摘 要： 簡述開放式數控系統的出現背景、概念和特點。提出開放式數控系統發展的指導思想、結構和主要形態，論述國內外開放式數控系統發展的概況、面臨的問題和未來發展趨勢。 關鍵詞：開放式；數控系統；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‘an．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 開放式數控系統產生的背景 當今隨著技術、市場、生產組織結構等方面的快速變化，數控技術的發展面臨著許多新的挑戰。不斷出現的新的加工需求．要求數控系統具有迅速 高教、經講地面向客戶的模塊化特性和軟硬件重構能力，而且這種重構能力所需的成本和周期較目前將有大的改觀。逐步降低生產廠家對控制系統的高依賴性．大幅度降低維護和培訓費用，改變以往數控系統封閉性設計模式，適應未來車間面向任務和定單的生產模式，使得底層的生產控制更簡便、有效。數控系統的供應商提供主機，生產廠家把自己的專利技術集成到系統中，這種機制，生產廠家無需向系統供應商提供任何自己技術秘密。因此尋求一種能很好解決上述問題的新的控制系統的發展模式已成為必然。數控系統的制造商、集成者和用戶都希望“開放式的控制器”，能夠自由地選擇數控裝置、驅動裝置、伺服電機、應用軟件等數控系統的各個構成要素．并用規范的、簡便的方法將這些構成要素組合起來。開放式數控系統（OPEN NUMBER ODNTROL SYSTERM，以下簡稱ONC）應運而生。 2 開放式數控系統的發展現狀 2.1 美國ONC概況 國家制造發展中心（0Ac）進行了3方面的研究：（1）新一代控制器；（2）低價控制器；（3）開放化模塊結構控制器。 2.2 日本ONC概況 開放式數控系統（OSE）研究會1996年公布了其取得的成績：（1）提出了ONC參考模型，并轉化為宴裝模型；（2）開發了基于個人計算機的接口系統；（3）提出并開發了OSEL 語言；（4）開發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）開放式數控系統的基本規范；（2）擬定了中性的可以用于數控系統、機器人、可編程控制器和單元控制器的統一結構；（3）開發了第一批示范性的應用軟件模塊。 2.4 我國ONC概況 “八五”期間，我國成功開發了2種數控平臺和中華I型、航天I型、藍天I型、華中I型等4種基本系統，利用總線式．模塊化；開放型，嵌入式；多渠道軟，硬件結構。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 開放式數控技術的基本特征 3．1 ONC的概念 參照IEEE關于ONC的有關規定，我們認為：一個真正意義上的ONC必須提供不同應用程序運行于系統平臺之上的能力；提供具有面向功能的動態重構工具；提供統一、標準化的應用程序界面。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。（1）開放性．提供標準化環境的基礎平臺，允許開發商的不同軟、硬件模塊介入；（2）移植性．不同應用程序模塊可運行于不同生產商提供的系統平臺．同時系統軟件可運行于不同特性的硬件平臺之上；（3）擴展性，其功能的增減僅表現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，并且不影響系統的正常協調運行；（5）操作性．標準化的接口、通訊和交互模型。因此ONC從一個全新的角度分析和實現了數控系統的控翩功能，強調向模塊化、平臺化、工具化和標準化發展。 3．2 ONC發展的指導思想 3.2.1 最大可能地利用個人計算機軟、硬件技求 個人計算機具有可靠性和計算能力，硬件實現標準化。運行軟件具有諸多功能，如友好的界面、圖形顯示、動態仿真、數控編程、故障診斷、網絡通訊等。采用程序開發工具，用通用編程語言編制軟件模塊代替原有模塊，便于生產商和用戶瀑加自身具備獨特技術訣竅的功能模塊。 3.2.2 模塊化 數控系統的模塊化建立在各功能要素的邏輯分析之上，實現模塊之間的標準聯結，實現即插即用。 3.2.3 動憊配置系統 為實現更靈活的配置和更友好的操作，ONC能夠實現在系統啟動l運行狀態下．完成系統的動態配置；其實現是基于系統拓撲結構的動態生成，包括構成要索、參數化構成要素的功能、構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要求所定義的數據結構 命名習慣、用戶接口外觀等有利于不同系統平臺的實現。就軟件講，采用分層設計或客戶棚匪務器模式設計應用程序，將與敢、硬件有關的 部分置于底層，便于替換，實現移置。 3.2.5 可擴展性 ONC實現用戶或者二次開發者安全、有效地將自己軟件集成到個人計算機系統中，形成自己的專用系統。