開放式數控加工系統是套用於數控加工車間的一套加工系統，其特點是作業系統，數控系統都是開放式，可實現與外接設備的數據交換與數據傳遞。
基本介紹
- 中文名：開放式數控加工系統
- 套用領域：機械加工
- 特點：作業系統，數控系統是開放式
- 可實現功能：數據交換與數據傳遞
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研究思路
開放式數控系統和現代集成製造系統相結合是當代製造業研究的重要課題。按“精度隨智慧型降低而增加”(IPDI，Increasing Precision with Decreasing Intelligence)的原則，構建了製造系統集成模型並設計了相應的硬體平台。模型分為四個層次：管理層、調度層、監控層和執行層。管理層給出各個待接受訂單的權值，根據權值大小確定是否接受該訂單；接受的訂單根據加工能力分批送入調度層進行最佳化調度；監控層根據最佳化調度的結果控制執行層的運行。在製造系統集成模型的基礎之上，將系統分成集成製造管控系統和開放式數控系統兩大組成部分。其中，集成製造管控系統實現管理層、調度層和監控層的職能，而開放式數控系統實現執行層的職能。整個系統包含一個中心節點和多個執行節點。因此，將系統網路結構設計成星型結構並通過伺服器——客戶端模式加以實現。集成製造管控系統包括訂單管理子系統、車間調度子系統和監控子系統。訂單管理子系統中設定了訂單權值的計算方法。車間調度子系統中引入了混合單親遺傳算法作為最佳化調度算法，最佳化的結果將以標準的格式保存在資料庫中。監控子系統利用Socket技術建立了基於TCP\IP的網路連線，實現可擴展性；能提取標準格式的最佳化結果，設定標準通信格式和加工狀態矩陣監控工具機運行，實現互操作性。開放式數控系統包含網路連線模組、NC代碼解釋器、加工信息生成模組和工具機驅動信號發生模組。網路連線模組從監控子系統獲得加工順序並得到運行許可之後，NC代碼解釋器按照加工順序從標準NC代碼庫中調用相關NC程式，對其進行詞法、語法分析，合格的NC程式將生成加工代碼；加工信息生成模組實現可移植性，通過具體插補算法實現虛擬加工，信號發生模組實現可擴展性和互換性，完成對工具機的實際控制。採用Visual Studio 2005作為軟體的開發環境和Visual C++作為具體程式語言實現系統軟體開發。
特點
（1）可移植性。系統的套用模組無需經過任何改變就可以用於另一平台，仍然保持其原有性能。
（2）可擴展性。不同套用模組可在同一平台上運行，相互不發生衝突。
（3）可協同性。不同套用模組能夠協同工作，並以確定方式交換數據。
（4）規模可變。套用模組的功能和性能以及硬體的規模可按照需要調整。
開放式數控系統結構
控制系統硬體和軟體結構有3種不同方案：
（1）方案1。基於傳統的數控系統結構，系統的功能分別由專用的處理器承擔，控制系統核心的位置控制器採用模擬驅動接口。
（2）方案2。將控制模組綜合，減少處理器的數目，採用集成化控制功能的數字驅動方案。
（3）方案3。以微機為基礎，採用實時作業系統和單處理器，所有的控制功能作為軟體任務在實時環境下運行，即SoftCNC，具有更大的靈活性。
開放式數控系統接口技術
接口可分為外部接口和內部接口兩種。外部接口的作用是將控制系統與上層和下層裝置以及用戶連線，可以分為編程接口和通信接口。NC和PLC編程接口是標準化的，例如RS274、DIN66025。通常採用現場匯流排SERCOS，Profibus或DeviceNet，作為各種裝置和I/0的接口，採用乙太網和TCP/IP作為與上層系統的接口。系統環境內部接口用於構成控制系統核心的元器件之間的互動和數據交換。
10多年來，各國都對開放式控制系統進行了卓有成效的研究和開發。例如，美國的“下一代控制器(NGC)”研究計畫提出了開放式結構標準規範(SOSAS）以及三大汽車公司提出了“開放的模組結構控制器（OMAC)”計畫；日本由18家工具機製造商和系統提供商共同參與的“控制器開放環境（OSEC)”協會，致力於推動控制器開放化；德國發起、歐洲各國參與的“自動化開放控制系統結構（OSACA)”計畫等。美國國家標準與技術研究所主持了加強型機器控制器（Enhanced Machine Controller）的研究，採用Linux實時作業系統，原始碼是公開的。。控制系統的開放特徵可以從系統平台、通信方式和編程方法3個方面來進行評價和比較。
