùn)行于不同生產(chǎn)商提供的系統(tǒng)平臺．同時系統(tǒng)軟件可運(yùn)行于不同特性的硬件平臺之上；（3）擴(kuò)展性，其功能的增減僅表現(xiàn)為特定功能模塊的裝卸；（4）替代性，不同性能、可靠性的功能模塊可以代替，并且不影響系統(tǒng)的正常協(xié)調(diào)運(yùn)行；（5）操作性．標(biāo)準(zhǔn)化的接口、通訊和交互模型。因此ONC從一個全新的角度分析和實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的控翩功能，強(qiáng)調(diào)向模塊化、平臺化、工具化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。 3．2 ONC發(fā)展的指導(dǎo)思想 3.2.1 最大可能地利用個人計算機(jī)軟、硬件技求 個人計算機(jī)具有可靠性和計算能力，硬件實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。運(yùn)行軟件具有諸多功能，如友好的界面、圖形顯示、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊等。采用程序開發(fā)工具，用通用編程語言編制軟件模塊代替原有模塊，便于生產(chǎn)商和用戶瀑加自身具備獨(dú)特技術(shù)訣竅的功能模塊。 3.2.2 模塊化 數(shù)控系統(tǒng)的模塊化建立在各功能要素的邏輯分析之上，實現(xiàn)模塊之間的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)，實現(xiàn)即插即用。 3.2.3 動憊配置系統(tǒng) 為實現(xiàn)更靈活的配置和更友好的操作，ONC能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)啟動l運(yùn)行狀態(tài)下．完成系統(tǒng)的動態(tài)配置；其實現(xiàn)是基于系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)生成，包括構(gòu)成要索、參數(shù)化構(gòu)成要素的功能、構(gòu)成要素之間的信息流的組織等幾個步驟。 3.2.4 可移植性 ONC要求所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 命名習(xí)慣、用戶接口外觀等有利于不同系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)。就軟件講，采用分層設(shè)計或客戶棚匪務(wù)器模式設(shè)計應(yīng)用程序，將與敢、硬件有關(guān)的 部分置于底層，便于替換，實現(xiàn)移置。 3.2.5 可擴(kuò)展性 ONC實現(xiàn)用戶或者二次開發(fā)者安全、有效地將自己軟件集成到個人計算機(jī)系統(tǒng)中，形成自己的專用系統(tǒng)。其方法有二：一是固定模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，預(yù)留插人用戶專用軟件接 口；二是提供用戶意見API（APPLICATION PROGRAMINTERFACE）函數(shù)和編程規(guī)范，供用戶創(chuàng)建專用模塊。 3.2.6 鼓勵產(chǎn)業(yè)界參與 ONC發(fā)展需求開放性氛圍，鼓勵企業(yè)積極參加研究工作，企業(yè)主動參與或主持有關(guān)研究。 4 開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 根據(jù)前述定義，其結(jié)構(gòu)分兩部分：統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺和由各功能結(jié)構(gòu)單元對象（ARCH1TECTURE OBJECT）構(gòu)成的應(yīng)用軟件模塊。 4.1 系統(tǒng)平臺 系統(tǒng)平臺由系統(tǒng)硬件和軟件構(gòu)成 硬件由功能需求決定。軟件分3部分：（1）系統(tǒng)核心如操作系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、狀態(tài)的實時配置系統(tǒng)等；（2）可選的系統(tǒng)軟件如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)圖形系統(tǒng)等；（3）標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序界由f（AI 1），它是系統(tǒng)功能單元對象進(jìn)人系統(tǒng)平臺的唯一途徑．臆含了系統(tǒng)平臺提供服務(wù)的真實實現(xiàn)，使得軟、硬件獨(dú)立，同時不同功能元對象在各種類型平臺有統(tǒng)一的界面。系統(tǒng)核心是控翩運(yùn)行基礎(chǔ)，系統(tǒng)內(nèi)部通訊參照ISOADSI模型，遵循面向消息的通訊機(jī)制。系統(tǒng)與外部上級通訊基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)如：,MAP，CN—MA；系統(tǒng)與下層系統(tǒng)通訊適用標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動接口和時域總線。實時配置系統(tǒng)是ONC發(fā)展關(guān)鞋。系統(tǒng)平臺開發(fā)的關(guān)鍵是面向?qū)ο筌浖夹g(shù)、軟件重構(gòu)技術(shù)、通訊技術(shù)以及接口規(guī)范的建立和應(yīng)用。 4．2 系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu) 它精確地描述了功能元與功能模塊之間的關(guān)系、模塊間的關(guān)系，定義了模塊和功能元行為及屬性，模塊和功能元與系統(tǒng)平臺間界面。