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基于構架/構件復用的開放式數控系統(tǒng)研究
李斌，周云飛，唐曉琪
中國武漢華中科技大學工程技術研究中心
2003年2月12日接收；2003年10月25日修正；2003年10月25日接受；2004年6月9日在線使用
摘要
通過對開放式數控系統(tǒng)和構架/構件復用技術當前形勢發(fā)展的分析， 本文主要研究基于這一技術的開放式數控系統(tǒng)。 采用域工程方法，數控系統(tǒng)通常通過起著關鍵作用的數據通信組織起來。 此外，構件也被引以為例到可以再度使用的數據通信組件中，這不同于一般的構件。推出了數控系統(tǒng)的刻面模塊分揀、表達、存儲和檢索系統(tǒng)。 結合上述各種有用信息，綜合開發(fā)，構建出開放式數控系統(tǒng)平臺。 支持這個平臺的開放式數控系統(tǒng)的開發(fā)流程包括兩個相關課程: 數控重用組件開發(fā)、這些重用組件與應用系統(tǒng)的建設。 此外,數控應用系統(tǒng)在MS-Windows上的實時應用能力可以通過這個平臺檢驗。
關鍵詞: 數控， 開放式， 組件， 軟件重用， 域工程
1.簡介
由于硬件技術的雙快速發(fā)展， 電腦數值控制(CNC)系統(tǒng)的復雜性提高，與第三方軟件提高的要求相適應， 開發(fā)商頻繁的跳槽，及技工兄弟間割喉式的競爭等原因，數控系統(tǒng)的制造商不得不盡力去不斷提高自己系統(tǒng)的質量和縮短該產品的開發(fā)時間，因此,開放架構正成為數控技術當前的發(fā)展趨勢，且其主要目標是要建立一個統(tǒng)一的識別系統(tǒng)平臺。與開放式平臺的發(fā)展相比，CNC應用系統(tǒng)將更加模塊化和靈活化，因此，這一系統(tǒng)的使用者將可以選擇功能模塊，甚至整合、修改、拓展系統(tǒng)功能，以滿足不同的應用要求。關于開放式數控系統(tǒng)一系列意見可以總結如下[1-4]：
（1）開放式數控系統(tǒng)具有靈活的硬件和軟件。 因此，它不僅允許硬件改變其基本配置而且也允許軟件修改各級控制。
（2）一個開放式數控系統(tǒng)提供了即插即用兼容的真正意義。
（3）一個開放式數控系統(tǒng)的標準化，允許第三方開發(fā)能滿足其要求的新的硬件和軟件。
（4）開放式數控系統(tǒng)有能力融入與這個標準相同水平的其他成分， 還可以共享數據中的主要成分。
（5）開放式數控系統(tǒng)可以同其他系統(tǒng)在系統(tǒng)水平上一致。
鑒于上述原因， 我們把為專用數控域建立開放式數控系統(tǒng)模型作為可行的方法視為自然，但在另一方面，軟件重用是應用軟件開發(fā)過程中， 特別是在同一領域更深程度的應用，因為新的制度一向與前一期關系非常緊密[5]。它逐漸確信整個體系結構的設計和規(guī)格比軟件系統(tǒng)的規(guī)模和復雜性日益升級的公司內的選擇算法和數據結構更為重要。所以軟件構架的重要性正在得到承認。近年來建筑/組件技術在眾多的軟件重用技術中發(fā)展迅速[6，7]?；谏鲜鲇^點,本文主要對開放式數控系統(tǒng)及軟件構架/構件復用技術, 開放式數控系統(tǒng)的結構和開發(fā)的數控系統(tǒng)的集成平臺進行研究。
2. 基于構架/構件的軟件復用技術的開放式數控系統(tǒng)
2.1. 軟件重用和構件/組件技術
