新一代NC的主流——開放式數(shù)控系統(tǒng)(下)

從實現(xiàn)方法上，PC-NC(個人計算機數(shù)控)是目前比較現(xiàn)實的NC開放化的途徑。也就是在PC機硬件平臺和操作系統(tǒng)的基礎上，使用市售的軟件和硬件插卡，構造出數(shù)控系統(tǒng)功能。但是，現(xiàn)有PC的操作系統(tǒng)缺乏實時性，可靠性尚有待提高。PC-NC主要可歸納為3種：NC板插入到PC中、PC板插入NC裝置中、軟件NC。NC板插入PC中的形式，就是將運動控制板或整個CNC單元(包括集成的PLC)插入到個人計算機的擴展槽中。PC機作非實時處理，實時控制由CNC單元或運動控制板來承擔，這種方法能夠方便地實現(xiàn)人機界面的開放化和個性化，即上述第1層次的開放；在此基礎上，借助于所插入NC板的可編程能力，能部分實現(xiàn)系統(tǒng)核心接口的開放，即上述第2層次的開放。PC板插入NC中這一形式，主要為一些大型CNC控制器制造商所采用。其原因有兩方面：一是許多用戶對他們的產(chǎn)品很熟悉，也習慣使用；另一方面是控制器制造商不可能在短時間內放棄他們傳統(tǒng)的專用CNC技術。因此，才出現(xiàn)了這種折中方案，其做法就是在傳統(tǒng)的CNC中提供PC前端接口，使其具有PC處理的柔性。顯然，這種系統(tǒng)的NC內核保持了原有的封閉性，故只能實現(xiàn)上述第1層次的開放。所謂軟件NC，是指NC系統(tǒng)的各項功能，如編譯、解釋、插補和PLC等，均由軟件模塊來實現(xiàn)。這類系統(tǒng)借助現(xiàn)有的操作系統(tǒng)平臺(如DOS，Windows等)，在應用軟件(如VisualC＋＋，VisualBasic等)的支持下，通過對NC軟件的適當組織、劃分、規(guī)范和開發(fā)，可望實現(xiàn)上述各個層次的開放。

應該指出，將開放系統(tǒng)的概念引入CNC系統(tǒng)的發(fā)展需求中，表明系統(tǒng)走向開放的條件日趨成熟。然而，具有開放系統(tǒng)特征的開放體系結構CNC系統(tǒng)仍處在成長期，有關開放體系結構CNC系統(tǒng)科學、明確的定義及相應的規(guī)范標準尚處在進一步的發(fā)展完善中。

2研究動態(tài)|MechNet|歡迎登陸中國機械專家網(wǎng)www.MechNet.com.cn

控制系統(tǒng)的開放式結構的出現(xiàn)將導致新一代控制器的產(chǎn)生，并成為未來制造業(yè)的一大支柱。因此，歐美及日本各國都相繼進行了大量研究工作，并出臺了各自的開放式體系結構規(guī)范。

1989年，美國由政府資助的NGC(NextGenerationController)研究計劃，作為開放性結構控制器的標準提案受到了廣泛關注。NGC與傳統(tǒng)CNC的顯著差別是它基于“開放體系結構”，其首要目標是開發(fā)“開放式系統(tǒng)體系結構標準規(guī)范”(SpecificationforanOpenSystemArchitectureStandard，SOSAS)，此規(guī)范用來管理工作站和機床控制器的設計和結構組織。NGC計劃于1994年完成了原型研究，并轉入了工業(yè)開發(fā)應用。例如，美國Ford，GM和Chrylser等公司在NGC計劃的指導下，聯(lián)合提出了OMAC(OpenModularArchitectureController)開發(fā)計劃。該計劃定義了一個應用于汽車工業(yè)的開放、模塊化體系結構控制器的規(guī)范，其硬件繼承了VME系列的VMS。盡管目前還不夠完善，但由于“API的接口層”的標準化，使用戶能夠充分發(fā)揮自己的主動性，從而可裝入自己所需的獨特功能；甚至可以裝入WindowsOS，將CAM等現(xiàn)有的PC機資源移植到控制器中；同時，利用實時數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效、便攜化，具有極高的實用價值。實現(xiàn)OMAC的好處在于能減少投資和生產(chǎn)周期的費用，容易將市場化的通用技術與用戶自身的專有技術融為一體，從而能高效地重構用于新程序的控制器，使得不斷涌現(xiàn)的新技術能及時植入。

