<1>开放式 NC产生的背景 机电工业系统中，随着技术、市场、生产结构等方面的快速变化，对数控系统提 出了更高的要求：希望能够根据不同的加工要求、迅速、高效、经济地构筑面向客户的控制系统； 逐渐降低生产厂家对控制系统的高依赖性；大幅度降低维护和培训费用；改变过去数控系统的封闭 性设计模式；适应未来车间面向任务和订单的生产模式，使底层生产控制系统更简便有效。在这种 背景下，开放式数控系统应运而生。 开放式数控系统的主要目的是解决当今变化繁杂的需求与 过去控制系统专一固定框架之间的矛盾，使数控系统易变、紧凑、廉价。开放式数控系统发展的任务，从技术上分析，有五大方面：控制、感测，接口，执行器，软件。 (1)控制器技术在PC－ NC方面 为提高其智能化，要求做到生产厂家根据产品具体情况自由选用电机和放大器； PLC(可编程控制器 )的输入点数和处理速度用户自由确定；自由曲线、自用曲面形成的插补函数成组化；软件的标准化范围扩大；有各种情况适用的 CPU，可增设存储器。 (2)接口技术在 PC－ NC方面 为进一步网络化，要求具有情报功能与操作标准化；能接受企业的 CAD/CAM情报；可实现与工厂 CAD/CAE/CAT系统连接。 (3)感测技术 要求实现智能化、无人化、高灵敏度的监测。 (4)执行技术 要求开发各种执行器，包括高速切削主轴，气压轴承，液压轴承，陶瓷轴承，高速移动直线电机，高精度定位和真圆度专用电机等。 (5)软件技术 要求开发相应高级语言叙述的有关情报，简明记述自由曲线和曲面，表述不同水平的数据；专用宏命令的通用性，积极采用网络技术 <1>。<2>开放式 NC的概念 参照 IEEE对开放式系统的规定，笔者认为：一个真正意义上的开放式 NC必须提供不同程序协调运行于系统平台之上的能力，提供面向功能的动态重组工具，提供统一标准化的应用程序用户界面。开发式 NC，既有接口的开放性问题，又有自身功能开放性问题，它具备以下特点： (1)开放性 提供标准化环境的基础平台，允许不同功能的模块介入。 (2)移植性 不同应用程序模块能运行于不同厂家生产的系统平台上，同时，系统的软件平台也可运行于类型和特性不同的硬件平台上。 (3)扩展性 功能的增减只需功能模块的装卸。 (4)替代性 性能和可靠性不同的功能模块可代替，不影响系统协调运作。 (5)操作性 拥有标准化接口，通信和交互模型。开放性发展从全新角度分析和实现系统的控制功能，强调向模块化、平台化、工具化、标准化发展 <2><5>。<3>开放式 NC的指导思想 (1)利用 PC件技术 PC的可靠性和计算能力飞速发展，硬件实现了标准化。 PC支持软件有许多功能：友好的界面，图象显示，动态仿真，数控编程，故障诊断，网络通讯等。 采用程序开发工具，通用编程语言编制软件模块替代原有模块，方便厂家和个人添加自己特异功能的模块。 (2)模块化系统的模块化建立在各种功能要素的逻辑分析之上，将功能分解为逻辑上独立的模块，实现模块间标准接口的联结，实现“即插即用”。 (3)动态配置系统 为了实现更灵活的配置和更友好的操作，规定开放式发展能够在系统启动、运行状态下实现动态配置 。基于系统拓扑结构的动态生成，其包括构成要素、参数化构成功能、构成要素间信息流的顺序等几步。 (4)移植性开放式 NC要求定义的数据、命名规范、用户接口等有利于不同系统平台的实现。就软件讲，采用分层设计或用户 /服务器模式设计应用程序，与软硬件平台相关部分置于底层，便于替换，容易实现移植。 (5)可扩展
开放式 NC实现用户或二次开发者安全有效地将自己软件集成到 NC系统中，形成自己专用系统。方法有两种：一是用固定模块内部结构，预留插入用户专用软件接口；二是提供用户意见 API和编程规范，供用户编制专用模块。 (6)鼓励产业界参与 开发式 NC发展需求开放性氛围，积极鼓励企业参加研究工作，企业主动参加或主持研究 <3><4>开放式 NC的结构 根据前述定义，其结构分两部分：统一的系统平台，由各功能结构单元对象 (ARCHITECTURE OBJECT)构成的实用软件模块。 (1)系统平台 由系统硬件和系统软件构成。硬件由功能需求决定，软件分三部分：系统核心如操作系统，通讯系统，状态的实时配置系统等；可选的系统软件如数据库系统，图形系统等；标准的应用程序界面(API APPLICATION PROGRAM INTERFACE)是系统功能元对象进入系统平台的唯一途径，一方面隐含系统平台提供服务的 真实实现，使软硬件独立；另一方面不同功能元对象在各种类型平台上有统一界面。系统核心是控制运行基础，系统内部通讯参照ISO/OSI的模型，遵循面向消息的通讯机制 (MESSAGE ORIENTED COMMUNICATION)。