軟件架構是指總體結構設計和抽象的系統(tǒng)說明的劃定。這是一個對軟件系統(tǒng)的組成,結構和工作方式的宏觀描述。簡而言之，軟件構架描述了組件及系統(tǒng)中組件間的的內在聯系。軟件開發(fā)基于構架把其重點從典線轉向較大粒度的建筑元素(例如， 組件)，以及整體結構相互之間的這些元素。發(fā)展的基調是構筑重用的軟件體系結構； 它強調分析與設計的重用，而不是限制代碼的重用。
組件是一個功能上相對獨立的單位。它可以清晰分辨， 在軟件系統(tǒng)中可重復使用。這可能是一類，一類樹、框架、或普通艙。 隨著對軟件重用概念的嵌入式理解，組件成分已不再局限于代碼組件 ，而是擴展到需求、結構、文件、測試計劃、測試用例和數據, 以及其他有關開發(fā)激活的有用信息。
基于構架/構件技術的軟件重用包括兩個相關過程：可重用組件的開發(fā)和包含可重用組件的應用系統(tǒng)的開發(fā)。軟件體系結構/組件技術在發(fā)展的過程的功能可以表示成圖1。首先，通過域工程方法可以分析特殊領域，并且能得到這個特殊域的軟件架構。然后組件開發(fā)的進程、 分揀和存儲，都可用這個架構來引導。當一個新的應用系統(tǒng)需要發(fā)展的時候， 一些相關組件被從領域構件庫或其他一般組件庫中搜出和提取出來，緊接著那些合適的組件將通過挑選和改良以適應系統(tǒng)，最后，這些組件被組裝在一個新的應用系統(tǒng)中。
2.2.特殊領域的軟件復用技術需要數控系統(tǒng)的開放
開放系統(tǒng)技術的第一條原則是在系統(tǒng)開發(fā)過程中應用接口標準， 在此時按接口標準去實現。這為系統(tǒng)開發(fā)的設計決策和系統(tǒng)演化提供了一個穩(wěn)定的基礎， 同時還保證了系統(tǒng)間的相互操作[8]。
從20世紀80年代起，開放式數控系統(tǒng)的研究項目已在世界各國紛紛展開研究，其中一些還具有很大的影響力，美國的OMAC，歐洲的OSACA和日本的OSEC。OSACA通過通信系統(tǒng)實現工作領域間的數據通信，其系統(tǒng)模型是基于分層結構, ,每一個功能模塊的應用系統(tǒng)和內部運行機制的所有數據結構的基礎上， 該模塊的這些數據結構必須定義徹底 它需要復雜的配置系統(tǒng),以建立并維持松散的應用系統(tǒng)的拓撲結構。
應用系統(tǒng)開發(fā)
圖1.軟件構件/組件在開發(fā)過程中的功能
組件開發(fā)者
裝配
域分析
軟件構件
基于組件的
域
基于組件的其他
管理
分類，貯存
參考
搜索并吸取
搜索并吸取
適應性修正
現在，軟件復用技術能最好的支持開放式體系， 尤其是符合接口標準的部件，可以利用“插頭發(fā)揮”法容易地集成到系統(tǒng)，這是一個重新利用的黑匣子。 這樣，元件可以獨立發(fā)展，根據接口標準。
這就是有名的實現數控系統(tǒng)的開放即基于構架/構件技術的軟件重用的潛在途徑。數控系統(tǒng)的開放與軟件的重新利用出現的偶然性可見如下三個方面:
(1)在舊版本的基礎上， 加入了新功能，產生了新的數控系統(tǒng)的版本，適應了一些新的要求。
(2)修正部分以適應運行平臺，讓軟件可以在另一個系統(tǒng)平臺上運行……
(3)將數控系統(tǒng)的軟件(或其組成部分)應用到另一個數控應用系統(tǒng)，使舊系統(tǒng)演變成具有不同的功能和用途的新系統(tǒng)。
3. 基于域工程的數控系統(tǒng)結構的分析和建模
