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PAGE 1 对开放式数控系统的研究 摘要：开放式数控系统是当今数控技术发展的主流。在分析传统数控系统封闭体系结构固有不足的基础上，介绍了开放式数控系统的产生的背景、特点，论述了开放式数控系统的现状和发展趋势，归纳了开放式数控系统研究的主要形式，指出了开展开放式数控研究对国产数控技术进步的重要义。 关键词：开放式数控系统；智能化；数控系统；发展趋势 0 前言 1946年在美国诞生了世界第一台电子计算机后，1952年在麻省理工学院诞生了第一台数控机床。至今，数控技术大致经历了4个阶段：1956-1974年，专用硬件NC的时代；1975—1989年，专用计算机数控时代；1990-1995年，基于PC的CNC时代；1996年至今，开始全PC开放式智能化数控新阶段。前3个阶段的NC装置存在着以下局限性：由于计算机的落后，通用CPU的性能不能满足数控系统的实时性要求，必须设计专用的新芯片及其他硬件电路，因此世界各数控系统生产商都设计了自己的专用硬件系统和软件系统。这种封闭式结构使数控系统的开发成本极高，开发周期很长，升级困难，可靠性、可扩展性、可维护性和易用性差，二次开发困难等[1]。 为解决封闭式结构数控系统所存在的问题，近年来，西方一些发达国家相继提出开放式体系结构数控系统的开发，并逐渐出现了以开放式数控系统取代以往专用数控系统的趋势。目前，各发达国家都在竞相发展自己的开放式体系结构的数控系统。1972年美国提出了“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC（The Next Generation Workstation/Machine Controller）和“开放式系统体系结构标准”SOSAS （Standards of Open System Architecture for Automatic Systems），首次提出了开放式体系结构的概念；1992年，欧洲开始实施“自动化系统控制装置的开放系统体系结构计划”OSACA（Open System Architecture for Control Within Automation Systems）；后来日本也开始实施OSEC（Open System Environment for Controller）等。经过十几年的发展，开放性一词已经深入人心，并且体现在相关产品中。开放式数控系统成为CNC发展的潮流。我国国家计委和科技部在99年7月14日发布的《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南》中制造技术中的第一项即为“适用先进的数控机床及开放式数控系统”，可见开放式数控系统已经应用于机械加工领域。 1 开放式数控系统产生的背景 正如前言所述，随着数控技术的不断往前发展，数控系统的发展进入到了普及和应用的成熟期，传统的数控系统变得越来越复杂，其自身的缺陷又限制了它的应用，因为传统的数控系统一直沿着闭式结构向前发展，都是基于缺乏灵活性的、专用设计的基础上完成的，是一种没有共同性和标准接口的封闭式系统。这种闭式数控系统只是一个被定义了输入和输出的黑匣子，其内部细节是不可知的，它的最大缺点是在原来基础上很难或几乎不可能再加入新的控制策略方案和扩展新功能。传统的封闭式数控系统已不能适应当今制造业市场变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造、柔性制造模式发展的需要[2]。 因此，当前数控系统正发生根本性的变革，由专用型封闭开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。随着技术、市场、生产结构等的快速变化，人们对数控技术提出了更高的要求，希望能根据不同的加工需求、迅速、高效、经济地构筑面向客户的控制系统，逐步降低生产厂家对控制系统的高依赖性；大幅度降低维护和培训费用，改变以往数控系统封闭性设计模式，适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式，使底层生产控制系统的集成更为简便和有效[3]。因此，开放式数控系统应运而生。 2 开放式数控系统的涵义及特点 2.1涵义 开放式数控系统研究的主要目的是解决变化复杂的需求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾。这个思想实质就是通过制定开放式CNC的规范，使数控系统的制造商、集成者和用户都能够自由地选择数控装置、驱动装置、伺服电机、应用软件等数控系统的各个构成要素，并用规范简便的方法将这些构成要素组合起来。IEEE（美国电气电子工程师协会）是这样定义开放式数控系统的：“具有下列特性的系统可以被称为开放系统：符合系统规范的应用可以运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它的系统应用互操作，并且具有一致风格的用户交互界（An open system provides capabilities that enable properly implemented applications to run on a variety of platform