【正文】 具有開放性、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的新型數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念數(shù)控系統(tǒng)的開放性體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的開放性概念出現(xiàn)在80年代末90年代初，是歐美各國(guó)為了適應(yīng)機(jī)床制造業(yè)在技術(shù)、市場(chǎng)和生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)等多方面的新的變化而提出的，其目的是建立一種嶄新的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，使系統(tǒng)朝模塊化、平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化方向發(fā)展，在聯(lián)合的前提下提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。時(shí)間的開放性是針對(duì)軟硬件平臺(tái)及其規(guī)范而言的，以保證平臺(tái)具有適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，并能夠接受新的設(shè)備的能力。通過提供標(biāo)準(zhǔn)化接口通訊和交互機(jī)制，使不同功能模塊能以標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)上，并獲得平等的相互操作能力，協(xié)調(diào)工作?？苫Q性不同性能、不同執(zhí)行能力的功能模塊互相代替。開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)由此可以看出開放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建于一個(gè)開放的平臺(tái)上，具有模塊化結(jié)構(gòu)，允許用戶根據(jù)需要進(jìn)行選配與集成，迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，與傳統(tǒng)的封閉式專用數(shù)控系統(tǒng)相比經(jīng)，具有以下優(yōu)點(diǎn):具有強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活配置能力，能適應(yīng)多種設(shè)備，靈活配置與集成。操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。結(jié)構(gòu)形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用不同場(chǎng)合、不同功能需求的控制系統(tǒng)，可明顯縮短新產(chǎn)品的研制開發(fā)周期，用戶可以根據(jù)自己需要開發(fā)自己的功能模塊?；赑C的開放式數(shù)控系統(tǒng)大致可分為以下幾種類型[1，2]。這種數(shù)控系統(tǒng)盡管具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開放的。全軟件型NC該類型系統(tǒng)是指CNC的全部功能均由PC實(shí)現(xiàn)，并通過裝在PC機(jī)上擴(kuò)展槽的伺服接口卡對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)等進(jìn)行控制。同時(shí)，軟件數(shù)控系統(tǒng)更加向計(jì)算機(jī)技術(shù)靠攏，并力圖使數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造上層應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)代理。圖2 PCNC模式開放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成其硬件系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、驅(qū)動(dòng)及放大部件、交流伺服電機(jī)、位置檢測(cè)部件、接口控制電路等組成。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主要完成系統(tǒng)管理、數(shù)控編程、數(shù)控仿真、圖形插補(bǔ)和人機(jī)界面處理、網(wǎng)絡(luò)功能等非實(shí)時(shí)任務(wù)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，并提高其可靠性和實(shí)時(shí)性。針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性,應(yīng)構(gòu)筑一種實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件平臺(tái),并使其基本功能模塊化典型化,使各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和相互獨(dú)立,這樣為不同硬件結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)提供軟件時(shí),只需按其功能配置相應(yīng)的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)軟件的獨(dú)立性和開放性。分析比較多種智能模塊技術(shù)，選擇出一種重構(gòu)產(chǎn)品最優(yōu)控制模塊，完成系統(tǒng)的第二次開發(fā)。23 / 23。而基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)靈活性，可以充分利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源和強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有利于更完美地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真等功能。開發(fā)出一個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)軟件，把各種優(yōu)化技術(shù)集成在軟件包中。構(gòu)造一種獨(dú)立于硬件系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。數(shù)控系統(tǒng)開放性技術(shù)關(guān)鍵在經(jīng)歷了引進(jìn)和消化吸收兩個(gè)發(fā)展階段后，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自行開發(fā)具有自己軟硬件版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的開放性研究工作也正在進(jìn)行。軟件系統(tǒng)可采用在Windows2000操作系統(tǒng)下，以Visual Basic或Visual C++等為開發(fā)工具采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，?duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系構(gòu)成PCNC開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。