開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)概述

    標(biāo)準(zhǔn)的軟件化、開(kāi)放式控制器是真正的下一代控制器。
    傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，軟硬件對(duì)用戶(hù)都是封閉的，主要存在以下問(wèn)題：
   （1）由于傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的封閉性，各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品軟硬件不兼容，使得用戶(hù)投資安全性受到威脅，購(gòu)買(mǎi)成本和產(chǎn)品生命周期內(nèi)的使用成本高。同時(shí)專(zhuān)用控制器的軟硬件的主流技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落后于PC的技術(shù)，系統(tǒng)無(wú)法“借用”日新月異的PC技術(shù)而升級(jí)。
   （2）系統(tǒng)功能固定，不能充分反映機(jī)床制造廠(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不具備某些機(jī)床或工藝特征需要的性能，用戶(hù)無(wú)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新定義和擴(kuò)展，也很難滿(mǎn)足最終用戶(hù)的特殊要求。作為機(jī)床生產(chǎn)廠(chǎng)希望生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床有自己的特色以區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品，以利于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，而傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是做不到的。
   （3）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一有效和高速的通道與其他控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行互連，信息被鎖在“黑匣子”中，每一臺(tái)設(shè)備都成為自動(dòng)化的“孤島”，對(duì)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化和信息化發(fā)展是一個(gè)障礙。
   （4）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面不靈活，系統(tǒng)的培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用昂貴。許多廠(chǎng)家花巨資購(gòu)買(mǎi)高檔數(shù)控設(shè)備，面對(duì)幾本甚至十幾本沉甸甸的技術(shù)資料不知從何下手。由于缺乏使用和維護(hù)知識(shí)，購(gòu)買(mǎi)的設(shè)備不能充分發(fā)揮其作用。一旦出現(xiàn)故障，面對(duì)“黑匣子” 無(wú)從下手，維修費(fèi)用十分昂貴。有的設(shè)備由于不能正確使用以致于長(zhǎng)期處于癱瘓狀態(tài)，花巨資購(gòu)買(mǎi)的設(shè)備非但不能發(fā)揮作用反而成了企業(yè)的沉重包袱。
    在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，商業(yè)和辦公自動(dòng)化的軟硬件系統(tǒng)開(kāi)放性已經(jīng)非常好，如果計(jì)算機(jī)的任何軟硬件出了故障，都可以很快從市場(chǎng)買(mǎi)到它并加以解決，而這在傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)中是作不到的。為克服傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)正朝著開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的方向發(fā)展。目前其主要形式是基于PC的NC，即在PC的總線(xiàn)上插上具有NC功能的運(yùn)動(dòng)控制卡完成實(shí)時(shí)性要求高的NC內(nèi)核功能，或者利用NC與PC通訊改善PC的界面和其他功能。這種形式的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)在開(kāi)放性、功能、購(gòu)買(mǎi)和使用總成本以及人機(jī)界面等方面較傳統(tǒng)數(shù)控有很大的改善，但它還包含有專(zhuān)用硬件、擴(kuò)展不方便。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)大都是這種結(jié)構(gòu)形式的。這種PC化的NC還有專(zhuān)有化硬件，還不是嚴(yán)格意義上的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。
    開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)是制造技術(shù)領(lǐng)域的革命性飛躍。其硬件、軟件和總線(xiàn)規(guī)范都是對(duì)外開(kāi)放的，由于有充足的軟、硬件資源可被利用，系統(tǒng)軟硬件可隨著PC技術(shù)的發(fā)展而升級(jí)，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶(hù)進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且針對(duì)用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)也帶來(lái)方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過(guò)升檔或裁剪構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過(guò)擴(kuò)展構(gòu)成不同類(lèi)型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)周期大大縮短。
    要實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的開(kāi)放，首先得有一個(gè)大家遵循的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上一些工業(yè)化國(guó)家都開(kāi)展了這一方面的研究，旨在建立一種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使得控制系統(tǒng)軟硬件與供應(yīng)商無(wú)關(guān)，并且實(shí)現(xiàn)可移植性、可擴(kuò)展性、互操作性、統(tǒng)一的人機(jī)界面風(fēng)格和可維護(hù)性以取得產(chǎn)品的柔性、降低產(chǎn)品成本和使用的隱形成本、縮短產(chǎn)品供應(yīng)時(shí)間。這些計(jì)劃包括（a）歐共體的ESPRIT 6379 OSACA（Open System Architecture for Control with Automation Systems）計(jì)劃，開(kāi)始于1992年，歷時(shí)6年，有由控制供應(yīng)商、機(jī)床制造企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)等組成的35個(gè)成員。（b）美國(guó)空軍開(kāi)展了NGC（下一代控制器）項(xiàng)目的研究，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(huì)NIST在NGC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步研究工作，提出了增強(qiáng)型機(jī)床控制器EMC（Enhanced Machine Controller），并建立了Linux CNC實(shí)驗(yàn)床驗(yàn)證其基本方案；美國(guó)三大汽車(chē)公司聯(lián)合研究了OMAC，他們聯(lián)合歐洲OSACA組織和日本的JOP（Japan FA Open Systems Promotion Group）建立了一套國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的API，是一個(gè)比較實(shí)用且影響較廣的標(biāo)準(zhǔn)；（c）日本聯(lián)合六大公司成立了OSEC（Open System Environment for Controller）組織，該組織討論的重點(diǎn)是NC（數(shù)字控制）本身和分布式控制系統(tǒng)。該組織定義了開(kāi)放結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)的界面規(guī)范，推進(jìn)工廠(chǎng)自動(dòng)化控制設(shè)備的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
    2000年，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和機(jī)械工業(yè)局組織進(jìn)行 “新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)”的研究開(kāi)發(fā)。2001年6月完成了在OSACA的基礎(chǔ)上編制“開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范”和建立了開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)，并通過(guò)了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收。此外還有一些學(xué)校、企業(yè)也在進(jìn)行開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā).