开放式数控技术及其在我国的发展状况

《开放式数控技术及其在我国的发展状况》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、开放式数控技术及其在我国的发展状况开放式数控系统的设计思想诞生于20世纪80年代，近30年的研究取得了巨大的进展，已建立了基于互操作和分级式软件模块的开放体系结构标准规范。从90年代开始，国内一些研究单位也投入了一定量的资金和人力进行开放式数控系统的研究工作。根据电器与电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）对开放式数控系统的定义，开放式系统应该提供这样一些功能：它们能使应用程序在不同厂商的各种平台上运行，能支持与其他系统应用的相互操作，并且具有用户界面的一贯形式。简单地说，开放式系统应该具有可移植性

2、、可互操作性和一致性。不言而喻，“开放性”是该技术的最主要的特征。从技术角度上，“开放性”可以为3类：数控系统软件的开放性、加工数据模型的开放性和硬件实施平台的开放性。本文将分别从“软件的开放性”、“加工数据模型的开放性”和“硬件实施平台的开放性”等方面，介绍各领域内的关键技术、国内的研究现状和存在的问题，并提出解决方法和建议，与同行交流和共享。系统软件的开放性从本质上说，开放式数控系统的开放性得益于软件，而软件开放性中最重要的是数控系统的开放式体系结构。它包括系统的硬软件组成部件的划分和各部件间的连接与约束（如拓扑关系、同步关系和通讯协议等）。CNC系统的体系结构不仅为系统

3、的分析、设计和制造提供参考框架，也是指导系统在整个生存期内进行扩展、更新、维护和二次开发的基础，是整个系统的灵魂，是开放性实现的根源。1体系结构的研究到目前为止，世界上已有几个组织开展了开放结构控制器体系结构的研究工作，比较有影响的是欧洲的OSACA（OpenSystemArchitectureforControlsWithinAutomationSystem）、美国的OMAC（OpenModularArchitectureController）和日本的OSEC（OpenSystemEnvironmentforController）。国内已有多家研究单位对这几种体系结构进行了

4、充分比较，并在以美国的OMAC为基础、采用COM组件技术实现方式来搭建开放式结构控制器方面做了一些尝试。从近几年的发展看，该种研究方向是正确的、适合中国国情的。也正因为选用了OMAC体系结构，引出了实现该体系结构所需要的一系列关键技术，包括实时操作系统、组件开发技术、有限状态机和实时系统下的任务调度等。2软件平台开放式数控系统的硬件平台主要是个人计算机（PersonalComputer，PC）。而软件平台就有了多种选择的可能。但事实上，选用何种平台直接影响到开发难度、成本等一系列核心问题。目前常见的方案一种是采用Windows+RTX方案，RTX可以认为是内置于Windows

5、的一个子系统，它不影响Windows的原有功能，而增加了其实时性。这种方式适合熟悉Windows操作系统的中国用户进行开发，能够在一定程度上降低开发难度，但是无论Windows还是RTX都不是中国自主知本文由导热油炉www.run-li.com.cn冷凝壁挂炉www.sunupjn.com联合整理发布识产权的操作系统产品，该开发平台价格昂贵（尤其是RTX），底层技术保密，造成国内开放式数控系统的开发严重依赖国外，这对软数控系统的产业化、降低生产成本都十分不利。另一种方案是采用RTLinux，虽然由于其开源的特性，没有知识产权的问题和底层开发的限制，但对中国用户来说，加大了开发

6、难度，增加了工作量，也阻碍了国内开放式软数控系统的研究进展。事实上，国内在开发平台的选择上，一直面临着两难的抉择。3组件技术OMAC是目前国内应用比较广泛的开放式数控系统体系结构，而OMAC所定义的开放式数控系统的开放性、模块化、可扩展性、可伸缩性和标准独立的接口的实现都离不开组件技术。关于组件技术的实现，目前国内采用的主要方式是在Windows操作系统下采用微软的组件对象模型（ComponentObjectModule，COM）技术来进行开发。所谓COM是由微软提出的一种适合于分布式软件模型的标准。这种系统将数控功能分成若干模块，按COM标准开发各模块的具体功能，通过相互间

7、的标准接口完成实际的任务。然后通过标准的接口卡把数控系统的软件和机床连接起来，形成一套简洁、通用、具有很高开放性的数控系统。4有限状态机CNC系统是一个复杂且具有不同层次实时性要求的多任务控制器。系统中每个对象的功能、行为、起始过程、以及它们之间相互操作的关系，在系统建模中都必须得到清晰的描述。目前最有效的手段就是有限状态机（FiniteStateMachine,FSM）理论。有限状态机由有限的状态和相互之间的转移构成，在任何时候只能处于给定数目的状态中的一个。FSM经常被应用于反应式系统的建模。数控系