其方法有二：一是固定模塊內部結構，預留插人用戶專用軟件接 口；二是提供用戶意見API（APPLICATION PROGRAMINTERFACE）函數和編程規范，供用戶創建專用模塊。 3.2.6 鼓勵產業界參與 ONC發展需求開放性氛圍，鼓勵企業積極參加研究工作，企業主動參與或主持有關研究。 4 開放式數控系統的結構 根據前述定義，其結構分兩部分：統一的系統平臺和由各功能結構單元對象（ARCH1TECTURE OBJECT）構成的應用軟件模塊。 4.1 系統平臺 系統平臺由系統硬件和軟件構成 硬件由功能需求決定。軟件分3部分：（1）系統核心如操作系統、通訊系統、狀態的實時配置系統等；（2）可選的系統軟件如數據庫系統圖形系統等；（3）標準的應用程序界由f（AI 1），它是系統功能單元對象進人系統平臺的唯一途徑．臆含了系統平臺提供服務的真實實現，使得軟、硬件獨立，同時不同功能元對象在各種類型平臺有統一的界面。系統核心是控翩運行基礎，系統內部通訊參照ISOADSI模型，遵循面向消息的通訊機制。系統與外部上級通訊基于標準協如：,MAP，CN—MA；系統與下層系統通訊適用標準的驅動接口和時域總線。實時配置系統是ONC發展關鞋。系統平臺開發的關鍵是面向對象軟件技術、軟件重構技術、通訊技術以及接口規范的建立和應用。 4．2 系統參考結構 它精確地描述了功能元與功能模塊之間的關系、模塊間的關系，定義了模塊和功能元行為及屬性，模塊和功能元與系統平臺間界面。保證不同廠家的功能模塊在不同平臺上工作。參考結構的開發性、柔性、控翩功能單元的有效性．是控制功能既獨立叉協調的保證：系統結構建立的關鍵是，在分析原有系統功能和實現的基礎上，應用成組技術、面向對象技術等工具，將功能分解，提取控制功能共性和特殊性，規定功能模塊和功能元行為和它們相互操作界面。 個人計算機是ONC發展的主要途徑，大致分兩種：一是計算機為主體，加控制系統主要控制部分；二是控制系統為主，加計算機有關部分。它們目前均廣泛適用。個人計算機數控系統主要有3種：（1）控制板插凡計算機內 （2）計算板插凡控制系統中；（3）軟件數控。 5 開放式數控系統面臨的問題及發展趨勢 ONC發展的主要目的是解決變換復雜的要求與控制系統專一固定的框架之問的矛盾．實現控制系統的易變緊湊和廉價。 從技術上看ONC發展的任務，大致有5方面：控制；感測；接口；執行器；軟件。 5.1 控制囂技術方面 控翩器由CPU、I/O、存儲器等3部分構成。在個人計算機ONC方面，為提高其智能化，要求傲到：（1）生產商根據產品的扭矩 電力容器、功率，可以自由地選擇電機和放 大器；（2）可編程控制器（PLc）的輸人點數和處理速度，可以根據產品任意選擇；（3）自由曲線、自由曲面形成的插補函數成組化；（4）標準化軟件的范圍進一步擴大；（5）有各種 適用的CPU；（6）自由曲面加工，在有大量數據處理時，可以增設寄存器。 5.2 接口技術方面 接口技術具體包括運動接口、人機接口 網絡接口。個人計算機ONC進一步要求網絡化，要求做到：（1）情報功能和操作標準化；（2）接受企業單位的CAD／CAM／CAE等情 報：（3）接受生產情報 數據庫情報；（4）實現與工廠里CAD／CAE／CAT系統的聯結。 5.3 感測技術方面 ONC發展要求智能化、無人化、集成化，具備完善的感測系統，具備高的靈敏度。 5.4 執行技術方面 ONC發展要求開發和研制各種執行器，如：高速切削主軸、汽（液）壓靜軸承 高速移動電機，高精度定位電機等等。 5.5 軟件技術方面 ONC發展要求：（1）應用高級語言敘述情報；（2）簡明記述自由曲線和自由曲面；（3）滿足不同水平的數據表述；（4）專用宏命令有一定通用性；（5）積極應用網絡功能。 ONC面臨的課題：一致性人機界面（MMI）；軟件為基礎的控制器；重視實時控制（RTOS—YEAL TIME OPERA—TION SYSTERM）的開放與應用；由人機界面開放、內核有限開放向外核完全開放發展；具備網絡功能。 ONC發展的未來趨勢：在控制技術、接口技術、感測技術、執行技術澈件技術等5方面開發優質、先進、適銷、經濟、合理、開放的數控系統；需要利用新的加工表述語言，簡化設計、生產準備、加工過程．減少數據存儲量，用64位CPU實現三維曲面加工，進一步適應高精度、高效率、高自動化要求；實現網絡化，進一步實現自動化生產的無人化、智能化、集成化。 6 結 論 ONC發展是歷史的必然，當前發達國家正緊鑼密鼓地進行該方面的研究．為我國數控產業發展提供了良好契機，國家應重點扶持和支持該領域的研究，使我國在今后的國 際市場競爭中立于不敗之地。 參考文獻 [1] 吳祖育，童勁松，陸志強．柔性自動化核心技術展望—— 開放式數控系統．DIE andTECHNOLOGY，1999，（3）：94—96． [2] 張毛亮，解旭輝，李圣怡．開放性數控技術的發展 機電工程，1999．（4）：66—69， [3] 陳循介當今世界機床數控系統開放化發展新動向．磨床與磨削，1997，（7）：5—6． 點擊此處下載原文