1 數(shù)控系統(tǒng)開放的概念及途徑

1. 概念

1. 可互操作性。通過提供標準化接口声锤、通信和交互機制傲枕，使不同功能模塊能以標準的應(yīng)用程序接口運行于系統(tǒng)平臺之上，并獲得平等的相互操作能力衙文，協(xié)調(diào)工作辩芦。
2. 可移植性。系統(tǒng)的功能軟件與設(shè)備無關(guān)浆菇，即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式遥加、交互模型、控制機理竣伍，使構(gòu)成系統(tǒng)的各功能模塊可來源于不同的開發(fā)商扛吞，并且通過一致的設(shè)備接口，使各功能模塊能運行于不同供應(yīng)商提供的硬件平臺之上。
3. 檔次皆宜性。CNC系統(tǒng)的功能柑营、規(guī)模可以靈活設(shè)置，方便修改，既可以增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用州胳。
4. 可互補性记焊。指構(gòu)成系統(tǒng)的各硬件模塊、功能軟件的選用不受單一供應(yīng)商的控制栓撞，可根據(jù)其功能遍膜、可靠性及性能要求相互替換，而不影響系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)運行瓤湘。

1. 開放途徑

1. 開放人機控制接口同肆。
   這種方式允許開發(fā)商或用戶構(gòu)造或集成自己的模塊到人機控制接口(Man-Machine Interface,MMI)中。這一手段為用戶提供靈活制定適用于各自特殊要求的操作界面和操作步驟的途徑唧谊，一般使用于基于PC作為圖形化人機控制界面的系統(tǒng)中末尤。
2. 開放系統(tǒng)核心接口。此方式除了提供上述方式的開放性能外露惑，還允許用戶添加自己特殊的模塊到控制核心模塊中组伐。通過開放系統(tǒng)的核心接口，用戶可按照一定的規(guī)范將自己特有的控制軟件模塊加到系統(tǒng)預(yù)先留出的內(nèi)核接口上呛靡。
3. 開放體系結(jié)構(gòu)

開放體系結(jié)構(gòu)的解決方案是一種更徹底的開放方案硕帖。它試圖提供從軟件到硬件，從人機操作界面到底層控制內(nèi)核的全方位開放铅鲤。人們可以在開放體系結(jié)構(gòu)的標準及一系列規(guī)范的指導(dǎo)下划提，按需配置成功能可繁簡枫弟、性能可高低、價格可控制鹏往、不依賴于單一賣方的總成系統(tǒng)淡诗。

     控制系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)將導(dǎo)致新一代控制器的產(chǎn)生，并成為未來制造業(yè)的一大支柱伴竹。因此徊岂，歐美及日本各國都相繼進行了大量研究工作，并出臺了各自的開放式體系結(jié)構(gòu)規(guī)范报叁。
 
     1989年田漓，美國由政府資助的NGC(Next Generation Controller)研究計劃，作為開放性結(jié)構(gòu)控制器的標準提案受到了廣泛關(guān)注付找。NGC與傳統(tǒng)CNC的顯著差別是它基于“開放體系結(jié)構(gòu)”歧胃，其首要目標是開發(fā)“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準規(guī)范”(Specification for an Open System Architecture Standard, SOSAS)，此規(guī)范用來管理工作站和機床控制器的設(shè)計和結(jié)構(gòu)組織艰争。NGC計劃于1994年完成了原型研究坏瞄，并轉(zhuǎn)入了工業(yè)開發(fā)應(yīng)用。例如甩卓，美國Ford鸠匀，GM和Chrylser等公司在NGC計劃的指導(dǎo)下，聯(lián)合提出了OMAC(Open Modular Architecture Controller)開發(fā)計劃逾柿。該計劃定義了一個應(yīng)用于汽車工業(yè)的開放缀棍、模塊化體系結(jié)構(gòu)控制器的規(guī)范，其硬件繼承了VME系列的VMS机错。盡管目前還不夠完善睦柴，但由于“API的接口層”的標準化诽凌，使用戶能夠充分發(fā)揮自己的主動性，從而可裝入自己所需的獨特功能坦敌；甚至可以裝入Windows OS侣诵，將CAM等現(xiàn)有的PC機資源移植到控制器中；同時狱窘，利用實時數(shù)據(jù)庫杜顺，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、便攜化愈饲，具有極高的實用價值卿才。實現(xiàn)OMAC的好處在于能減少投資和生產(chǎn)周期的費用，容易將市場化的通用技術(shù)與用戶自身的專有技術(shù)融為一體碴纺，從而能高效地重構(gòu)用于新程序的控制器本博，使得不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)能及時植入。
 
