STEP-NC智能數控系統工作流程自治協作型是既具備自治能力又具有協作能力的一種類型。它同樣對加工任務沒有選擇權，但可以通過協作機制與外界進行協商，主要包括物理層的協作、信息共享以及對加工任務或方案的協商等。全智能型是面向網絡制造環境而提出的一種類型。它本身作為網絡制造環境中的一個自主的智能體，既可以選擇加工方法，同時也可以對加工任務進行評估、談判并決定是否接受該任務。本文重點研究全智能型STEP-NC數控系統。全智能型STEP-NC數控系統的主要工藝流程如所示，其步驟如下：基于STEP-NC智能數控系統的工作流程（1）讀取STEP-NC文件。數控系統讀入STEP-NC文件后，將其翻譯為控制器內部格式的數據，如C、C、Java等（具體由系統的編程語言確定，本文采用C）。這一過程稱為STEP-NC程序的解釋，相應的功能模塊則稱為解釋器。

　　（2）信息提取。進行文件頭段、數據段（制造信息主要包括特征信息、工藝信息、工作方案、幾何信息）信息的提取。

　　（3）工藝規劃。提取信息后，執行工藝規劃。

　　數控編程階段的工藝規劃通常為離線規劃或外部規劃。對于智能型STEP-NC控制器，僅具有這種基本的現場規劃能力尚不足以實現動態規劃、智能控制以及數據的回溯等，本文提出離線規劃、在線規劃和實時規劃三層規劃數控加工模式。

　　STEP-NC智能數控系統的體系結構STEP-NC數控系統各模塊之間既相互獨立，又相互關聯，需要頻繁地進行信息交互，彼此之間還需要密切的相互協作。多智能體技術提供了一個很好的實現策略。多智能體系統（multi-agentsystem，MAS）是由多個可計算的智能體組成的集合，其中每個智能體是一個物理的或抽象的實體，能作用于自身和環境，并與其他智能體通信。MAS重點強調各Agent成員之間合作解決問題的能力，包括任務的分配和管理、協同的方式與方法、沖突的檢測與消解、資源的分配與管理等。在多Agent系統理論中，各Agent之間的協調和協作是解決問題的關鍵，各Agent之間必須通過通信來交換信息，這些信息包括目標、意圖、結果和狀態等。MAS具有自主性、分布性、協調性，并具有自組織能力、學習能力和推理能力。采用MAS解決實際應用問題，具有很強的魯棒性和可靠性，并具有較高的問題求解效率。MAS通過采用各智能體間的通信、合作、協調、調度、管理及控制來表達實際系統的結構、功能及行為特性，為各種實際問題提供了一種統一的框架<6>.

　　STEP-NC數控系統的每個功能模塊都可單獨構成一個獨立的Agent，當它們共同協作完成同一個目標時，則具有多Agent的特征。單個Agent在完成自身任務的同時，又能和多個Agent協同作業，共同實現總目標。此外，作為新一代機床控制器，STEP-NC智能控制器的體系結構還必須考慮CNC技術的發展趨勢。系統應符合開放式數控的要求，采用模塊化、軟件化和開放式結構，從體系結構上保證其開放性和可重構性，便于開發商或者是用戶對其重新配置，使其無須作大的改動便可以適應某一特殊加工任務或者新的控制要求。與專用數控硬件平臺相比，PC平臺具有硬件可靠、集成度高、軟件資源豐富、開發調試環境良好、軟硬件升級快、開發周期短、維護擴展方便、性能價格比高等特點，為開發高性能數控系統奠定了基礎。STEP-NC智能數控系統應立足于PC軟硬件環境。所有功能模塊都應采用運行于PC平臺和*常用操作系統環境下的軟件實現。STEP-NC智能數控系統不應僅當作傳統數控系統在功能方面的擴展，應將其決策和控制任務作為一個統一整體對待，從運行機制、基礎算法方面等保證系統與STEP-NC數據模型的協調性。結合以上要求，本文提出基于多智能體智能型STEP-NC數控系統的體系結構，如所示。整個系統由12個不同功能的Agent組成。

　　基于多智能體STEP-NC智能數控系統的體系結構（1）解釋Agent.讀入的STEP-NC文件轉換成控制器內部格式的數據，并存入數據庫。

　　（2）工藝規劃Agent.實現特征轉換、資源選擇和工藝條件的確定；根據受控機床的具體狀況，確定*優方案及具體參數（每個工步的工藝規劃或優化、工步的連續化、工步排序和總體方案的優化等）。

　　（3）刀具路徑規劃Agent.根據加工特征、操作、以及加工策略等信息生成每一個工作步驟的刀位軌跡。

　　（4）仿真Agent.利用從STEP-NC加工程序中提取的幾何信息和工藝信息進行系統建模和加工仿真；采用基于特征的建模技術建立系統模型，按照工步的方式實現加工過程的動態仿真。

　　典型模塊的實現上述12個功能Agent模塊的開發是實現智能型STEP-NC數控系統的基礎和關鍵，本文僅以解釋Agent和工藝規劃Agent為例，說明其實現的具體原理和方法。

　　解釋AgentSTEP-NC數控程序是根據ISO10303-21編寫的文本文件，主要包括文件頭段和數據段兩部分。文件頭段是對文件的管理信息、編程標準等內容的說明。數據段以project語句為切入點，根據ISO14649標準描述具體的幾何信息和工藝信息。為了便于數據處理功能的實現，數控系統讀取數控程序時通常需要將其翻譯為內部數據格式。基于ROSEC早聯編方式的STEP-NC程序解釋（翻譯）實現工藝流程如所示。

　　上部的虛線框表示了從EXPRESS模式向C類和數據字典的轉化過程。其中，Integrated_CNC_schema.exp為AP-238模型（AIM），通過編譯器生成ROSE格式的數據字典和對應C類的定義。下部的虛線框表示開發環境和工具。中部虛線框給出數據翻譯的基本流程，STEP-NC文件通過輸入輸出模塊讀入內存，然后數據提取轉換模塊按照SDAI方式（不是標準的SDAI）按需要提取其中的信息。內存文件以ROSE工作單的形式存在，一般包括頭段、數據段和系統段。前兩段分別與物理文件的頭段和數據段相對應；系統段是ROSE工作單文件特有的，主要記錄ROSE名稱索引以及相關數據庫的信息（可通過RoseDesign：：system_section方法獲取）。因此，中的輸入輸出必須符合ROSE要求。

　　工藝規劃Agent從本質上講，以STEP-NC取代ISO6983不會影響到數控加工的工藝問題。但是，數據模型的差異決定了數控加工工藝的實現方式將產生很大的變化。傳統模式下的工藝問題基本上都是通過離線工藝規劃實現的；而STEP-NC模式則將與具體機床有關的工藝規劃問題留待現場解決，使得工藝規劃問題貫穿到了整個數控加工過程。針對智能型STEP-NC數控系統的具體特點，本文提出離線規劃、在線規劃和實時規劃三級工藝規劃的策略。STEP-NC數控系統內部所具有的規劃能力定義為現場規劃，數控編程階段的工藝規劃為離線規劃或外部規劃。對于智能型STEP-NC數控系統，僅具有這種基本的現場規劃能力尚不足以實現動態規劃、智能控制以及數據的回溯等功能。為此，本文又將現場規劃分為在線規劃和實時規劃。展示了STEP-NC智能數控系統分層規劃模型。

　　STEP-NC智能數控系統分層規則模型離線規劃包括從工藝分析到生成STEP-NC數據文件的過程，主要任務可概括為3個方面：特征轉換、資源選擇和工藝條件的確定。特征轉換指設計特征向STEP-NC制造特征（包括幾何特征、工藝要求等）的轉換；資源選擇主要指機床型號、刀具型號等的選擇；工藝條件的確定主要指基本工藝流程、基本技術要求（切削方式、切削液等）的確定。離線規劃的*終結果為STEP-NC數控程序。在線規劃的基本任務是在STEP-NC數據的基礎上進行細化，并根據受控機床的具體情況進行優化。在線規劃的*終結果是在當前條件下的*優方案及具體參數。一般地，可以將其理解為現場規劃中靜態任務的規劃，在智能型STEP-NC控制器中由規劃Agent負責，包括每個工步的工藝規劃或優化、工步的連續化、工步排序和總體方案的優化等。實時規劃的主要任務包括兩方面：一是在每個工步執行之前實時地生成刀具路徑及相應的控制指令（運動指令、換刀指令、切削液開關指令等）；二是根據機床的運行狀況在一定范圍內調整工藝參數。前者一般由控制模塊（或加工Agent）單獨解決；后者一般通過控制模塊和規劃模塊的協作來實現，但也可以由控制模塊單獨解決。之所以將STEP-NC控制器的規劃問題分為在線規劃和實時規劃并將生成刀軌放在實時規劃階段，主要的原因是：數控加工具有實時性要求，因此一般性的規劃問題應在啟動數控加工循環之前進行；數控加工中有許多事先不能預料的問題，數據不能過早地分解為控制代碼，否則將無法實現數控系統的動態規劃、智能控制以及數據的回溯等功能。

　　原型系統的實現基于多智能體STEP-NC智能數控系統的體系結構，本課題組正在開發基于STEP-NC智能數控系統原型系統，整個系統是在VC和ST-Developer集成環境下開發的，運行于PC平臺。部分功能模塊已經被實現，基本上實現了STEP-NC程序的解釋翻譯和現場編輯功能，并提供了一個現場工藝規劃和仿真的支持平臺。展示了數控程序的編輯環境。在此環境下可以打開、編輯和保存STEP-NC文件，并可以在此環境下直接編寫新的STEP-NC程序，但目前該系統還沒有提供完善的現場編程輔助功能。打開文件時系統能夠自動從文件格式和語法方面進行合法性檢查。如果合法，系統可以顯示工件的幾何形狀（通過ST-Viewer的自動化技術實現）。

　　數控程序編輯與圖形化顯示界面5結論通過對基于STEP-NC智能數控系統工藝流程的分析，指出STEP-NC數控系統各模塊之間既相互獨立，又相互關聯，需要頻繁地進行信息交互，彼此之間需要密切的相互協作，以期完成STEP-NC智能數控系統的各項功能要求。多智能體技術提供了一個很好實現的策略。本文建立了基于多智能體STEP-NC智能數控系統的體系結構，整個系統由解釋Agent、工藝規劃Agent、監控Agent和決策Agent等12個不同功能的Agent組成。各Agent之間相互協作，共同實現STEP-NC智能控制器的各種功能。以系統中的兩個典型模塊解釋Agent和工藝規劃Agent為例，闡述了其實現的具體方法。針對智能型STEP-NC數控系統的具體特點，本文提出離線規劃、在線規劃和實時規劃三級工藝規劃的策略。目前基于STEP-NC智能數控系統的研究在國際還處于起步階段，許多問題尚未有定論，本文提出一種構建智能型STEP-NC數控系統的策略和方法，僅是對基于STEP-NC智能數控系統的研究作了初步的探索。許多問題還有待于深化。