為設計系統(tǒng)得到正確的結構是非常重要的。而域工程的方法[9-12]必須采取對數控系統(tǒng)進行分析，以便獲得正確的系統(tǒng)結構。領域指一套被具有類似的要求的應用系統(tǒng)覆蓋的功能區(qū)。領域工程包含三個主要階段：領域分析，領域設計和領域實現。 在域分析和建模這一進程中，主要的問題是要實現開放式數控系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。
3.1. 數據通信在組織開放式數控系統(tǒng)中起關鍵作用
通過用領域工程方法分析典型數控系統(tǒng)，我們可以發(fā)現數控系統(tǒng)的進程和線程可以和在一些功能部件起關鍵作用的數據通信組織起來 。這種組織形式的優(yōu)點如下所示：
（1） 鑒于組件集成軟件的發(fā)展方向，數據通訊模塊可作為骨架去組織系統(tǒng)； 這使得系統(tǒng)的組織較前者容易。
（2） 以數據通信作為關鍵環(huán)節(jié)的該系統(tǒng)已不再是一個層次結構。 每一個模塊都有一個只與數據通信模塊連接的接口。 開發(fā)商只需要注意這個接口，而不需考慮其他模塊的組織模式。
（3）為一個系統(tǒng)詳細的定義數據通信模塊的接口是足夠的，與接口相一致，開發(fā)商需要做的，是發(fā)展其中有沒有必要界定的內部數據結構和建立有效的完全基于這些數據結構的內部運行機制的個體模塊。
（4）如果系統(tǒng)的數據通訊是確定的，整個系統(tǒng)的拓撲關系將嚴格界定。它確保了軟件零件間的互互操作性。
我們強調系統(tǒng)中每模塊的自主性。所謂自主意思是每一個模塊都是一個獨立的個體， 每個單元的目標和目標值都是獨立的，甚至可以自己做出決定，制定計劃， 采取行動去實現本身的目標，以及應付任何意外，因為它的行為是可控的。自治模塊間毫無功能聯系和記憶分享。所有信息通信都通過數據通信模塊實現。 每個模塊只能處于可選擇狀態(tài):運行或睡眠。模塊本身控制這兩個狀態(tài)。 關鍵環(huán)節(jié)-數據通信模塊-具有相同的特性。
數據/
控制
數據/
控制
數控組件1
數控組件2
數控系統(tǒng)
內在的通
信處理機
制
數控組件m
數控組件n
數據/
控制
數據/
控制
......
……
圖2. 有起關鍵作用的數據溝通的 CNC 領域功能的模型
將數據通信模塊作為關鍵環(huán)節(jié)的數控系統(tǒng)的功能型號如圖2所示。數據通信的功能模塊有幾個組件接口. 這些接口,可與其他功能部件,如G代碼譯員組成 刀具補償元件和插補元件等相聯系。每個部件的輸入和輸出數據都通過其接口以交換關鍵環(huán)節(jié)來實現；數據通信模塊從每一個接口讀取數據，并自主送回。
只有兩種基于功能模式的域行為： (1)傳送/接收數據信息和控制信息； (2)配套活動，如PLC編程，G代碼檔案的管理和編輯， 參數設定等。
3.2.從數據通信模塊中提取系統(tǒng)建筑
通過對部件實現的系統(tǒng)功能和組件必須自主化的強調，我們可以從開放數控系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)--數據通信模塊開始分析數控系統(tǒng)的結構。劃分組件的原則是實現最少功能耦合和組件間最可能獨立， 要努力使部件功能的業(yè)務數據流獨立。組件的設計應遵循領域的普通技術標準。
例如，基于MS-Windows2000的數控系統(tǒng)的結構和高性能運動控制卡的分析如下。整個系統(tǒng)通過數據通信模塊組織起來。建筑描述了全球系統(tǒng)組織，該系統(tǒng)的控制了部件的結構、部件間的通信及其部件間的協(xié)議、 元件的同步化、元件的功能分配元件的實物分配、元件的集成、 整個系統(tǒng)的伸縮性等等。
