隨著市場全球化的發(fā)展， 市場對于適合中小批量加工、 具有良好柔性和多功能性的制造系統(tǒng)的需求已超過對大型單一功能的制造系統(tǒng)的需求，從而要求制造具有較強(qiáng)的市場應(yīng)變能力。這種趨勢促成了一個新概念的產(chǎn)生， 即模塊化、 可重構(gòu)、 可擴(kuò)充的軟件與硬件系統(tǒng)，也就是開放式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠快速、經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)新的加工需求，而且為制造商提供了將其技術(shù)或產(chǎn)品第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性。目前， 世界各國都致力于研究開放式 CNC系統(tǒng)。如歐洲的 OSACA、 美國的 OMAC和日本的 OSEC。
數(shù)控系統(tǒng)的開放性概念出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80 年代末 90 年代初， 是歐美各國為了適應(yīng)機(jī)床制造業(yè)在技術(shù)、 市場和生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)等多方面的新的變化而提出的。 在關(guān)于開放式體系結(jié)構(gòu)的定義， 按 IEEE 的定義，一個開放式控制系統(tǒng)應(yīng)提供這樣的能力： 對于不同的賣主的各種平臺上運(yùn)行的應(yīng)用都能在系統(tǒng)上完全實現(xiàn)，并且能和其他系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行交互操作， 同時具有一致性的用戶界面。因此，開放式系統(tǒng)是指能夠在多種不同的平臺上運(yùn)行，可以和其他系統(tǒng)的應(yīng)用相互操作， 并能給用戶提供一種一致風(fēng)格的交互方式的數(shù)控系統(tǒng)， 也就是在加工機(jī)械專用的 CNC中引入 PC所具有的開放化。
根據(jù)這個定義， 開放式數(shù)控系統(tǒng)是一個模塊化的體系結(jié)構(gòu)， 既有接口的開放性， 又有自身功能的開放性，其應(yīng)具有以下特征開放性提供標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境的基礎(chǔ)平臺， 允許不同功能和不同開發(fā)商的軟件硬件模塊介入。
可互操作性通過提供標(biāo)準(zhǔn)化接口、 通信和交互機(jī)制，使不同功能模塊與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口運(yùn)行于系統(tǒng)平臺之上，并獲得平等的相互操作能力， 協(xié)調(diào)工作?？梢浦残韵到y(tǒng)的功能軟件與設(shè)備無關(guān)， 即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、 交互模型、 控制機(jī)理，使構(gòu)成系統(tǒng)的各個功能模塊可來源于不同的開發(fā)商提供的硬件平臺之上。
可擴(kuò)展性系統(tǒng)的功能、 模塊可以靈活設(shè)置，方便修改， 既可以增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強(qiáng)的系統(tǒng)，也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用?？苫Q性不同功能、 不同可靠性的功能模塊可以相互替代，而不影響系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。
如何使傳統(tǒng)的專用型封閉式系統(tǒng)走向開放， 不同的系統(tǒng)開發(fā)商及研究機(jī)構(gòu)對此提出了一些解決方案。 按開放的層次不同可分為 3 種途徑，它們的開放層次不同， 難度不等，獲得的開放效果也相差很大。這種方式允許用戶構(gòu)造或集成自己的模塊到人機(jī)控制接口中。 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， 一般使用于基于 PC作為圖形化人機(jī)控制界面的系統(tǒng)中。
此方式在上述方式的開放性能外， 還允許用戶添加自己特殊的模塊到控制核心模塊。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。
開放體系結(jié)構(gòu)的解決方案是一種更徹底的開放方案。它試圖提供從軟件到硬件， 從機(jī)操作界面到底層內(nèi)核的全方位開放。人們可以在開放體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)及一系列規(guī)范的指導(dǎo)下， 按需要配置成功能可繁簡、 性能可高低、 價格可控制、 不依賴單一賣方的總成系統(tǒng)。
在具體的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)上，基于 PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)可分為連接 NC型； PC嵌入 NC型； NC嵌入 PC 型； 全軟件型四種類型。下面以 NC嵌入 PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)展開介紹。
嵌入 PC型系統(tǒng)的性能主要決定與運(yùn)動控制卡。構(gòu)成運(yùn)動控制卡的方案主要包括基于單片機(jī)、 基于專用控制芯片和基于數(shù)字信號處理器 （ DSP） 3 種?；?DSP 的運(yùn)動控制卡，可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和功能，與前兩種運(yùn)動控制器產(chǎn)品相比較， 它具有 DSP處理速度快和 PC平臺便于實現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點， 是一種高精度、 高速度、 多軸聯(lián)動、 體積小、 集成度高的新型運(yùn)動控制卡， 可以滿足多軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床等高性能控制系統(tǒng)的要求。
以 PC 機(jī)和運(yùn)動控制卡為基礎(chǔ)構(gòu)建開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺， 方便、 快捷。由于運(yùn)動控制卡是標(biāo)準(zhǔn)化模塊化產(chǎn)品，用戶或生產(chǎn)商只需要根據(jù)具體要求， 選配合適的 PC機(jī)、 運(yùn)動控制卡和執(zhí)行單元模塊， 進(jìn)行硬件系統(tǒng)連接，即可快速完成開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺構(gòu)建。其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
在 NC嵌入 PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用還有處理的運(yùn)動控制卡， 計算機(jī)系統(tǒng) CPU 可以利用計算機(jī)豐富的軟件資源， 專注于人機(jī)界面、 輸入輸出、 預(yù)處理、 發(fā)送指令等弱實時和非實時性任務(wù)； 補(bǔ)償處理、 速度控制、 位置控制等實時性任務(wù)則可由運(yùn)動控制卡上的 DSP處理器來實現(xiàn)， 而無需占用機(jī)的資源。
根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求， 同時參照 Windows 2000 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 在編程語言方面采用 Visual C++作為開發(fā)工具， 基于的數(shù)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。
開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性， 以運(yùn)動控制卡與 PC結(jié)合構(gòu)建的開放式數(shù)控系統(tǒng)中， 運(yùn)動控制卡完成插補(bǔ)運(yùn)算、 位置控制、 速度控制等實時任務(wù)， PC機(jī)實現(xiàn)友好的人機(jī)界面、靈活的系統(tǒng)配置、 增強(qiáng)的外部軟件接口， 同時可以充分利用 PC機(jī)豐富的軟硬件資源，開發(fā)高性能、 智能化、 開放式、 網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)一步地適應(yīng)高度、 高效率、 高自動化的要求。
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