保證不同廠家的功能模塊在不同平臺上工作。參考結(jié)構(gòu)的開發(fā)性、柔性、控翩功能單元的有效性．是控制功能既獨(dú)立叉協(xié)調(diào)的保證：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立的關(guān)鍵是，在分析原有系統(tǒng)功能和實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用成組技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等工具，將功能分解，提取控制功能共性和特殊性，規(guī)定功能模塊和功能元行為和它們相互操作界面。 個人計算機(jī)是ONC發(fā)展的主要途徑，大致分兩種：一是計算機(jī)為主體，加控制系統(tǒng)主要控制部分；二是控制系統(tǒng)為主，加計算機(jī)有關(guān)部分。它們目前均廣泛適用。個人計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)主要有3種：（1）控制板插凡計算機(jī)內(nèi) （2）計算板插凡控制系統(tǒng)中；（3）軟件數(shù)控。 5 開放式數(shù)控系統(tǒng)面臨的問題及發(fā)展趨勢 ONC發(fā)展的主要目的是解決變換復(fù)雜的要求與控制系統(tǒng)專一固定的框架之問的矛盾．實現(xiàn)控制系統(tǒng)的易變緊湊和廉價。 從技術(shù)上看ONC發(fā)展的任務(wù)，大致有5方面：控制；感測；接口；執(zhí)行器；軟件。 5.1 控制囂技術(shù)方面 控翩器由CPU、I/O、存儲器等3部分構(gòu)成。在個人計算機(jī)ONC方面，為提高其智能化，要求傲到：（1）生產(chǎn)商根據(jù)產(chǎn)品的扭矩 電力容器、功率，可以自由地選擇電機(jī)和放 大器；（2）可編程控制器（PLc）的輸人點(diǎn)數(shù)和處理速度，可以根據(jù)產(chǎn)品任意選擇；（3）自由曲線、自由曲面形成的插補(bǔ)函數(shù)成組化；（4）標(biāo)準(zhǔn)化軟件的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；（5）有各種 適用的CPU；（6）自由曲面加工，在有大量數(shù)據(jù)處理時，可以增設(shè)寄存器。 5.2 接口技術(shù)方面 接口技術(shù)具體包括運(yùn)動接口、人機(jī)接口 網(wǎng)絡(luò)接口。個人計算機(jī)ONC進(jìn)一步要求網(wǎng)絡(luò)化，要求做到：（1）情報功能和操作標(biāo)準(zhǔn)化；（2）接受企業(yè)單位的CAD／CAM／CAE等情 報：（3）接受生產(chǎn)情報 數(shù)據(jù)庫情報；（4）實現(xiàn)與工廠里CAD／CAE／CAT系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)。 5.3 感測技術(shù)方面 ONC發(fā)展要求智能化、無人化、集成化，具備完善的感測系統(tǒng)，具備高的靈敏度。 5.4 執(zhí)行技術(shù)方面 ONC發(fā)展要求開發(fā)和研制各種執(zhí)行器，如：高速切削主軸、汽（液）壓靜軸承 高速移動電機(jī)，高精度定位電機(jī)等等。 5.5 軟件技術(shù)方面 ONC發(fā)展要求：（1）應(yīng)用高級語言敘述情報；（2）簡明記述自由曲線和自由曲面；（3）滿足不同水平的數(shù)據(jù)表述；（4）專用宏命令有一定通用性；（5）積極應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)功能。 ONC面臨的課題：一致性人機(jī)界面（MMI）；軟件為基礎(chǔ)的控制器；重視實時控制（RTOS—YEAL TIME OPERA—TION SYSTERM）的開放與應(yīng)用；由人機(jī)界面開放、內(nèi)核有限開放向外核完全開放發(fā)展；具備網(wǎng)絡(luò)功能。 ONC發(fā)展的未來趨勢：在控制技術(shù)、接口技術(shù)、感測技術(shù)、執(zhí)行技術(shù)澈件技術(shù)等5方面開發(fā)優(yōu)質(zhì)、先進(jìn)、適銷、經(jīng)濟(jì)、合理、開放的數(shù)控系統(tǒng)；需要利用新的加工表述語言，簡化設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工過程．減少數(shù)據(jù)存儲量，用64位CPU實現(xiàn)三維曲面加工，進(jìn)一步適應(yīng)高精度、高效率、高自動化要求；實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)一步實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的無人化、智能化、集成化。 6 結(jié) 論 ONC發(fā)展是歷史的必然，當(dāng)前發(fā)達(dá)國家正緊鑼密鼓地進(jìn)行該方面的研究．為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好契機(jī)，國家應(yīng)重點(diǎn)扶持和支持該領(lǐng)域的研究，使我國在今后的國 際市場競爭中立于不敗之地。 參考文獻(xiàn) [1] 吳祖育，童勁松，陸志強(qiáng)．柔性自動化核心技術(shù)展望—— 開放式數(shù)控系統(tǒng)．DIE andTECHNOLOGY，1999，（3）：94—96． [2] 張毛亮，解旭輝，李圣怡．開放性數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 機(jī)電工程，1999．（4）：66—69， [3] 陳循介當(dāng)今世界機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)開放化發(fā)展新動向．磨床與磨削，1997，（7）：5—6． 點(diǎn)擊此處下載原文