首先，對域和接口的關系如經營環(huán)境和數據要求進行分析。變異也將進行鑒定。在領域范圍被確定之后，跨社區(qū)和不同領域的應用將予以分析，它包括域特點，要求在領域中實現應用的領域知識信息和資料的需求信息， 數據和控制流的操作。在此基礎上，后續(xù)工作就是對并行進程和單位域對象，定義過程，這些進程和模塊的后天分布特征，功能和數據對象進行識別，為在領域中應用提供解決軟件，最后開發(fā)出域的建筑模型。
被提取的開放式數控系統(tǒng)的結構見 圖3。數控系統(tǒng)軟件可分為兩部分：在電腦CPU上運行的上部和在高表現運動控制卡的DSP上運行的下部。它是一個多程序和多線的多任務系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結構可以分為四種類型:設備驅動組件，基本組件，數控領域的普通組件及特殊應用組件。
數控系統(tǒng)硬件的設備驅動程序被標準化到組件，這樣使用者可以像操作其他一般組件一樣選擇和安裝設備驅動組件。
基本組件就是那些實現計算機系統(tǒng)共同的功能的組件，例如多媒體通信組件，檔案管理組件和奇異硬件測試組件。
域的共性成分就是那些有條件實現數控系統(tǒng)的域通用功能的成分。這些成分就是數控系統(tǒng)中通過域工程分析所獲得的最重要的成就。通常，它包含了數據通信組件、人機界面組成、任務調度組件、G代碼編譯組件、插補組件、刀具補償元件、運動控制組件、診斷組件、PLC程序解讀和編輯組成、PLC的執(zhí)行組件、參數設定組成、數據庫操作組件、實時誤差補償元件等。
特殊應用構件就是為某些特殊應用開發(fā)的組件，如螺旋圓錐齒輪的計算組件。
Windows 2000
PLC程序解讀和編輯
外部網絡
數據通信
系統(tǒng)檢測
系統(tǒng)設定
誤差處理
檔案管理
G代碼編譯
人機交接
刀具補償
數據庫操作
......
高性能運動
控制卡
設備驅動程序
任務調度
運動軸
……
控制終端
輸入/輸出端口
PLC邏輯
運動控制
誤差補償
差補
數
據
通
信
圖3. 基于windows 2000 和運動控制的 CNC 系統(tǒng)的構件
3.3.對數據通信組件的開放式數控系統(tǒng)的構件的例示
目前，世界上有四種描述和表示軟件體系的類型：(1)繪畫矩形定向線段的數字表達； (2)模塊中連接傳統(tǒng)的編程語言模塊的路徑語言；(3) 結合面向對象技術與傳統(tǒng)程序設計語言的發(fā)展經驗的特殊軟件構架描述語言（SADL）； (4)基于組件的系統(tǒng)描述語言。
第一類是通常采用的方法。但這種方法的“圖案和注釋”始終是隨機的并沒有正式確定的，就是不嚴格的。彌補了其他種類的缺點并不是偶然的。通過我們對每種有關的系統(tǒng)數據通信組件的構件的例示，致使軟件構件不再是抽象意義上的概念模型，但是程序代碼按照宇宙法能被其他組件所重復使用。 由于開發(fā)環(huán)境的不同，每個系統(tǒng)結構都最少符合一個數據通信元件，而每個數據通信組件僅符合一個獨特系統(tǒng)抽象體系結構。
4.數控系統(tǒng)組件的類和檢索
4.1.數控系統(tǒng)組件的分類
4.1.1. 組件的關節(jié)分類模型
組件分類是構建和維護組件的目錄信息的活動，且構件檢索方法取決于元件的表達和分類，因此構件的分類將有利于部件的管理，存儲，檢索和理解。組件分類有大量的分類方式，其中刻面分類方法有廣泛的應用[13，14]。
