進入20世紀90年代以來，由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了數(shù)控機床技術(shù)更快地更新?lián)Q代盾致。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。制約開放式數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的因素很多荣暮，其中最主要的一個問題就是標準化庭惜。
美國的可重構(gòu)制造系統(tǒng)工程研究中心曾于1999年舉辦了一個專家研討會，與會人員是機床廠商嗡窑、數(shù)控系統(tǒng)廠商和用戶中的各領域?qū)＜易讯郏谟懻撻_放式數(shù)控系統(tǒng)今后的研究方向時，很多人的回答是:“建立所有數(shù)控系統(tǒng)廠商都支持的通用結(jié)構(gòu)”夭蹦，“沒有什么需要研究的航赦，只需要建立一系列標準”。由此可見，標準化工作在開放式數(shù)控系統(tǒng)研究中的重要作用犹狮。

全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會秘書長黃祖廣先生

“數(shù)控系統(tǒng)要升級优学，標準化須先行∠洳兀”黃祖廣秘書長如是說陡敞。

 1. 何為開放式數(shù)控系統(tǒng)
開放式數(shù)控系統(tǒng)是全模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，模塊組件具有互換性鲜堆、伸縮性撮点、互操作性和可移植性。開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為系統(tǒng)平臺和應用軟件兩大部分方仿。系統(tǒng)平臺由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)硬件包括組成系統(tǒng)的各種物理實體统翩；系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)仙蚜、通信系統(tǒng)、設備驅(qū)動程序以及其他可供選擇的系統(tǒng)程序厂汗。
開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)委粉，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的娶桦，由于有充足的軟贾节、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進行的系統(tǒng)集成得到有力的支持衷畦，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便栗涂，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應用祈争，既可通過升級或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)斤程，又可通過擴展構(gòu)成不同類型數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短菩混。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級忿墅，結(jié)構(gòu)上不必變動。這種技術(shù)正好滿足了數(shù)控機床性能向高精度棍潜、高速度恭吊、高柔性化方向發(fā)展需要，是將來數(shù)控技術(shù)發(fā)展的大勢所趨针如。
黃秘書長說：“建立開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關鍵是在掌握和分析現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的功能和技術(shù)的基礎上仓判，有效利用成組技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等工具锨飞，將系統(tǒng)功能進行分解和劃分诫幼，吸取各種控制功能的共有屬性和各自特性，明確和定義各功能模塊和功能單元的作用以及它們的相互操作界面〕嵫辏”
數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部模塊與模塊之間的相互通信诈金，以及數(shù)控系統(tǒng)與外界(如與伺服系統(tǒng))的信息傳遞都是通過相應的接口實現(xiàn)的。只有接口符合國際標準或行業(yè)標準臊娩，多個廠商的產(chǎn)品才能協(xié)調(diào)地組合在一起拐棺，從而滿足可互換、可擴展框全、可移植和互操作等開放性要求察绷。因此，真正的開放式數(shù)控系統(tǒng)津辩，其接口必須符合標準拆撼。

