开放式控制系统的现状、趋势与对策

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1、开放式控制系统的现状、趋势与对策

2、第1内容加载中...市场全球化的后果是竞争空前剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，因而市场对适合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已逐步超过对大型单一功能的制造系统的需求。这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。　1　国外研究动态开放式控制系统的概念在80年代就已出现［1，2］。早在1981年，美国国防部为了减少军备制造对日本控

3、制系统的依赖性，开始了名为“下一代控制器（NGC）”的计划，并成立了“美国国家制造科学中心（NCMS）”，其主要目的是拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析与规范。作为NGC的后续工作，美国国防部启动了OASYS项目，其目的是建立并安装8套控制器，并在6种不同场所对其进行测试。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中影响较大的有美国的OMAC、欧洲的OSACA和日本的OSEC等计划。1.1　OMAC计划美国的汽车工业为解决自身发展过程中碰到的一系列问题，由克莱斯勒、福特和通用三大汽车公司于1994年开始了一项名为“开放式、模块化体系结构

4、控制器（OMAC）”的计划。该计划的目标是降低控制系统的投资成本和维护费用，缩短产品开发周期，提高机床利用率，提供软硬件模块的“即插即用”和高效的控制器重构机制，简化新技术到原有系统的集成，从而使系统易于更新换代，尽快跟上新技术的发展，并适应需求的变化。其主要动机是向供应商和技术开发团体公布控制器用户，尤其是汽车制造业的需求，以期他们明白并更好地理解用户的需求，从而能在市场上购买到满足其要求的产品。由于OMAC的成员是控制器的用户而不是开发商，这就决定了其性质和目的，从而也就决定了它产品化、实用化步伐不可能很快。事实上美国工业界认为OMAC是一种概念

5、，而不是一种控制器或标准。OMAC自身也意识到这一问题，它目前正逐步与OSACA等进行联合。1.2　OSACA计划OSACA（OpenSystemArchitectureforControlationSystem）是1990年由欧共体国家的22家控制器开发商、机床生产商、控制系统集成商和科研机构联合发起的，并于1992年5月正式得到欧盟的认可，纳入欧盟ESPRIT-Ⅲ项目计划。这实际上是第一阶段OSACA-Ⅰ，它于1994年结束，完成了OSACA规范和应用指南的制定。其第二期工程OSACA-Ⅱ（ESPRIT9115）于1996年4月结束，主要完成依照

6、OSACA规范为其系统平台开发标准、通用的软件模块和通用的OSACA系统平台，建立一个五轴制造系统环境，用以调试、验证、扩展前一阶段的各种规范。OSACA第三阶段为IDASOSACA（InformationDisseminationandAalstyle="MARGIN:0cm0cm0pt">1.3　OSEC日本的“控制器开放系统环境（OSEC）”，由东芝机器公司、丰田机器厂和Mazak公司三家机床制造商和日本IBM、三菱电子及SML信息系统公司共同组建。其目的是建立一个国际性的工厂自动化（FA）控制设备标准。OSEC以日本国际机器人和工厂自动化研究

7、中心（IROFA）所提出的C系统参考模型为基础，提出了一个开放体系结构。实现了IROFA的参考体系结构，并增加了定制和分化产品的功能。　2　开放式控制系统的初步研究［3,4］在国家自然科学基金委员会等单位的支持下，我们进行了开放性数控系统的理论与实践研究。2.1　开放式控制系统的建模由于面向对象的软件开发技术综合了功能抽象与数据抽象，它较好地实现了软件的可扩充性、多态性，并使软件易于修改，我们采用面向对象方法对数控系统软件进行建模，分三个层次对其进行描述与实现：系统、控制单元和基本类。使C软件可组装、易扩展。基本类是数控系统功能细粒度分解的结果，是组

8、成开放系统的最小单位。基本类构成面向对象数控软件的类体系。具有标准化接口的基本类称之为软件芯片。控制单元是由一系列功能相关的基本类组成的、完成一定功能的软件实体。控制单元可以嵌套。系统是由一系列控制单元组成的某种类型的数控系统软件。它可包含某个控制单元或基本类的一个或多个对象。图1是数控软件功能的面向对象划分模型。由于面向对象方法直接将现实世界的物理对象映射到软件对象，而将对象本身的数据（属性）和操作封装，因而它直观、易于理解。数控系统软件各部分之间以及与操作系统平台之间通过通讯子系统进行通讯与协作。2.2软硬件平台考虑到ARGIN:0cm0cm0p

9、t">通信子系统通过建立独立的通讯缓冲区来实现C软件各子系统之间及其与平台之间的数据交换。2.3　工具支持目