面分類模式是由一套描述組件的基本特征的面組成。組件庫中根據不同的方面劃分成各個面組件。通常所說的面是由一套基本的術語（即關鍵詞）組成的術語空間。每個組件能被一或者較多術語用每個面 (面術語是一確定的聚集) 描述，而且每個面反映一個方法在庫中分類成份。為何, 使用者能夠直覺地指定成份被從不同的視野取回。 結果，這一個程序也將會促進使用者了解組件。
據組合可知刻面分類具有以下特征：
（1）一個面必須充分肯定的表達組件庫中的所有組件，也就是每個組件可以通過面來區(qū)分。
（2）每個面都有與之相關聯的術語空間。任何兩個術語空間間都是正交的，這就意味著其中一面術語的改變不會影響其他面中的術語空間。
（3）刻面的術語空間是一個有限而模糊的空間，術語可以被動的增加或刪除。
（4）每個組件的所有刻面必須預先被定義，它不允許當區(qū)別組件的時候，那里存在不確定的刻面。但是當質疑的時候，使用者可根據刻面的隨機數質疑。
（5）當一位組件庫經理對組件進行分類的時候，他應該瞄準每個刻面選擇來自術語空間的適當的 (一個或者更多) 術語, 如此同樣地完成組件的封包工作。
（6）術語空間中的術語按照從一般到特別的關系呈樹狀階層結構分布。每個術語都有著不定數目的同義詞。
4.1.2用刻面模式給數控系統(tǒng)組件分類
根據上述的刻面分類方法，將其運用于數控系統(tǒng)中，本文提出以下的刻面分類，用BNF巴科斯范式表示如下：
：：=(組件標識，組件類別，組件實現，組件信息，組件運行環(huán)境，組件版本關系)。
(1)組件標識：用于惟一標識某一數控組件，主要包含以下屬性：①組件號：區(qū)別其他的數控性同組件。②組件名字：相同的類型的 CNC組件無法擁有相同的名字，但是不同類型的能擁有相同的名字。③組件實體類型：用于標識組件的實體類型，即源代碼文件、目標文件、庫文件等類型。
(2) 組件功能性: 組件功能性是由在它的最初而可能軟件系統(tǒng)種組件提供的軟件功能聚集。組件庫中的任何組件一定具備一個或多個功能。功能刻面的術語大部分由從組件的制作者/提供者提供的組件功能關鍵字組成。由于術語的一致，功能術語應該試著使來自一個比較高的抽象水平的組件用法具體化。
數控系統(tǒng)根據功能劃分可分為G代碼編譯組件、刀補半徑組件、速度預處理組件、插補組件、位置控制組件、人機交互組件、故障診斷處理組件等等。那么，“功能”就可以作為一個刻面。關于插補組件，依照不同的運算法則，他們能采用直線插補、圓弧插補、以符合高的精密需求拋物線插補、橢圓插補等等。 不同的組件能采用一種或多種的運算法則。
(3) 組件應用環(huán)境: 組件應用環(huán)境是當使用 (包括了解/集合/修正) 組件時所必須提供的硬件和軟件平臺。只有當依賴特定的應用環(huán)境的時候, 組件庫中的每個組件才能被重復使用。甚至原始碼水平的通用組件也必須仰賴特別的編譯系統(tǒng)。應用環(huán)境大概包含以下屬性:：(i) 組件硬件環(huán)境。 (ii) 組件操作系統(tǒng)環(huán)境。 (iii) 數據庫平臺。(iv) 網絡環(huán)境。 (v) 編譯而且連接環(huán)境
(4)組件實現：描述CNC組件的功能及與實現有關的一些信息，主要包含以下屬性：（Ⅰ）開發(fā)語言：實現CNC組件所用的程序設計語言。（Ⅱ）組件參數類型：描述CNC組件參數的類型是否可選，接口參數及引用方法的具體描述。（Ⅲ）上下文環(huán)境: 即如果組件被裝配從系統(tǒng)中得到的程序水平上的上下文環(huán)境。（Ⅳ）形式:組件的合成和他們的相互關系， 像是類別、類別樹、框架、模塊。（Ⅴ）表示法: 它是過去一直描述組件內容, 像是輪廓、本文、中文、英語的形式。
(5) 組件階級體系: 組件階級體系是與軟件發(fā)展程序聯系緊密的處于抽象水平的組件。因為階級體系刻面的術語比較簡單, 組件庫經理通常列舉它們。目前的階級體系術語包括: (i) 分析; (ii) 設計; (iii) 編碼; (iv) 測試
（6）組件信息：組件信息描述了數控組件的一些特定歷史信息，如當它們被產生的時候，且這個數據大體包含以下屬性：(i) 關于組件的資訊開發(fā)者和發(fā)展部門。 (ii) 組件生產數據。 (iii) 成份儲入倉庫資料。 (iv)組件尺寸。
(7)組件版本關系：描述功能相似的同一系列CNC組件之間的關系，主要包含以下屬性：(i)相關版本。 (ii) 提倡版本。
上述的刻面完全地與彼此分開，因此，他們完全具體表達了與重新利用相關聯的組件特性，而且是能適應開放 CNC 系統(tǒng)的組件庫的發(fā)展。
被包含在每個刻面的屬性是他們的第一個水平術語; 術語和他們的下級術語之間的關系是一個從一般到特別的樹形結構。舉個例子來說，“開發(fā)語言”的術語在組件實現刻面是第一水平術語（概要），歸納開發(fā)數控組件所用的語言，可以是C、C++、Java、Foaran、ASM 等，這些要素構成了“開發(fā)語言”屬性的值。
對于這樣一個主題：“用C++語言開發(fā)的有拋物線插補算法的插補組件”。通過對它的分析，可提取它在功能刻面內的元素：采用拋物線算法的插補組件，在組件實現刻面內的元素：C++語言。
4.2. 組件恢復
在組件重用的過程中，首先我們應當吸取來自所給定需要的功能的規(guī)格的一組關鍵字。然后按照這些關鍵字從已有組件中搜尋所需的候選組件。如果只發(fā)現一個組件符合所有的需求， 那么就選擇它。但是通常有不止一個候選組件，而且每個備用組件只有一部分符合使用者的需求。在這情況下，存在多個候選組件，但每個候選組件都只能部分地滿足用戶要求。在這樣的情況下，就要對候選組件滿足用戶的要求程度和為滿足要求而需做的適應性修改的工作量進行評價，并以此對候選組件進行排序。有了排好序的組件清單后，用戶即可選定需最少工作量即可完成修改并重用的組件。
下列的運算法則解釋重復使用的過程：
開始
在一個相配方法的組件庫中搜尋
歸還滿足配對要求的一組組件
計算與每個組件相配的水平
選擇最佳組件
為適應性修正挑選的組件 結束
當檢索組件的時候（包括在組件庫中搜索，計算匹配水平），我們可用由Zaremski 和 Wing首次提出的簽名匹配方法來對組件進行匹配：把從組件中抽取出的特征信息稱為簽名，檢索時把用戶的檢索要求和組件的簽名相匹配。
簽名匹配定義如下：
簽名匹配
給定一個簽名查詢q，匹配謂詞M，組件庫C，經簽名匹配處理返回滿足匹配謂詞條件的組件集合。
適應性修正就是修正不與使用需求一致的經挑選的組件，比如原始碼組件的修正，二進位組件接口的修正,組件的再包裝等等。
5. 基于建筑/組件重復使用技術的整合發(fā)展平臺和開放式 CNC 系統(tǒng)的工作流程
發(fā)展開放式數控系統(tǒng)的工作流程如圖4所示。整個的流程包括兩個有相互聯系的過程：可以再度使用的 CNC 系統(tǒng)組件的發(fā)展和可再用組件的應用系統(tǒng)的構造。應用系統(tǒng)的即時能力能被由整合的發(fā)展平臺所提供的 ''Cnc 視野''軟件檢測。
5.1. 可以再度使用 CNC 系統(tǒng)組件發(fā)展的過程