這種CNC裝置的主體是PC機(jī)，充分利用PC機(jī)不斷提高的計(jì)算速度、不斷擴(kuò)大的存儲(chǔ)量和性能不斷優(yōu)化的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制中的運(yùn)動(dòng)軌跡控制和開關(guān)量的邏輯控制。它能夠充分地保證系統(tǒng)性能，軟件的通用性強(qiáng)，并且編程處理靈活。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快，響應(yīng)迅速，同時(shí)，原型NC系統(tǒng)也可不加修改就得以利用?；赑C的開放式數(shù)控系統(tǒng)基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的類型基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)能充分地利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，可使用通用的高級(jí)語言方便地編制程序，用戶可將標(biāo)準(zhǔn)化的外設(shè)、應(yīng)用軟件進(jìn)行靈活地組合和使用。遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范，模塊之間具有兼容性、互換性和互操作性?？赏ㄟ^預(yù)留插入用戶專用軟件的接口的方式或提供用戶API和編程規(guī)范，供用戶編制自己的專用模塊的方式，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展?？缮炜s性CNC系統(tǒng)的功能、規(guī)?？梢造`活設(shè)置，方便修改。不同的系統(tǒng)功能模塊能運(yùn)行在不同的系統(tǒng)平臺(tái)之上，因此，系統(tǒng)的功能軟件應(yīng)與設(shè)備無關(guān)，即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、控制機(jī)制，并且通過一致的設(shè)備接口，使各功能模塊能運(yùn)行于不同的硬件平臺(tái)上?？臻g的開放性是針對(duì)系統(tǒng)接口及其規(guī)范化而言的，它又可分為互操作性和互換性。開放式的數(shù)控系統(tǒng)是指PCNC，是在加工機(jī)械專用的CNC中也將引入PC所具有的開放化。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性。而數(shù)控技術(shù)的核心是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向在很大程度上決定著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。開展開放性控制系統(tǒng)的研究，機(jī)不可失，我們必須以清醒的頭腦和快速的行動(dòng)來把握這一機(jī)遇與挑戰(zhàn)。(4) 以市場(chǎng)為導(dǎo)向，充分預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景，建立技術(shù)推廣體系，加快科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化可以在制定出開放式控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的基(5) 礎(chǔ)上，先推出經(jīng)濟(jì)型開放性數(shù)控系統(tǒng)，一方面可以在市場(chǎng)中檢驗(yàn)其技術(shù)、理論方案的正確性、有效性，另一方面可以積累資金，支持下(6) 一步的開發(fā)、研究工作。(3)在隊(duì)伍組織上，保證參加成員的多元化不但應(yīng)包括機(jī)床、控制系統(tǒng)等生產(chǎn)企業(yè)及其用戶，還應(yīng)包括高校、科研機(jī)構(gòu)；不光要有機(jī)械制造行業(yè)，還應(yīng)有計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等行業(yè)參加，以便充分利用相關(guān)領(lǐng)域的最新技術(shù)與成果，并能適應(yīng)其未來發(fā)展，從而保證開放性控制系統(tǒng)有效可行。國(guó)家應(yīng)集中支持開放性控制系統(tǒng)研究，在各企業(yè)、科研單位之間，相互協(xié)調(diào)，相互補(bǔ)充，協(xié)同作戰(zhàn)，避免重復(fù)投資和重復(fù)開發(fā)。任何技術(shù)都不是孤立的，技術(shù)受到經(jīng)濟(jì)、文化、技術(shù)基礎(chǔ)、社會(huì)結(jié)構(gòu)、管理體制和人員素質(zhì)的制約。如歐洲的OSACA，就將目標(biāo)直接對(duì)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手日本，其目的是使歐洲的制造系統(tǒng)供應(yīng)商在市場(chǎng)上壓倒競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。從總體上講，我國(guó)制造業(yè)面臨的形勢(shì)如下：(1)我國(guó)制造業(yè)對(duì)開放式制造控制系統(tǒng)有著巨大的需求與動(dòng)力我國(guó)制造業(yè)和制造業(yè)組織面臨著調(diào)整、改造和優(yōu)化的艱巨任務(wù)，因此存在著研究和發(fā)展包括開放性控制系統(tǒng)在內(nèi)的新一代制造技術(shù)的巨大動(dòng)力；產(chǎn)品落后，技術(shù)水平低，信息含量少，更新?lián)Q代慢，已成為制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此存在著發(fā)展開放性制造控制系統(tǒng)的需求；此外由于我國(guó)各科研生產(chǎn)單位各自采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，形成了各種不同的封閉系統(tǒng)：不同的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使不同設(shè)備之間無法實(shí)現(xiàn)信息交換，不同的軟件之間無法實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，不同的數(shù)據(jù)庫(kù)之間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，因而有實(shí)現(xiàn)開放式制造控制系統(tǒng)的迫切需要。其次，沒有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操作系統(tǒng)?！‖F(xiàn)狀與問題目前國(guó)內(nèi)已有的開放性控制系統(tǒng)有四種：華中Ⅰ型、中華Ⅰ型、航天Ⅰ型和藍(lán)天Ⅰ型。利用集成工具，可以靈活、高效地生成開放性控制系統(tǒng)。 中國(guó)機(jī)械工程實(shí)現(xiàn)了由軟件芯片生成應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)的配置、集成系統(tǒng)，可以支持用戶利用庫(kù)中的軟件芯片或任何第三方提供的軟件單元生成應(yīng)用系統(tǒng)。 通過本課題的研究、開發(fā)、工程化、產(chǎn)業(yè)化，110多臺(tái)套配備華中數(shù)控系統(tǒng)的BV7BV8VMC750E等國(guó)產(chǎn)中檔加工中心，已經(jīng)在中華大地成功應(yīng)用，為社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮出重要的作用。 加工中心配備華中數(shù)控系統(tǒng)的主要用戶還有武漢協(xié)力精密制造有限公司，以及上海市工業(yè)技術(shù)學(xué)校、無錫職業(yè)技術(shù)