2. 發(fā)達國家開放式數(shù)控系統(tǒng)研究進展
實際上，如何有效地利用已經(jīng)實現(xiàn)的技術(shù)成果喘沿，實現(xiàn)控制器軟件的拼裝闸度，快速響應市場，是各國控制器制造廠商和有關研究機構(gòu)研究的熱點蚜印。旨在實現(xiàn)上述目標的開放式控制器的研究成為20世紀90年代以來制造裝備控制器領域的重要技術(shù)方向莺禁。
(1) 美國的NGC和OMAC計劃　美國政府為了增強其制造業(yè)的持久發(fā)展能力和在國際市場上的競爭力，由國防部委托馬墩场－馬瑞塔航天研究所斥資2400萬美元研究的NGC（The Next Generation Work-station/Machine Controller）計劃哟冬，作為具有開放性結(jié)構(gòu)的提案，受到關注忆绰。
該計劃已于1994年完成了NGC原型研究浩峡，并已轉(zhuǎn)入工業(yè)開發(fā)應用。例如美國Ford央颈、GM和Chrysler等公司在NGC計劃的指導下藻清，聯(lián)合提出了OMAC(Open Modular Architecture Controller)開發(fā)計劃，提出了系統(tǒng)基礎框架械耙，信息庫管理诗差、任務調(diào)度、人機接口袖蝙、運動控制搪狈、傳感器接口等構(gòu)造了完整體系結(jié)構(gòu)。該計劃的實現(xiàn)將使系統(tǒng)制造廠羊耸、機床廠和最終用戶分別從縮短開發(fā)周期延幻、降低開發(fā)費用、便于系統(tǒng)集成和二次開發(fā)葵伟、簡化系統(tǒng)使用和維護等方面受益林品。Cincinnati Milacron從1995年開始在其所生產(chǎn)的加工中心词惭、銑床、車床及激光加工等設備中采用開放式體系結(jié)構(gòu)的A2100系統(tǒng)(應用雙處理器組成增队，Windows NT操作系統(tǒng)的多任務扣墩、多過程、多功能的開放式系統(tǒng))扛吞，還有DELTA TAU公司利用NGC和OMAC等協(xié)議呻惕，采用PC機+PMAC控制卡構(gòu)成的PMAC開放式CNC系統(tǒng)，獲得了良好的應用效果滥比。
(2) 歐洲國家的OSACA計劃　1991年10月亚脆，控制系統(tǒng)計劃OSACA（Open System Architecture for Controls within Automation System）在整個歐洲開始實施。其研究目標是研制出自動化系統(tǒng)中的開放式控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)盲泛。參加單位來自歐洲的11家機床廠濒持、控制器廠商和高等院校。其后續(xù)計劃OSEAN現(xiàn)在還在實施中寺滚。
OSACA計劃事實上分三個階段：OSACA I弥喉、OSACA II和IDAS OSACA。OSACA I 完成了規(guī)范和應用指南的制定玛迄；OSACA II則為系統(tǒng)平臺提供了軟件模塊儲組合(Software Module Pool)，包括開發(fā)一個標準的棚亩、通用的OSACA系統(tǒng)平臺及一系列的標準組件蓖议；IDAS OSACA（Information Dissemination and Awareness Action）則致力于推廣OSACA的思想及與其他開放系統(tǒng)組織如OMAC、OSEC進行交流腹瞒。截止目前毁几，OSACA計劃的三個階段的工作全部完成。
(3) 日本的OSEC計劃　OSEC(Open System Environment for Controller)計劃是在日本國際機器人和工廠自動化研究中心IROFA建立的開放式數(shù)控委員會的倡導下孝尺，由三個機床廠(Toyoda陵租、Toshiba、Mazak)洼宪、一個系統(tǒng)廠(Mitsubishi)和二個信息公司(SML育床、日本IBM)發(fā)起的。其目的是開發(fā)基于PC平臺的绒霹，具有高性能價格比的開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)松浆。但到目前為止，也只是處于試驗階段擅啸，并未形成商業(yè)化的產(chǎn)品旧晴。

 3. 我國的開放式數(shù)控系統(tǒng)簡況
我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)，目前雖然還處于發(fā)展階段碎领，但通過“八五”攻關已形成的華中I型遮尚、航天I型等四個基本系統(tǒng)誊涯，都屬于有自主版權(quán)的開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，都是利用PC機組成數(shù)控系統(tǒng)蒜撮，使得CNC重點由硬件轉(zhuǎn)向軟件暴构，為我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩解硬件生產(chǎn)上的“瓶頸”制約，從而加快生產(chǎn)實用產(chǎn)品和實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)淀弹。如1999年在北京舉行的國際機床展覽會上丹壕，武漢華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司率先推出了開放式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)原型機，實現(xiàn)了通過Internet遠程操作控制異地數(shù)控機床薇溃；華中數(shù)控還在江蘇常柴股份公司將其模具車間的5臺加工中心和一臺仿形數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)菌赖，可在遠程異地設計、編程沐序，然后通過Internet網(wǎng)絡傳送和共享零件加工程序琉用，實現(xiàn)了CAD/CAM/CNC的網(wǎng)絡集成，大大提高了生產(chǎn)效率和設備的利用率策幼。
在“九五”期間邑时，在國家有關單位的支持下，多家研究單位聯(lián)合承擔了有關開放式控制器的研究特姐，對開放式控制器研究的意義有高度的認同晶丘，對開放式控制器的主要矛盾有了較深刻的認識，在短期內(nèi)取得了相當難得的成果裁鸦。為我國進一步研究象体、開發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng)和制訂相應的標準打下了良好基礎。
與此同時肮脱，對開放式數(shù)控系統(tǒng)的相關標準的研究制訂也同期展開档改，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出，掛靠在北京機床研究所的全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會專門成立了“開放式數(shù)控系統(tǒng)（ONC）國家標準制訂委員會”夜痊，從事我國開放式數(shù)控系統(tǒng)的標準研究及制訂谅囚，經(jīng)多家研究單位合作研究、起草淆捆，制定了GB/T18759.1－2002《機械電氣設備　開放式數(shù)控系統(tǒng)　第1部分：總則》該標準規(guī)定了開放式控制器的功能特征雄防、系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)和通信接口。
在此后暑懊，國家科技部“863計劃”的支持下怒晕，又進一步對開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)技術(shù)標準進行了研究和制訂，即現(xiàn)正在報批過程中的 GB/T18759.2－XXXX《機械電氣設備　開放式數(shù)控系統(tǒng)　第2部分：體系結(jié)構(gòu)》國家標準路学。開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)標準的研究與制訂嚼吞，對我國開放式控制器的研究提出了指導性意見，被業(yè)界廣泛認同蹬碧。

4. 實施數(shù)控系統(tǒng)標準化的重大意義
談起實施數(shù)控系統(tǒng)標準化的意義舱禽，黃祖廣用“三個有利于”作了闡述：
一是有利于國產(chǎn)設備互配互聯(lián)和產(chǎn)品替換炒刁，使眾多控制器企業(yè)形成強勢的配套能力。目前誊稚，國際上具有壟斷地位的控制器廠商具有很強的產(chǎn)品配套能力翔始，能夠全面提供制造裝備的自動化控制解決方案。而國產(chǎn)控制器產(chǎn)品里伯，僅在局部功能上能夠取代進口控制裝置城瞎，因技術(shù)和制造水平的差距很難全面與進口控制器產(chǎn)品競爭。開放式控制器設備層信息互聯(lián)標準化可以使國產(chǎn)設備實現(xiàn)互配互聯(lián)疾瓮，發(fā)揮各自的技術(shù)專長和技術(shù)優(yōu)勢脖镀，形成競爭合力，為用戶提供更方便的選擇狼电。
二是有利于制造裝備底層信息的采集和集成蜒灰，為組建工廠自動化系統(tǒng)奠定良好的技術(shù)基礎。開放式控制器設備層信息互聯(lián)標準化有利于控制器采集底層設備的信息哥钉，更有利于制造信息的集成蜗原，為制造業(yè)的信息化提供最基層的信息支持。
三是有利于設置技術(shù)準入門檻峦铲，保護國產(chǎn)控制器產(chǎn)業(yè)嗤锯，為自主知識產(chǎn)權(quán)的控制器產(chǎn)品和相關技術(shù)的發(fā)展提供機會和空間。
勿庸置疑筑轻，數(shù)控系統(tǒng)標準化的實施對于我國發(fā)展中的數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生巨大影響校槐。中國機床工具工業(yè)協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會理事長陳吉紅也多次呼吁：加大在高檔數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字交流伺服驅(qū)動自主技術(shù)研發(fā)的支持力度泳厌，組織國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)制訂下一代高檔數(shù)控系統(tǒng)標準體系結(jié)構(gòu)的規(guī)范和協(xié)議，形成中國數(shù)控系統(tǒng)的國家標準液斩，從戰(zhàn)略高度解決我國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸問題起驱。

5. 實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)標準化任重而道遠
然而，目前的標準如《總則》與《體系結(jié)構(gòu)》谤赛，只涉及概念層次鹊获。由于缺少系統(tǒng)平臺方面的規(guī)定，還有一系列如“接口規(guī)范”追城、“軟件規(guī)范”刹碾、“硬件條件”等內(nèi)容尚未制訂，使得相關標準缺乏可操作性座柱。與國際比迷帜，就總體而言，我們所生產(chǎn)的開放體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還僅僅處于初始階段色洞，最大問題是開放性不夠戏锹，接口界面還談不上標準化冠胯，不可能實現(xiàn)互換和互操作，要方便地進行二次開發(fā)的開放程度還遠未達到锦针。
目前荠察，有關開放式控制器設備層信息互聯(lián)的相關技術(shù)研究和標準化是有關產(chǎn)品開發(fā)的重要技術(shù)問題。在開放式技術(shù)和相關標準的引導下奈搜，目前國內(nèi)控制器廠商已經(jīng)普遍認同基于PC架構(gòu)的控制器體系結(jié)構(gòu)悉盆，但在控制器與伺服驅(qū)動裝置、控制器與I/O系統(tǒng)馋吗、智能I/O系統(tǒng)焕盟、邏輯控制系統(tǒng)間的信息交互標準方面并沒有達成標準。
　　談到這個問題皿掂，黃祖廣秘書長也表現(xiàn)出了某種擔憂瓣车，他說：“和發(fā)達國家相比，我們在技術(shù)上還有很大差距般供。另外菠贡，我們在數(shù)控系統(tǒng)標準化研究方面的投入不夠，企業(yè)對標準化工作重視不夠栅告，以及我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)尚未形成強勢企業(yè)睛至。”
　　“這種局面對于稚嫩的國產(chǎn)控制器產(chǎn)業(yè)是非常不利的域抚，特別是各種工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)快速瓜分工業(yè)自動化領域的局面已經(jīng)初見端倪治部。如果不采取相應的行動，很有可能導致國產(chǎn)控制器全行業(yè)被國際壟斷廠商牽著走涵蔓，甚至被輕易扼殺沧蛉。”

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