第一， CNC 領域采用領域工程方法分析，而且 CNC 系統(tǒng)建筑被萃取。然后， CNC 系統(tǒng)的建筑將會被作為數據通信組件的例示。這一個過程將詳細地定義數據通信組件的接口和它的內部運行控制運算法則。數據通信組件能被要求約束、文件、原始碼、二進位的密碼 等等來表達。
數據通信組件的詳細被定義的接口擔任了主要的技術規(guī)格并產生其他的組件， 同時被文件、原始碼和數據結構等來表達。
在這個過程中形成的所有的建筑和組件被分類而且被儲存在組件庫中。
系統(tǒng)常規(guī)管理和維護包括組件的疑問、劃除、修正，購買, 創(chuàng)造新的組件。
5.2.含有可以再度使用組件的數控應用系統(tǒng)的發(fā)展
應用上述的 CNC 系統(tǒng)整合的發(fā)展平臺去發(fā)展一個 CNC 應用系統(tǒng)的過程能被區(qū)分為二個階段：
第一個階段是框架產生,也就是說，依照新的系統(tǒng)的要求最適當的系統(tǒng)構件被選擇和被組件庫支持的系統(tǒng)構件選擇，而且數據通訊組件被吸取。如果需要，構件和對應的數據通信組件必須被修正。過程可見如下所示：
NC域分析
2
3
1
組件提取
新系統(tǒng)要求
構
件
/
組
件
庫
NC域分析
新組件倉庫儲存
新構件倉庫儲存
組件提取
構件提取
分類，儲存
分類，儲存
儲存
用作為規(guī)格的數據通信組件的指導
構件例示
起關鍵作用的數據通信
NC系統(tǒng)構架
數據通信組件
其他組件開發(fā)
選擇系統(tǒng)構件
通信組件的獲得
構件適應性修正
通信組件適應性修正
其他組件的獲得
基于當前管理和維持的構件/構架（組件質疑、刪除、修正、購買、創(chuàng)造新的組件等等）
新組件倉庫儲存
4
其他組件適應性修正
結合、裝配、
成形
新系統(tǒng)
1.重用組件的開發(fā)過程
2.有重用組件的應用系統(tǒng)的開發(fā)過程
3.框架產生階段 4.結合裝配階段
圖4.開放式數控系統(tǒng)的結合開發(fā)平臺和工作流程
(1) 分析新的系統(tǒng)要求，獲得關鍵字且用組件庫的對應術語更換。
(2) 根據從第一步驟獲得的期限聚集，從組件庫中搜尋和取回適當的構件。
(3) 如果構件集中只有一種元素，就選擇它，而且如果有不止一種元素，每種元素必須被評估, 并能獲得最好的一個。
(4) 如果從第二步驟獲得的構件集是無效的，新的構件將會被產生，而且將加入組件庫。
(5) 依照術語集檢索， 一筆數控系統(tǒng)的數據通信組件集就能被得到。
(6) 如果數據通訊構件集中只有一種元素，就選擇它，而且如果有不止一種元素，每種元素必須被評估, 并能獲得最好的一個。
(7) 如果從第五步驟獲得的數據通信構件集是無效的，新的數據通信構件將會被產生，而且將加入組件庫。
(8) 依照適應性構件和組件被修正，而且新的被修正的構件和新的組件也將會被增加到構件/組件庫。
第二個階段是整合和裝配。 將所獲得的通信組件的接口需求作為規(guī)格， 其他的功能組件能被檢索而且可以被從構件/組件庫中吸取。除此之外，一些組件可能被發(fā)展或者為如此的一個應用被購買。 在所有獲得的組件被修正后，他們被整合和裝配。最后，獲得一個新的系統(tǒng)。這個過程可以表示如下：
開始
為每個接口提供所需的數據通信組件
吸取從接口聚集中取回的術語
取回與術語聚集一致的功能組件
獲得功能成份聚集
如果那聚集是無效的
發(fā)展或者購買新組件
新的組件存入倉庫
另外
評估功能聚集
吸取唯一的功能元素
結束如果
修正挑選的組件以適應新要求
結束
整合,集合, 配置。 然后獲得一個新的應用系統(tǒng)
結束
