更新时间：2022-08-25 16:08
从1952年世界上第一台数控机床诞生以来，数控技术经过几十年的发展已日趋完善，已由最初的硬件数控（NC），经过计算机数控（CNC），发展到如今以微型计算机为基础的数控（MNC）、直接数控（DNC）和柔性制造系统（FMS）等，正朝着更高的水平发展。但随着市场全球化的发展，市场竞争空前激烈，对制造商所生产的产品不但要求价格低，质量好，而且要求交货时间短，售后服务好，还要满足用户特殊的需要，即要求产品具有个性化。而传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。新的环境要求CNC装置进一步向开放式控制系统转化。
开放式数控系统还没有统一的定义，IEEE对其定义为“开放式控制系统应提供这样的能力：来自不同厂商的，在不同操作平台上运行的应用程序都能够在系统上实现，并且该系统能够和其他应用系统协调工作。”
根据这一定义，开放式数控系统应具有以下基本特征。
（1）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、硬件模块介入。
（2）可移植性：一方面，不同的应用程序模块可以运行于不同供应商提供的系统平台之上；另一方面，系统的平台可运行于不同类型、不同性能的硬件平台之上。而整个系统也表现出不同的性能。
（3）可扩展性：增添或减少系统的功能仅表现为特定功能模块的装载或卸载。
（4）相互替代性：不同性能、不同可靠性和不同能力的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。
（5）相互操作性：提供标准化的接口、通信和交互模型。不同的应用程序模块通过标准化的应用程序接口运行于系统平台之上，不同的模块之间保持平等的相互操作能力，协调工作。
（1）生产系统的要求
随着计算机系统的发展，特别是网络技术的发展，CIMS的实现形式将从大型主计算机和大规模数据库为中心的集中型，向以个人计算机的小型计算机互相连接、配置成网络的分散发展。其变化不仅拥有技术上的优势，而且更符合实际生产的需要。
（2）生产设备的客观需要
工业生产中机床设备的种类很多，许多机床是直接根据用户的需要设计的。控制器生产企业提供的数控系统大多是全功能的数控系统，数控中的许多参数都需要根据机床的实际情况设定。系统要提供设定参数的接口，以供机床制造企业调整和修改。数控系统提供的全功能，机床制造企业不一定都需要。在这种情况下他们都希望数控系统具有一定的“开放性”，即具有高度模块化的结构，可以重新配置、修改、扩充和改装。
（3）机床制造企业的推动作用
长期以来数控设备制造企业和机床制造企业是各自独立开发产品的，数控企业不断丰富系统的功能，但在数控机床实际应用中，并不一定需要庞大的系统功能支持。另一方面，机床制造厂和用户有许多经验而这些经验不可能与数控装置的生产厂共享，很难融入到已有的数控系统中去。
传统数控系统的上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。加上开放式数控系统来自于不同方面的要求，人们在20世纪80年代就提出了开放式控制系统的概念。早在1987年，美国开始了名为“下一代控制系统”的NGC计划，并成立了“美国国家制造科学中心”，其主要目的是拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析与规范。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中影响较大的有美国的OMAC计划，欧共体的OSACA计划和日本的OSEC计划等。
传统的数控系统采用专用计算机系统，软硬件对用户都是封闭的，主要存在以下问题。
（1）由于传统数控系统的封闭性，各数控系统生产商的产品软硬件不兼容，使得用户投资安全性受到威胁，购买成本和产品生命周期内的使用成本高。同时专用控制器的软硬件的主流技术远远地落后于PC技术，系统无法“借用”日新月异的PC技术而升级。
（2）系统功能固定，不能充分反映机床制造厂的生产经验，不具备某些机床或工艺特征需要的性能，用户无法对系统进行重新定义和扩展，也很难满足最终用户的特殊要求。作为机床生产厂都希望生产的数控机床有自己的特色以区别于竞争对手的产品，以利于在激烈的市场竞争中占有一席之地，而传统的数控系统是做不到的。
（3）传统数控系统缺乏统一有效和高速的通道与其他控制设备和网络设备进行互联，信息被锁在“黑匣子”中，每一台设备都成为自动化的“孤岛”，对企业的网络化和信息化发展是一个障碍。
