【正文】 的功能模塊所構(gòu)成，既有接口的開放性，又有自身功能的開放性，其具有以下基本特征[3]:可互操作性擁有標準化接口，通信和交互模型。通過提供標準化接口通訊和交互機制，使不同功能模塊能以標準的應(yīng)用程序接口運行于系統(tǒng)平臺上，并獲得平等的相互操作能力，協(xié)調(diào)工作?？梢浦残圆煌瑧?yīng)用程序模塊可運行于不同生產(chǎn)商提供的系統(tǒng)平臺，同時系統(tǒng)軟件也可運行于不同特性的硬件平臺之上。不同的系統(tǒng)功能模塊能運行在不同的系統(tǒng)平臺之上，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、控制機制，并且通過一致的設(shè)備接口，使各功能模塊能運行于不同的硬件平臺上?？蓴U展性提供標準化環(huán)境的基礎(chǔ)平臺，允許不同功能的模塊介入，CNC用戶或二次開發(fā)者能有效地將自己的軟件集成到NC系統(tǒng)中，形成自己的專用系統(tǒng)，其特征是通過特定功能模塊的裝載和卸載為用戶系統(tǒng)增添和減少功能?？苫Q性不同性能、不同執(zhí)行能力的功能模塊互相代替。構(gòu)成系統(tǒng)的各硬件、功能軟件的選用不受單一供應(yīng)商的控制，可根據(jù)功能、可靠性、性能要求相互替換，不影響系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)運行。可伸縮性CNC系統(tǒng)的功能、規(guī)?？梢造`活設(shè)置，方便修改?？刂葡到y(tǒng)的大小(硬件或元件模塊)可根據(jù)具體應(yīng)用增減。開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢由此可以看出開放式數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建于一個開放的平臺上，具有模塊化結(jié)構(gòu)，允許用戶根據(jù)需要進行選配與集成，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:具有強大的適應(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?？刂栖浖哂屑皶r擴展和聯(lián)接功能，可順應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，加入各種新功能。可通過預(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，簡便地實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展。能適應(yīng)計算機技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展和更新?lián)Q代，能有效保護用戶原有投資。操作簡單，維護方便。在PC機上經(jīng)簡單編程即可實現(xiàn)運動控制，而不需要專門的數(shù)控軟件。遵循統(tǒng)一的標準體系結(jié)構(gòu)規(guī)范，模塊之間具有兼容性、互換性和互操作性。技術(shù)更新，功能更加強大，可以實現(xiàn)多種運動軌跡的控制，是傳統(tǒng)數(shù)控裝置的換代產(chǎn)品。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。將PC機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動軌跡控制能力有機地結(jié)合在一起，信息處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制準確、通用性好?；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)能充分地利用計算機的軟硬件資源，可使用通用的高級語言方便地編制程序，用戶可將標準化的外設(shè)、應(yīng)用軟件進行靈活地組合和使用。使用計算機同時也便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)大致可分為以下幾種類型[1，2]。PC嵌入型NC該類型系統(tǒng)是將PC裝入到NC內(nèi)部，PC與NC之間用專用的總線連接。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快，響應(yīng)迅速，同時，原型NC系統(tǒng)也可不加修改就得以利用。缺點是不能直接利用通用PC，開放性受到限制，通用PC強大的功能和豐富的軟硬件資源不能得到有效的利用。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。NC嵌入PC型該類型系統(tǒng)是將NC卡(運動控制卡)插入通用PC的擴展槽中組成的。它能夠充分地保證系統(tǒng)性能，軟件的通用性強，并且編程處理靈活。這是目前采用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式采用“PC+運動控制器”形式建造數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺，其中以工業(yè)PC為主控計算機，組件采用商用標準化模塊，總線采用PC總線形式，同時以多軸運動控制器作為系統(tǒng)從機，進而構(gòu)成主從分布式的結(jié)構(gòu)體系。全軟件型NC該類型系統(tǒng)是指CNC的全部功能均由PC實現(xiàn)，并通過裝在PC機上擴展槽的伺服接口卡對伺服驅(qū)動等進行控制。其軟件的通用性好，編程處理靈活。這種CNC裝置的主體是PC機，充分利用PC機不斷提高的計算速度、不斷擴大的存儲量和性能不斷優(yōu)化的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)機床控制中的運動軌跡控制和開關(guān)量的邏輯控制。軟件化數(shù)控系統(tǒng)把運動控制器以應(yīng)用軟件的形式實現(xiàn)，除了支持數(shù)控上層軟件的用戶定制外，其更深入的開放性還體現(xiàn)在支持運動控制策略的用戶定制。