系统与外部上级通讯基于标准协议如 MAP， CNMA；系统与内部下层系统通讯适应标准的驱动接口和域总线。实时配置系统是开发式 NC发展的关键。系统平台开发关键是面向对象软件技术、软件重构技术、通讯技术以及各种接口规范的建立和应用。 (2)系统参考结构 它精确描述功能元与功能模块间的关系，模块间的关系，定义各模块和各功能元的行为及属性，模块和功能元与系统平台间界面。保证各厂家的功能模块在不同平台上工作。 NC参考结构的开发性、柔性、对控制功能元对象的抽象有效性，是各控制功能既独立又协调的保证 。系统参考结构建立的关键是，在分析掌握原有系统功能和实现基础上，运用成组技术、面向对象 技术等工具，将功能分解和划分，分析抽取控制功能共性和特殊性，明确和规定功能模块和功能元行为以及它们相互操作界面<4><1>。 PC－ NC(个人计算机数控 )是数控开放式发展的主要途径，大致分为两种：一是 PC为基体，加上 NC系统主要控制部分；二是 NC为主，加 PC有关部分。它们目前均广泛使用。 PC－ NC主要有三种： 1)NC板插入 PC中， 2)PC板插入 NC装置中， 3)软件 NC。三种形态各有优缺点，但以 PC代替 NC是一个发展方向。<5>开放式 NC的现状 国外许多国家和企业在 NC开放式发展方面做了大量工作，技术上表现为平台技术和面向应用功能单元的参考结构提出了一系列开发式发展的体系结构。 (1)美国的开放式 NC美国把开放式 NC称为“开放型控制器” (OAC－ OPENARCHITECTURE CONTROLLER)。国家制造技术中心关于 OAC研究开发有三个方面： 1)新一代控制器 (NGC－ NEXT CENERATION CONTROLLER)， 2)低价控制器 (LEC－ LOW END CONTROLLER)， 3)开放化模块结构控制器 (OMAC－ OPEN MODELE ARCHITETURE CONTROLLER)。 OMAC自 1997年 2月开始，开发方向如下：要求开放化，一般可利用软硬件在标准环境下集成；要求模块化，硬件和 软件可组合；要求可调整，依照目的简单有效地构成；要求经济性，成本要降低；要求硬件易于维护，高可靠性；要求软件保证最长地开动时间，最少地准备时间，修理迅速，维护简单。OSACA(OPEN SYSTERM ARCHITECURE FOR CONTROLS WITH AUTOMATION SYSTERM用于开放式控制器内部自动化系统 )自 1992年 2月启动，进入第三阶段，取得成果如下：定义了中性 NC开放式的基本规范；拟定了中性可适应于 NC系统，机器人，可编程控制器和单元控制器的统一参考结构；开发了指示性的应用软件模块 (OSACA API)。 (2)日本的开放式 NC 1995年， IROFA(国际机器人工厂自动化技术中心 )设立 NC开放性政策委员会。 1994年 12月， OSE(开放数控系统 )研究会成立， 1995年 OSE公布了“ OSEC－Ⅰ”， 1996年公布了“ OSEC－Ⅱ”。主要成绩如下：提出 NC开放式的参考模型，将其具体化为实装模型；开发了基于 PC人机接口系统；提出并开发了 NC语言 OSEL；开发了控制接口 (OSEC API)及语言处理器。 (3)我国的开放式 NC“八五”期间，成功开发具有自主版权的两种 NC平台和中华Ⅰ型，航天Ⅰ型，蓝天Ⅰ型，华中Ⅰ型等四个基本系统。利用总线式、模块化、开放 型、嵌入式，多渠道软硬件结构，目前，大部分还处在封闭式阶段，与国际水平还有差距。 开放式NC发展面临课题：一致性人机界面 (MMI)；以软件为基础的控制器；重视实时控制 (RTOS－ YEAL TIME OPERATION SYSTERM)的开放与应用； NC开放由人机界面开放，内核有限开放向外核完全开放发展，具备网络通讯功能。 开放式 NC的未来趋势：在控制器技术、接口技术、感测技术、执行技术、软件技术等五方面开发优质、先进、适销、经济、合理、开放式 NC系统；进一步适应高精度、高效率 (高速 )、高自动化要求，需要利用新的加工表述语言，简化设计、生产准备、加工过程，减少数据储存量，用 64位 CPU实现 CAD/CAM进行三维曲面加工； NC系统实现网络化，进一步实现自动化生产的无人化、智能化、集成化 <2><5>。<6>结 论 开放式 NC是历史的必然，当前发达国家正在紧锣密鼓地进行 NC开放式发展的研究-- OSE称之为第三次革命，正为我国 NC产业发展提供良好的契机，国家应该重点扶持和支持 NC开放式发展的研究，使我国在未来几年或几十年的市场竞争中立于不败之地。开放式数控系统@韩权利$西安科技学院!陕西· 710054
More reviews about the 开放式数控系统