從上述的運算法則中，可以發(fā)現CNC應用系統(tǒng)的發(fā)展課程包括CNC組件的發(fā)展的一些工作。
5.3. CNC應用系統(tǒng)的即時能力分析
CNC系統(tǒng)的組件之間存在嚴格時間的關系。 一些模塊一定定期地運行,當其他的模塊一定“及時”運行的時候為其他的模塊提供數據或者接受來自其他的模塊的數據。運行序列在單一工作操作系統(tǒng)環(huán)境之下一定被預先定義，但是現代的CNC應用系統(tǒng)通常是一個多工作系統(tǒng),它的即時能力被工作優(yōu)先購買和同步控制確定。
通常，一個 CNC 系統(tǒng)的組件被定義為一項工作。 舉例來說，在窗口 2000 操作系統(tǒng)下面的一個簡單的 CNC 系統(tǒng)能被分為位置控制工作、可設計的工作母機控制 (PMC) 工作、數據通信工作、插補工作、刀具補償工作、G代碼編譯工作、 使用者接口 (UI) 等等的工作。 這些工作包括兩方面：周期的工作和無周期的工作。像是位置控制和 PMC 這樣的工作通常被設計如周期的工作。另一方面，根據回應時間的需求，工作能被分為即時的工作和非即時的工作，進一步說，即時的工作包括硬的即時和軟的即時。一項難的即時工作時常有比較高的優(yōu)先, 而且需要比較短運行時間。一件不能夠被打斷的工作能受到使用工作優(yōu)先鎖定的保護。一件非即時的工作能被即時者優(yōu)先占有。在那上述的CNC 系統(tǒng)中，位置控制、插補和 PMC工作屬于難的即時; 數據通信、刀具補償和 G代碼編譯工作屬于軟的即時; 而且 UI工作能被看作非即時的。
在開放式 CNC 系統(tǒng)的整合發(fā)展平臺中，我們了解了在MS窗口下核心物體技術工作運
行狀態(tài)的監(jiān)視功能，藉此檢測一個 CNC 系統(tǒng)是否能達成即時的需求。這個軟件叫做 “CncView”. 上述 CNC 系統(tǒng)的結果如圖5所示。工作從上到下根據優(yōu)先權排列，其'' 空轉'' 表示 CNC 系統(tǒng)的所有工作沒有運行,和圖像同步的時間是毫秒。一項在運行狀態(tài)下的工作用純粹的水平線表示，優(yōu)先鎖定的工作周期用一條正方形的線表示，一件懸而未決的工作用跨線表示，而三角形標記表示工作給予了信號。數控系統(tǒng)使用一個附加的硬件定時器引起難的即時工作。
空轉
編譯
通信
刀具補償
插補
PLC
狀態(tài)控制
圖5. 使用 CncView 軟件檢測 CNC 系統(tǒng)的即時能力
UI
6. 結束語
隨著數控技術朝著開放性不斷發(fā)展和組件技術的成熟，兩者的結合成為當今數控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。組件重用技術大大減少了開發(fā)人員的工作量，使得數控系統(tǒng)的開發(fā)周期縮短，效率提高，穩(wěn)定性增強。
應用領域工程方法分析 CNC 系統(tǒng)，本文首先提出數據通信是連接整個數控系統(tǒng)得關鍵，隨后吸取來自數據通信的開放式數控系統(tǒng)的構件，最后例示對數據通信組件的構件。此外組件正在分類；表達、儲藏和檢索被深深地分析。基于這個基礎上，開發(fā)出開放式數控系統(tǒng)的整合發(fā)展平臺。了解了諸如產生且維持組件目錄的信息，質疑情況的建筑等一些視覺功能。有刻面分類模態(tài)、相配的簽字的檢索，組件提取, 即時的能力監(jiān)控等方面的組件儲藏的功能目前受平臺的支持。
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