同時，軟件數(shù)控系統(tǒng)更加向計算機技術(shù)靠攏，并力圖使數(shù)控技術(shù)成為先進制造上層應(yīng)用的標準的設(shè)備驅(qū)動代理。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控系統(tǒng)，其主要功能部件均表現(xiàn)為應(yīng)用軟件的形式，這是實現(xiàn)形式上的一種技術(shù)變革。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。圖1 PCNC模式開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)其構(gòu)成如圖2所示。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)控制計算機、運動控制卡、驅(qū)動及放大部件、交流伺服電機、位置檢測部件、接口控制電路等組成。其中，工業(yè)控制計算機為信息管理部分，運動控制卡為運動驅(qū)動與算法控制部分。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?，對開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件進行開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。此模式中運動控制卡主要承擔實時性任務(wù)，如伺服控制、路徑規(guī)劃、可編程邏輯控制。工業(yè)控制計算機主要完成系統(tǒng)管理、數(shù)控編程、數(shù)控仿真、圖形插補和人機界面處理、網(wǎng)絡(luò)功能等非實時任務(wù)。工業(yè)控制計算機的控制內(nèi)核是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，它通過調(diào)用對應(yīng)于運動控制卡中各種變量和功能的應(yīng)用程序接口與運動控制卡交換信息，并負責整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。數(shù)控系統(tǒng)開放性技術(shù)關(guān)鍵在經(jīng)歷了引進和消化吸收兩個發(fā)展階段后，我國在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性的進展，已經(jīng)實現(xiàn)了自行開發(fā)具有自己軟硬件版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，同時數(shù)控系統(tǒng)的開放性研究工作也正在進行。數(shù)控系統(tǒng)要實現(xiàn)開放性結(jié)構(gòu)，主要解決以下幾個關(guān)鍵性的問題:制定一個開放式數(shù)控系統(tǒng)的制造協(xié)議,在系統(tǒng)的應(yīng)用軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)功能方面形成一整套標準規(guī)范，規(guī)范系統(tǒng)的軟硬件界面和通訊協(xié)議，使得控制器制造商和機床生產(chǎn)廠能在制造協(xié)議的導(dǎo)航下進行有序的開發(fā)和生產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)廣泛的合作。實現(xiàn)系統(tǒng)硬件的模塊化、標準化和系列化，并提高其可靠性和實時性。通過對系統(tǒng) CPU 結(jié)構(gòu)模式、通訊方式、運動控制和輔助控制等方面進行模塊化處理，按功能制作成功能模塊并實現(xiàn)標準化和系列化，且各模塊單元之間可利用已定義的標準化接口進行通訊。構(gòu)造一種獨立于硬件系統(tǒng)的軟件平臺。目前，為減少數(shù)控系統(tǒng)軟件對于硬件的依賴性，從根本上無法實現(xiàn)軟件的開放性，因此開發(fā)出一種獨立的軟件平臺是十分必要的。針對數(shù)控系統(tǒng)的實時性和多任務(wù)性,應(yīng)構(gòu)筑一種實時多任務(wù)軟件平臺,并使其基本功能模塊化典型化,使各個功能模塊實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度和相互獨立,這樣為不同硬件結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)提供軟件時,只需按其功能配置相應(yīng)的軟件模塊，實現(xiàn)軟件的獨立性和開放性。由于每個功能模塊不會對其它功能模塊產(chǎn)生影響，因此，用戶可按需要編制新的功能模塊，添加到系統(tǒng)中,亦可取代系統(tǒng)中現(xiàn)有的功能模塊,使得系統(tǒng)具有良好的功能擴展性。開發(fā)出一個優(yōu)化系統(tǒng)軟件，把各種優(yōu)化技術(shù)集成在軟件包中。利用該軟件來優(yōu)化配置系統(tǒng)加工參數(shù)，使加工過程最優(yōu)化。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)。結(jié)語開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，其給數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商、機床制造商以及用戶都帶來了很多好處。而基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)具有較強靈活性，可以充分利用PC機豐富的軟硬件資源和強大的技術(shù)優(yōu)勢，有利于更完美地實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面、圖形顯示、動態(tài)仿真等功能。模塊化的程序設(shè)計使系統(tǒng)的通用性、擴展性和可移植性大大增強，有利于系統(tǒng)的功能擴展。23 / 23