      與NGC同步仇习，日本一項面向21世紀制造產(chǎn)業(yè)的長期研究計劃——智能制造系統(tǒng)(Intelligent Manufacturing System,IMS)也在討論中何大，該項計劃由日本工業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)，同時梆载，也與其他國家合作摇蝗。1990年，日本IMS中心成立撵刷。1994年裆蛆，歷時10年的IMS計劃日程表發(fā)表并開始啟動，大部分計劃都與先進制造系統(tǒng)與自動化相關(guān)褐袒，如多功能機床系統(tǒng)啼术、敏捷制造系統(tǒng)、基于知識的人工智能表達式系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等载碌。這些計劃對將來控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展將產(chǎn)生深遠影響摇天。同時，日本還啟動了另一項開放系統(tǒng)計劃——OSEC(Open System Environment for Controller)計劃恐仑。其主要內(nèi)容是基于PC平臺的開放式系統(tǒng)泉坐，宗旨就在于確定“不依賴于特定賣主的開放性控制器”的結(jié)構(gòu)。這一計劃由3家機床企業(yè)(東芝機械裳仆、豐田工機腕让、山崎)與3家信息系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)(日本IBM、三菱電機歧斟、SML)發(fā)起纯丸，提出了控制器的分層模型，明確了各層次模塊的功能静袖、服務(wù)內(nèi)容及接口規(guī)范觉鼻。此外俊扭，還定義了一種新的NC語言——FADL語言。目前坠陈，該組織已經(jīng)發(fā)展到由18家公司和一家社團共同參與的致力于推進CNC系統(tǒng)開放化的協(xié)會贝泞。
 
     面對國際市場的形勢和制造業(yè)的發(fā)展趨勢，歐洲采取的對策是：聯(lián)合起來發(fā)揮各家的長處蘸错，積極吸收世界上各種新技術(shù)牡罚，開發(fā)滿足世界市場尤其是亞洲市場的產(chǎn)品。要達到這一目的冬溯，首先要具有能容納或聯(lián)合各家技術(shù)的新型控制器缰伶。早在1987年11月，在德國機床廠聯(lián)合會(VDW)的支持下录教，就曾由斯圖加特大學(xué)的制造控制技術(shù)研究所(ISW)對“未來控制技術(shù)”進行了研究壮煎，提出的新型控制器方案的原則為：可組配、模塊化和開放式字瘫。1991年10月触迄，一項涉及歐洲各國的控制系統(tǒng)計劃OSACA(Open System Architecture for Control within Automation System)開始啟動，它是歐洲各國的合作計劃斩角，立足于提高機床和控制系統(tǒng)制造商在世界市場中的競爭力夷呐。項目工期從1992年5月到1996年5月瞻窗，歷時48個月伶丐。其主要任務(wù)是制定一個與制造商無關(guān)的開放控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。OSACA計劃的成功將減少新產(chǎn)品的上市時間疯特，提供更強的客戶定制功能和柔性程度哗魂，減少了開發(fā)、維護漓雅、培訓(xùn)和文檔建立的費用录别。

3 結(jié)束語

    采用開放式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家和用戶都有好處。對于控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家邻吞，他們可在共同的標準平臺上建立廣泛的合作组题，實現(xiàn)協(xié)作式開發(fā)，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期抱冷，降低了成本崔列，增強了產(chǎn)品競爭力；對于機床生產(chǎn)廠旺遮，不僅可以根據(jù)需要配置最合適的控制系統(tǒng)赵讯，還可將自己獨特的軟件集成到系統(tǒng)控制器，形成自己的產(chǎn)品特色耿眉；最終用戶可以說是開放式控制系統(tǒng)的最大受益者边翼，他們可以最大限度地按照自己的需要選擇產(chǎn)品淳某，配備合適的功能部件，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成和擴展徽七，同時馍上，開放也使系統(tǒng)的操作、維護更為方便敞灸。此外漾肩，控制器的結(jié)構(gòu)開放性也為數(shù)控技術(shù)能持續(xù)不斷地吸收日新月異的計算機硬軟件最新成果創(chuàng)造了條件，有利于數(shù)控產(chǎn)品自身的更新?lián)Q代区酷，提高性能掘鱼，增強競爭力。這也正是開放式NC控制器之所以被各發(fā)達國家視為重要的戰(zhàn)略技術(shù)丛幌、紛紛投入研究的重要原因鸣拦。
 
     我國是一個機床生產(chǎn)和應(yīng)用大國，但數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平還不高懒碍，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高葱妒。國際上的相關(guān)開發(fā)計劃對我國的數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也帶來了機遇缝驳。首先连锯，開放系統(tǒng)計劃的實施，把世界上所有系統(tǒng)開發(fā)商推到了同一起跑線上用狱。在這個起跑線上运怖，我們可以建立以國際采購為思路的系統(tǒng)集成開發(fā)之路，為我國制造高性能夏伊、高可靠性CNC系統(tǒng)創(chuàng)造條件摇展；其次，通過一致的編程應(yīng)用界面溺忧，容易形成自己的集成方案咏连，進一步減小對賣方市場的依賴性。此外鲁森，隨著開放系統(tǒng)計劃的實施祟滴，統(tǒng)一開發(fā)平臺的建立，將來CNC系統(tǒng)的高技術(shù)附加值將主要體現(xiàn)在軟件上歌溉，為我國發(fā)展民族軟件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了一個良好的契機垄懂。我們應(yīng)充分把握機會，揚長避短研底，迎頭趕上庵恨，研制出適合我國國情的新一代國產(chǎn)高性能CNC控制器。
作者姓名： 游有鵬 董偉杰 張曉峰 王珉
作者單位： 南京航空航天大學(xué)機電工程學(xué)院