开放式数控系统 [开放式数控系统刍议]

时间：2019-02-18 03:23:57　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　随着市场全球化的发展，市场竞争空前激烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，其生产的产品不仅要求物美价廉，而且要求交货时间短、售后服务好、能满足用户的各类特殊需要，也就是要求产品具有个性化。这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式数控系统。
　　
　　一、数控系统“开放”的要求
　　
　　(一)生产系统的要求。
　　随着计算机系统的发展，特别是网络技术的发展，CIMS的实现形式将从大型主计算机和大规模数据库为中心的集中型，向以个人计算机的小型计算机互相连接、配置成网络的分散发展。
　　
　　(二)生产设备的客观需要。
　　控制器生产企业提供的数控系统大多是全功能的数控系统，数控中的许多参数都需要根据机床的实际情况设定。在这种情况下他们都希望数控系统具有一定的“开放性”，即具有高度模块化的结构，可以重新配置、修改、扩充和改装。
　　
　　(三)机床制造企业的推动作用。
　　长期以来数控设备制造企业和机床制造企业是各自独立开发产品的，数控企业不断丰富系统的功能，但在数控机床实际应用中，并不一定需要庞大的系统功能支持。另一方面，机床制造厂和用户有许多经验而这些经验不可能与数控装置的生产厂共享，很难融入到已有的数控系统中去。
　　
　　二、开放式数控系统的特征
　　
　　什么是开放式数控系统?目前尚未形成统一的定义，但一般认为其应具有下列特征。
　　
　　(一)模块化。
　　具有高举模块化的特征，采用分布式控制原则，采用系统、子系统和模块分级式的控制结构，其构造是可移植和透明的。
　　
　　(二)标准化。
　　“开放”是在一定规范下的开放，并非毫无约束的开放。需要制定一个标准来约束各类机床控制器的研发。
　　
　　(三)可再次开发。
　　应当允许用户进行第二次开发。根据需要可方便地实现重构、编辑，以便实现一个系统多种用途。
　　
　　(四)平台无关性。
　　开放时体系结构中各模块相互独立，系统厂、机床厂及最终用户都能够很容易独立开发一系列专用功能和其他有个�的模块。
　　
　　(五)适应网络操作方式。
　　作为开放式控制器应当考虑到迅速发展的网络技术及其在工业生产领域的应用。要具有一种较好的通信和接口协议，一边各相对独立的功能模块通过通信实现信息交换，满足实时控制需要。
　　开放式数控系统应该是一个模块化、可重够、可扩充的软硬件控制系统。基于PC和Windows操作系统的开放式数控系统(OpenCNC)是当前数控技术的研究热点和发展方向。
　　
　　三、开放式数控系统的分类
　　
　　(一)基于运动控制器的控制系统。
　　运动控制(包括轴控制和机床逻辑控制)功能由独立的运动控制器完成，其上配有专用控制芯片(如DSP)完成运控功能，控制软件由控制器生产厂商设计完成，用户无法修改。运动控制器通常由以PC插件(符合ISA或PCI总线标准)形式的硬件或通过网络连接的嵌入式系统实现。数控上层软件(数控语言解释器／人机界面等)以PC为计算平台，是主流操作系统上的标准应用并支持用户定制。
　　
　　(二)在开放系统基础上，运动控制器以应用软件的形式实现。
　　除了支持数控上层软件的用户定制外，其更深入的开放性还体现在支持运动控制策略(如插补算法)的用户定制。外围连接主要采用计算机的相关总线标准。由于实时控制软件由PC机实现，因此通常选用实时操作系统。对于非实时的操作系统(如WindowsNT／2000)，则需嵌入实时操作内核。
　　
　　四、开放式数控系统的现状与发展
　　
　　近年来，发展基于PC的数控系统，已经成为世界各国发展研究的重点。现在世界上许多国家和地区众多战略发展计划纷纷出台，如欧洲OSACA、日本OSEC、美国0MAC等计划，基本代表了开放式数控系统的发展现状。
　　
　　(一)欧洲OSACA计划。
　　OSACA计划是1990年由欧共体国家的x家控制器开发商、机床生产商、控制系统集成商和科研机构联合发起的，并于1992年5月正式得到欧盟的认可，纳入欧盟ES-PRIT-Ⅲ项目计划。OSACA控制系统在结构上分为两部分，即应用软件和系统平台。若将各种针对具体控制任务所开发出的遵守统一接口规范的应用软件模块(即图中的功能单元AO)，“插到”不同制造商提供的标准平台上，通过应用程序接口，便可获得来自平台的服务(这些服务涉及数据库、图形、系统配置、通信和操作系统等)，组成具有特定功能的数控系统。
　　
　　(二)日本OSEC计划。
　　OSEC由东芝机器公司、丰田机器厂和Mazak公司和日本IBM、三菱电子及SML信息系统公司共同组建。其目的是开发基于PC平台的、具有高性能价格比的开放式体系新一代数控系统。
　　
　　(三)美国OMAC计划。
　　美国的汽车工业为解决自身发展过程中碰到的一系列问题，由克莱斯勒、福特和通用三大汽车公司于1994年开始了一项名为“开放式、模块化体系结构控制器OMAC”的计划。该计划的目标是降低控制系统的投资成本和维护费用，缩短产品开发周期，提高机床利用率，提供软硬件模块的“即插即用”和高效的控制器重构机制，简化新技术到原有系统的集成，从而使系统易于更新换代，尽快跟上新技术的发展，并适应需求的变化。
　　由于OMAC的成员是控制器的用户而不是开发商，这就决定它产品化、实用化步伐不可能很快。事实上美国工业界认为OMAC是一种概念，而不是一种控制器或标准。0MAC自身也意识到这一问题，它目前正逐步与OSACA等进行联合。
　　以上三个计划分别提出了三个不同的标准化软件模块。目前，在世界范围内还没有形成统一标准的硬件和软件平台以及标准的用户界面。
　　开放式数控系统是数控技术发展的主要方向，而基于PC的网络化数控系统也将是先进制造技术发展的方向之一。因此，随着PC技术、机械制造技术、网络通讯技术以及智能化的发展，开放式的PC-NC将会得到更快的发展。总之，数控技术经过进一步的发展，必将跨入更先进的时代。

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