随着市场全球化的发展， 市场对于适合中小批量加工、 具有良好柔性和多功能性的制造系统的需求已超过对大型单一功能的制造系统的需求，从而要求制造具有较强的市场应变能力。这种趋势促成了一个新概念的产生， 即模块化、 可重构、 可扩充的软件与硬件系统，也就是开放式数控系统。该系统不仅能够快速、经济地适应新的加工需求，而且为制造商提供了将其技术或产品第三方的技术或产品进行集成的可能性。目前， 世界各国都致力于研究开放式 CNC系统。如欧洲的 OSACA、 美国的 OMAC和日本的 OSEC。
　　数控系统的开放性概念出现在 20 世纪 80 年代末 90 年代初， 是欧美各国为了适应机床制造业在技术、 市场和生产组织结构等多方面的新的变化而提出的。 在关于开放式体系结构的定义， 按 IEEE 的定义，一个开放式控制系统应提供这样的能力： 对于不同的卖主的各种平台上运行的应用都能在系统上完全实现，并且能和其他系统应用进行交互操作， 同时具有一致性的用户界面。因此，开放式系统是指能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用相互操作， 并能给用户提供一种一致风格的交互方式的数控系统， 也就是在加工机械专用的 CNC中引入 PC所具有的开放化。
　　根据这个定义， 开放式数控系统是一个模块化的体系结构， 既有接口的开放性， 又有自身功能的开放性，其应具有以下特征开放性提供标准化环境的基础平台， 允许不同功能和不同开发商的软件硬件模块介入。
　　可互操作性通过提供标准化接口、 通信和交互机制，使不同功能模块与标准应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力， 协调工作。可移植性系统的功能软件与设备无关， 即应用统一的数据格式、 交互模型、 控制机理，使构成系统的各个功能模块可来源于不同的开发商提供的硬件平台之上。
　　可扩展性系统的功能、 模块可以灵活设置，方便修改， 既可以增加硬件或软件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。可互换性不同功能、 不同可靠性的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。
　　如何使传统的专用型封闭式系统走向开放， 不同的系统开发商及研究机构对此提出了一些解决方案。 按开放的层次不同可分为 3 种途径，它们的开放层次不同， 难度不等，获得的开放效果也相差很大。这种方式允许用户构造或集成自己的模块到人机控制接口中。 这一手段为用户提供灵活制定适用于各自特殊要求的操作界面和操作步骤的途径， 一般使用于基于 PC作为图形化人机控制界面的系统中。
　　此方式在上述方式的开放性能外， 还允许用户添加自己特殊的模块到控制核心模块。通过开放系统的核心接口， 用户可按照一定的规范将自己特有的控制软件模块加到系统预先留出的内核接口上。
　　开放体系结构的解决方案是一种更彻底的开放方案。它试图提供从软件到硬件， 从机操作界面到底层内核的全方位开放。人们可以在开放体系结构的标准及一系列规范的指导下， 按需要配置成功能可繁简、 性能可高低、 价格可控制、 不依赖单一卖方的总成系统。

　　在具体的结构实现上，基于 PC的开放式数控系统可分为连接 NC型； PC嵌入 NC型； NC嵌入 PC 型； 全软件型四种类型。下面以 NC嵌入 PC型开放式数控系统展开介绍。
　　嵌入 PC型系统的性能主要决定与运动控制卡。构成运动控制卡的方案主要包括基于单片机、 基于专用控制芯片和基于数字信号处理器 （ DSP） 3 种。基于 DSP 的运动控制卡，可以实现复杂的控制算法和功能，与前两种运动控制器产品相比较， 它具有 DSP处理速度快和 PC平台便于实现开放式结构的优点， 是一种高精度、 高速度、 多轴联动、 体积小、 集成度高的新型运动控制卡， 可以满足多轴联动的数控机床等高性能控制系统的要求。
　　以 PC 机和运动控制卡为基础构建开放式数控系统硬件平台， 方便、 快捷。由于运动控制卡是标准化模块化产品，用户或生产商只需要根据具体要求， 选配合适的 PC机、 运动控制卡和执行单元模块， 进行硬件系统连接，即可快速完成开放式数控系统的硬件平台构建。其结构如图 2 所示。

　　　　在 NC嵌入 PC型开放式数控系统结构中采用还有处理的运动控制卡， 计算机系统 CPU 可以利用计算机丰富的软件资源， 专注于人机界面、 输入输出、 预处理、 发送指令等弱实时和非实时性任务； 补偿处理、 速度控制、 位置控制等实时性任务则可由运动控制卡上的 DSP处理器来实现， 而无需占用机的资源。
　　根据数控系统的要求， 同时参照 Windows 2000 操作系统结构， 在编程语言方面采用 Visual C++作为开发工具， 基于的数控系统的软件系统体系结构如图 3 所示。

　　开放式数控系统是数控技术发展的必然趋势。 PC的开放式数控系统具有较强的灵活性， 以运动控制卡与 PC结合构建的开放式数控系统中， 运动控制卡完成插补运算、 位置控制、 速度控制等实时任务， PC机实现友好的人机界面、灵活的系统配置、 增强的外部软件接口， 同时可以充分利用 PC机丰富的软硬件资源，开发高性能、 智能化、 开放式、 网络化的数控系统，进一步地适应高度、 高效率、 高自动化的要求。

参考文献：
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