隨著市場全球化的發展， 市場對于適合中小批量加工、 具有良好柔性和多功能性的制造系統的需求已超過對大型單一功能的制造系統的需求，從而要求制造具有較強的市場應變能力。這種趨勢促成了一個新概念的產生， 即模塊化、 可重構、 可擴充的軟件與硬件系統，也就是開放式數控系統。該系統不僅能夠快速、經濟地適應新的加工需求，而且為制造商提供了將其技術或產品第三方的技術或產品進行集成的可能性。目前， 世界各國都致力于研究開放式 CNC系統。如歐洲的 OSACA、 美國的 OMAC和日本的 OSEC。
數控系統的開放性概念出現在 20 世紀 80 年代末 90 年代初， 是歐美各國為了適應機床制造業在技術、 市場和生產組織結構等多方面的新的變化而提出的。 在關于開放式體系結構的定義， 按 IEEE 的定義，一個開放式控制系統應提供這樣的能力： 對于不同的賣主的各種平臺上運行的應用都能在系統上完全實現，并且能和其他系統應用進行交互操作， 同時具有一致性的用戶界面。因此，開放式系統是指能夠在多種不同的平臺上運行，可以和其他系統的應用相互操作， 并能給用戶提供一種一致風格的交互方式的數控系統， 也就是在加工機械專用的 CNC中引入 PC所具有的開放化。
根據這個定義， 開放式數控系統是一個模塊化的體系結構， 既有接口的開放性， 又有自身功能的開放性，其應具有以下特征開放性提供標準化環境的基礎平臺， 允許不同功能和不同開發商的軟件硬件模塊介入。
可互操作性通過提供標準化接口、 通信和交互機制，使不同功能模塊與標準應用程序接口運行于系統平臺之上，并獲得平等的相互操作能力， 協調工作。可移植性系統的功能軟件與設備無關， 即應用統一的數據格式、 交互模型、 控制機理，使構成系統的各個功能模塊可來源于不同的開發商提供的硬件平臺之上。
可擴展性系統的功能、 模塊可以靈活設置，方便修改， 既可以增加硬件或軟件構成功能更強的系統，也可以裁減其功能以適應低端應用。可互換性不同功能、 不同可靠性的功能模塊可以相互替代，而不影響系統的協調運行。
如何使傳統的專用型封閉式系統走向開放， 不同的系統開發商及研究機構對此提出了一些解決方案。 按開放的層次不同可分為 3 種途徑，它們的開放層次不同， 難度不等，獲得的開放效果也相差很大。這種方式允許用戶構造或集成自己的模塊到人機控制接口中。 這一手段為用戶提供靈活制定適用于各自特殊要求的操作界面和操作步驟的途徑， 一般使用于基于 PC作為圖形化人機控制界面的系統中。
此方式在上述方式的開放性能外， 還允許用戶添加自己特殊的模塊到控制核心模塊。通過開放系統的核心接口， 用戶可按照一定的規范將自己特有的控制軟件模塊加到系統預先留出的內核接口上。
開放體系結構的解決方案是一種更徹底的開放方案。它試圖提供從軟件到硬件， 從機操作界面到底層內核的全方位開放。人們可以在開放體系結構的標準及一系列規范的指導下， 按需要配置成功能可繁簡、 性能可高低、 價格可控制、 不依賴單一賣方的總成系統。
在具體的結構實現上，基于 PC的開放式數控系統可分為連接 NC型； PC嵌入 NC型； NC嵌入 PC 型； 全軟件型四種類型。下面以 NC嵌入 PC型開放式數控系統展開介紹。
嵌入 PC型系統的性能主要決定與運動控制卡。構成運動控制卡的方案主要包括基于單片機、 基于專用控制芯片和基于數字信號處理器 （ DSP） 3 種。基于 DSP 的運動控制卡，可以實現復雜的控制算法和功能，與前兩種運動控制器產品相比較， 它具有 DSP處理速度快和 PC平臺便于實現開放式結構的優點， 是一種高精度、 高速度、 多軸聯動、 體積小、 集成度高的新型運動控制卡， 可以滿足多軸聯動的數控機床等高性能控制系統的要求。
以 PC 機和運動控制卡為基礎構建開放式數控系統硬件平臺， 方便、 快捷。由于運動控制卡是標準化模塊化產品，用戶或生產商只需要根據具體要求， 選配合適的 PC機、 運動控制卡和執行單元模塊， 進行硬件系統連接，即可快速完成開放式數控系統的硬件平臺構建。其結構如圖 2 所示。
在 NC嵌入 PC型開放式數控系統結構中采用還有處理的運動控制卡， 計算機系統 CPU 可以利用計算機豐富的軟件資源， 專注于人機界面、 輸入輸出、 預處理、 發送指令等弱實時和非實時性任務； 補償處理、 速度控制、 位置控制等實時性任務則可由運動控制卡上的 DSP處理器來實現， 而無需占用機的資源。
根據數控系統的要求， 同時參照 Windows 2000 操作系統結構， 在編程語言方面采用 Visual C++作為開發工具， 基于的數控系統的軟件系統體系結構如圖 3 所示。
開放式數控系統是數控技術發展的必然趨勢。 PC的開放式數控系統具有較強的靈活性， 以運動控制卡與 PC結合構建的開放式數控系統中， 運動控制卡完成插補運算、 位置控制、 速度控制等實時任務， PC機實現友好的人機界面、靈活的系統配置、 增強的外部軟件接口， 同時可以充分利用 PC機豐富的軟硬件資源，開發高性能、 智能化、 開放式、 網絡化的數控系統，進一步地適應高度、 高效率、 高自動化的要求。
參考文獻：
游有鵬，董偉杰，張曉峰，王珉。開放式數控系統—— —新一代 NC的主流[Z].1999 年中國國際機床展先進制造技術專稿
趙春紅，秦現生，唐虹。基于PC的開放式數控系統研究[J].機械科學與技術
韓權利。開放式數控系統[J].機械設計與制造工程
張劍，殷蘇民。基于運動控制卡的開放式數控系統研制[J].機床與液壓
郭長旺，朱國力，龔時華，段正澄。基于組件技術的開放式數控系統研究[J].華中理工大學學報.
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