1.3开放式数控系统
数字控制系统简称数控系统  ，是利用数字化信息并采用数字控制技术对生产 过程进行自动控制的系统  ，是控制数控机床的“大脑” [11] 。世界上第一台实验性 数控系统于1952年被研制出  ，它是由电子管和继电器组成  ，标志着第一代数控系 统的产生 。随着电子技术的不断的发展  ，数控系统的组成从第一代的电子管和继 电器  ，经历过晶体管、集成电路  ，到小型计算机的出现 。1974年第五代数控系统 出现  ，它是以微处理器为核心  ，价格便宜且处理速度快  ，使得数控系统的可靠性 提高[12] 。随着计算机技术的发展和普及  ，在20世纪80年代产生了第六代数控系 统  ，与第五代数控系统不同的是该系统的软硬件平台是通用的  ，而第五代所用的 计算机是专用的  ，其软件部分需要在专用计算机上开发 。第六代数控系统的出现  ， 推动了数控系统走上开放式的发展道路 。
1.3.1开放式数控系统的特证
随着现代科学技术的发展  ，数控技术及其相关技术不断地完善  ，但是也面对 着新的问题 。传统的数控系统是一种“封闭式”数控系统  ，不能解决未来生产“面 向订单和任务”的生产模式的需求  ，还有在生产过程中不断出现新的加工需求  ， 这都需要数控系统具有可重构、开放性、可扩展的特性  ，对制造商的依赖性降低 。 开放性数控系统的出现解决了这些问题  ，当前数控系统的发展趋势是由封闭式结 构的系统向开放式模块化体系结构转变 。
有关开放式数控系统的定义  ，存在很大的争议  ，IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)标准规定数控系统为：开放性数控系统能够在不同厂商提供 的不同平台上运行  ，能够和其他系统相互兼容  ，且用户交互界面的风格相同[13] 。 开放式数控系统具有以下特征[14_16]:
1. 可互换性：数控系统采用模块化设计原则  ，其组成模块具有开放的标准化 接口  ，这些功能模块不受单一生产商的控制  ，可根据模块的可靠性、价格等因素 选择不同厂家  ，这些模块组成的系统的运行协调性不受影响 。
2. 可伸缩性：根据用户的需求可以灵活地配置系统的功能模块形成新的控制 系统  ，控制系统的大小（硬件或功能模块）可根据实际应用增减 。
3. 可移植性：数控系统可以在不同的硬件平台上运行  ，该硬件平台可由不同 厂家生产 。
4. 可扩展性：根据用户的需要  ，用户或系统开发商能通过标准化接口和程序 对其功能模块进行二次开发  ，或者将需要的软件集成到数控系统中  ，使系统满足 工件的工艺需求 。
5. 可互操作性：应用程序模块通过使用标准化的接口、通讯方式等运行在不 同的操作系统上  ，不同模块之问保持平等地相互操作能力  ，协调工作 。
1.3.2开放式数控系统的发展现状
目前  ，开放式数控系统的结构主要有三种形式[17_18]:
“PC嵌入NC”型数控系统  ，即在传统的数控系统中嵌入PC  ，该数控系统在 PC部分对于用户是开放的  ，而NC内核部分对于用户是封闭的 。“PC+NC”机构 的数控系统不利于机床的可重构、可扩展性 。
“NC嵌入PC”型数控系统  ，该系统以PC机为开发平台  ，以运动控制器为控 制核心  ，其数控系统硬件结构如图1.1所示 。这种结构的数控系统在PC和NC部 分对用户都具有开放性  ，且开发周期短、通用性好 。目前在众多的运动控制器中 以美j9九游会平台道公司的PMAC多轴可编程运动控制器为代表  ，该控制器可同时控制8 根轴的运动  ，并可对其进行逻辑控制  ，具有独立的CPU,处理速度快  ，许多开放 式数控系统研宄人员采用该运动控制器 。
“PC+SOFTCNC”型数控系统  ，该数控系统是一种新型的开放式数控系统结 构  ，它的CNC软件是在PC机的基础上开发的  ，直接控制伺服驱动  ，这种系统开 放性好  ，但由于操作系统的实时性、标准化的统一及系统的稳定性等问题  ，该类 系统处于研宄阶段 。
开放式数控系统自出现以来就备受业界的关注  ，经历了二十多年的不断发展  ， 在国内外都取得了一定的的成果 。
在开放性数控系统研宄领域中  ，国外最具影响力的有欧洲的OSACA计划  ， 1992年该计划启动  ，该计划主要是为了建立一个开放的且与厂商无关的控制器体 系结构 。OSACA的想法是开发一组控制程序API和一个底层结构  ，以实现应用程 序的可重构性  ，可替换性等特点[19] 。美国的OMAC计划  ，它是在没有定义固定的 控制器结构  ，也没有指定操作系统的情况下  ，只规定了用于建造不同类型控制器 的模块集 。机床供应商根据用户需要向用户提供标准组件  ，将组件采用“即插即 用”的方法组成数控系统  ，这种方法大大降低了系统的生产成本  ，同时缩短了生 产周期 。日本的OSEC计划  ，该计划是OSACA计划的延伸  ，其目的是建立支持 控制组件的动态集成的实时平台 。通过该平台可方便地实现柔性的、面向特定应 用的控制系统 。
除了以上研宄还有一些学校加入了研宄开放性数控系统的行列  ，如美国密歇 根大学研宄出了基于PC的五轴数控铣床的开放性数控系统UMOAC[2()] 。加拿大 的不列颠哥伦比亚大学开发了一个基于DSP智能加工模块的多轴可编程数控系统 。
与国外相比我国对开放性数控系统的研宄有一定的差距  ，但通过国家政策的 改进和研宄人员的努力   ，取得了一些成就 。其中代表性产品有：北京的中华系列、 武汉的华中系列和沈阳的蓝天系列 。华中世纪之星是基于PC的铣床数控系统  ，可 实现五轴联动  ，在国内是比较先进的开放式数控系统[21] 。