（4）传统数控系统人机界面不灵活，系统的培训和维护费用昂贵。许多厂家花巨资购买高档数控设备，面对几本甚至十几本沉甸甸的技术资料不知从何下手。由于缺乏使用和维护知识，购买的设备不能充分发挥其作用，一旦出现故障，面对“黑匣子”束手无措，维修费用十分昂贵。有的设备由于不能正确使用以至于长期处于瘫痪状态，花巨资购买的设备非但不能发挥作用反而成了企业的沉重包袱。
在计算机技术飞速发展的今天，商业和办公自动化的软硬件系统开放性已经非常好，如果计算机的任何软硬件出了故障，都可以很快从市场上买到并加以解决，而这在传统封闭式数控系统中是做不到的。为克服传统数控系统的缺点，数控系统正朝着开放式数控系统的方向发展， 其主要形式是基于PC的NC，即在PC的总线上插上具有NC功能的运动控制卡完成实时性要求高的NC内核功能，或者利用NC与PC通信改善PC的界面和其他功能。这种形式的数控系统的开放性、功能、购买和使用总成本以及人机界面等方面较传统数控有很大的改善，但它还包含有专用硬件，扩展不方便。国内外现阶段开发的开放式数控系统大都是这种结构形式的。这种PC化的NC还有专有化硬件，因此还是严格意义上的开放式数控系统。
开放式数控系统是制造技术领域的革命性飞跃，其硬件、软件和总线规范都是对外外放的，由于有充足的软、硬件资源可被利用，系统软硬件可随着PC技术的发展而升级，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而专门针对用户的二次开发也带来方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或裁剪构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型的数控系统，开发周期大大缩短。
要实现控制系统的开放， 首先得有一个大家遵循的标准。国际上一些工业化国家都开展了这一方面的研究，旨在建立一种标准规范，使得控制系统软硬件与供应商无关，并且实现可移植性、可扩展性、互操作性、统一的人机界面风格和可维护性以取得产品的柔性、降低产品成本和使用的隐形成本、缩短产品供应时间。
（1）欧共体的ESPRIT 6379 OSACA （Open System Architecture for Control withAutomation Systems）计划开始于1992年，历时6年，有由控制供应商、机床制造企业和研究机构等组成的35个成员。
（2）美国空军开展丁NGC（下一代控制器）项日的研究，美国国家标准技术协会NIST在NGC的基础上进行丁进一步研究工作，提出了增强型机床控制器（Enhanced MachineController，EMC），并建立了Linux CNC实验床验证其基本方案。美国三大汽车公司联合研究了OMAC，他们联合欧盟OSACA组织和日本的JOP（Japan FA Open Systems PromotionGroup）建立了一套国际标准的API，是一个比较实用且影响较广的标准。
（3）日本联合六大公司成立了OSEC（Open System Environment for Controller）组织，OSEC讨论的重点是NC（数字控制）本身和分布式控制系统。该组织定义了开放式结构和生产系统的界面规范，推进工厂自动化控制设备的国际标准。
2000年，国家经贸委和机械工业局组织进行“新一代开放式数控系统平台”的研究开发。2001年6月完成了在OSACA的基础上编制《开放式数控系统技术规范》，建立厂开放式数控系统软、硬件平台，并通过了国家级验收。此外还有一些学校、企业也在进行开放式数控系统的研究开发。
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。
（1）开放人-机控制接口。这种方式允许开发商或用户构造或集成自己的模块到人机控制接口（man-machine interface MMI）。这一手段为为客户提供了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，一般用于基于PC的图形化人-机界面系统中。
（2）开放系统核心接口。此方式除了提供上述方式的开放性能外，还允许片自己特殊的模块到控制核心模块中。通过开放系统的核心接口，用户可按照一盎将自己特有的控制软件模块加到系统预先留山的内核接口上。
（3）开放体系结构。开放体系结构的解决方案是一种更彻底的开放方案。提供从软件到硬件，从人机界面到底层控制内核的全方位开放。人们可以在开放倒的标准及一系列规范的指导下，按需配置功能可繁可简、性能可高可低、价格可控赖于单一卖方的总成系统。
从实现方法上，“PC+NC”是比较现实的NC开放化的途径。也就是在硬件平台和操作系统的基础上，使用市售的软件和硬件插卡，构造出数控系统的各种功能。