與NGC同步，日本一項面向21世紀制造產(chǎn)業(yè)的長期研究計劃——智能制造系統(tǒng)(IntelligentManufacturingSystem，IMS)也在討論中，該項計劃由日本工業(yè)界領導，同時，也與其他國家合作。1990年，日本IMS中心成立。1994年，歷時10年的IMS計劃日程表發(fā)表并開始啟動，大部分計劃都與先進制造系統(tǒng)與自動化相關，如多功能機床系統(tǒng)、敏捷制造系統(tǒng)、基于知識的人工智能表達式系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)等。這些計劃對將來控制系統(tǒng)技術的發(fā)展將產(chǎn)生深遠影響。同時，日本還啟動了另一項開放系統(tǒng)計劃——OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計劃。其主要內容是基于PC平臺的開放式系統(tǒng)，宗旨就在于確定“不依賴于特定賣主的開放性控制器”的結構。這一計劃由3家機床企業(yè)(東芝機械、豐田工機、山崎)與3家信息系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)(日本IBM、三菱電機、SML)發(fā)起，提出了控制器的分層模型，明確了各層次模塊的功能、服務內容及接口規(guī)范。此外，還定義了一種新的NC語言——FADL語言。目前，該組織已經(jīng)發(fā)展到由18家公司和一家社團共同參與的致力于推進CNC系統(tǒng)開放化的協(xié)會。

面對國際市場的形勢和制造業(yè)的發(fā)展趨勢，歐洲采取的對策是：聯(lián)合起來發(fā)揮各家的長處，積極吸收世界上各種新技術，開發(fā)滿足世界市場尤其是亞洲市場的產(chǎn)品。要達到這一目的，首先要具有能容納或聯(lián)合各家技術的新型控制器。早在1987年11月，在德國機床廠聯(lián)合會(VDW)的支持下，就曾由斯圖加特大學的制造控制技術研究所(ISW)對“未來控制技術”進行了研究，提出的新型控制器方案的原則為：可組配、模塊化和開放式。1991年10月，一項涉及歐洲各國的控制系統(tǒng)計劃OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystem)開始啟動，它是歐洲各國的合作計劃，立足于提高機床和控制系統(tǒng)制造商在世界市場中的競爭力。項目工期從1992年5月到1996年5月，歷時48個月。其主要任務是制定一個與制造商無關的開放控制系統(tǒng)結構。OSACA計劃的成功將減少新產(chǎn)品的上市時間，提供更強的客戶定制功能和柔性程度，減少了開發(fā)、維護、培訓和文檔建立的費用。

3結束語|MechNet|歡迎登陸中國機械專家網(wǎng)www.MechNet.com.cn

采用開放式控制系統(tǒng)結構對數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家和用戶都有好處。對于控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，他們可在共同的標準平臺上建立廣泛的合作，實現(xiàn)協(xié)作式開發(fā)，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低了成本，增強了產(chǎn)品競爭力；對于機床生產(chǎn)廠，不僅可以根據(jù)需要配置最合適的控制系統(tǒng)，還可將自己獨特的軟件集成到系統(tǒng)控制器，形成自己的產(chǎn)品特色；最終用戶可以說是開放式控制系統(tǒng)的最大受益者，他們可以最大限度地按照自己的需要選擇產(chǎn)品，配備合適的功能部件，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成和擴展，同時，開放也使系統(tǒng)的操作、維護更為方便。此外，控制器的結構開放性也為數(shù)控技術能持續(xù)不斷地吸收日新月異的計算機硬軟件最新成果創(chuàng)造了條件，有利于數(shù)控產(chǎn)品自身的更新?lián)Q代，提高性能，增強競爭力。這也正是開放式NC控制器之所以被各發(fā)達國家視為重要的戰(zhàn)略技術、紛紛投入研究的重要原因。

我國是一個機床生產(chǎn)和應用大國，但數(shù)控技術的應用水平還不高，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。國際上的相關開發(fā)計劃對我國的數(shù)控技術的發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，同時也帶來了機遇。首先，開放系統(tǒng)計劃的實施，把世界上所有系統(tǒng)開發(fā)商推到了同一起跑線上。在這個起跑線上，我們可以建立以國際采購為思路的系統(tǒng)集成開發(fā)之路，為我國制造高性能、高可靠性CNC系統(tǒng)創(chuàng)造條件；其次，通過一致的編程應用界面，容易形成自己的集成方案，進一步減小對賣方市場的依賴性。此外，隨著開放系統(tǒng)計劃的實施，統(tǒng)一開發(fā)平臺的建立，將來CNC系統(tǒng)的高技術附加值將主要體現(xiàn)在軟件上，為我國發(fā)展民族軟件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了一個良好的契機。我們應充分把握機會，揚長避短，迎頭趕上，研制出適合我國國情的新一代國產(chǎn)高性能CNC控制器。