STEP-NC智能数控系统工作流程自治协作型是既具备自治能力又具有协作能力的一种类型。它同样对加工任务没有选择权，但可以通过协作机制与外界进行协商，主要包括物理层的协作、信息共享以及对加工任务或方案的协商等。全智能型是面向网络制造环境而提出的一种类型。它本身作为网络制造环境中的一个自主的智能体，既可以选择加工方法，同时也可以对加工任务进行评估、谈判并决定是否接受该任务。本文重点研究全智能型STEP-NC数控系统。全智能型STEP-NC数控系统的主要工艺流程如所示，其步骤如下：基于STEP-NC智能数控系统的工作流程（1）读取STEP-NC文件。数控系统读入STEP-NC文件后，将其翻译为控制器内部格式的数据，如C、C、Java等（具体由系统的编程语言确定，本文采用C）。这一过程称为STEP-NC程序的解释，相应的功能模块则称为解释器。
（2）信息提取。进行文件头段、数据段（制造信息主要包括特征信息、工艺信息、工作方案、几何信息）信息的提取。
（3）工艺规划。提取信息后，执行工艺规划。
数控编程阶段的工艺规划通常为离线规划或外部规划。对于智能型STEP-NC控制器，仅具有这种基本的现场规划能力尚不足以实现动态规划、智能控制以及数据的回溯等，本文提出离线规划、在线规划和实时规划三层规划数控加工模式。
STEP-NC智能数控系统的体系结构STEP-NC数控系统各模块之间既相互独立，又相互关联，需要频繁地进行信息交互，彼此之间还需要密切的相互协作。多智能体技术提供了一个很好的实现策略。多智能体系统（multi-agentsystem，MAS）是由多个可计算的智能体组成的集合，其中每个智能体是一个物理的或抽象的实体，能作用于自身和环境，并与其他智能体通信。MAS重点强调各Agent成员之间合作解决问题的能力，包括任务的分配和管理、协同的方式与方法、冲突的检测与消解、资源的分配与管理等。在多Agent系统理论中，各Agent之间的协调和协作是解决问题的关键，各Agent之间必须通过通信来交换信息，这些信息包括目标、意图、结果和状态等。MAS具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。采用MAS解决实际应用问题，具有很强的鲁棒性和可靠性，并具有较高的问题求解效率。MAS通过采用各智能体间的通信、合作、协调、调度、管理及控制来表达实际系统的结构、功能及行为特性，为各种实际问题提供了一种统一的框架<6>.
STEP-NC数控系统的每个功能模块都可单独构成一个独立的Agent，当它们共同协作完成同一个目标时，则具有多Agent的特征。单个Agent在完成自身任务的同时，又能和多个Agent协同作业，共同实现总目标。此外，作为新一代机床控制器，STEP-NC智能控制器的体系结构还必须考虑CNC技术的发展趋势。系统应符合开放式数控的要求，采用模块化、软件化和开放式结构，从体系结构上保证其开放性和可重构性，便于开发商或者是用户对其重新配置，使其无须作大的改动便可以适应某一特殊加工任务或者新的控制要求。与专用数控硬件平台相比，PC平台具有硬件可靠、集成度高、软件资源丰富、开发调试环境良好、软硬件升级快、开发周期短、维护扩展方便、性能价格比高等特点，为开发高性能数控系统奠定了基础。STEP-NC智能数控系统应立足于PC软硬件环境。所有功能模块都应采用运行于PC平台和*常用操作系统环境下的软件实现。STEP-NC智能数控系统不应仅当作传统数控系统在功能方面的扩展，应将其决策和控制任务作为一个统一整体对待，从运行机制、基础算法方面等保证系统与STEP-NC数据模型的协调性。结合以上要求，本文提出基于多智能体智能型STEP-NC数控系统的体系结构，如所示。整个系统由12个不同功能的Agent组成。
基于多智能体STEP-NC智能数控系统的体系结构（1）解释Agent.读入的STEP-NC文件转换成控制器内部格式的数据，并存入数据库。
（2）工艺规划Agent.实现特征转换、资源选择和工艺条件的确定；根据受控机床的具体状况，确定*优方案及具体参数（每个工步的工艺规划或优化、工步的连续化、工步排序和总体方案的优化等）。
（3）刀具路径规划Agent.根据加工特征、操作、以及加工策略等信息生成每一个工作步骤的刀位轨迹。
（4）仿真Agent.利用从STEP-NC加工程序中提取的几何信息和工艺信息进行系统建模和加工仿真；采用基于特征的建模技术建立系统模型，按照工步的方式实现加工过程的动态仿真。
典型模块的实现上述12个功能Agent模块的开发是实现智能型STEP-NC数控系统的基础和关键，本文仅以解释Agent和工艺规划Agent为例，说明其实现的具体原理和方法。
解释AgentSTEP-NC数控程序是根据ISO10303-21编写的文本文件，主要包括文件头段和数据段两部分。文件头段是对文件的管理信息、编程标准等内容的说明。数据段以project语句为切入点，根据ISO14649标准描述具体的几何信息和工艺信息。为了便于数据处理功能的实现，数控系统读取数控程序时通常需要将其翻译为内部数据格式。基于ROSEC早联编方式的STEP-NC程序解释（翻译）实现工艺流程如所示。
上部的虚线框表示了从EXPRESS模式向C类和数据字典的转化过程。其中，Integrated_CNC_schema.exp为AP-238模型（AIM），通过编译器生成ROSE格式的数据字典和对应C类的定义。下部的虚线框表示开发环境和工具。中部虚线框给出数据翻译的基本流程，STEP-NC文件通过输入输出模块读入内存，然后数据提取转换模块按照SDAI方式（不是标准的SDAI）按需要提取其中的信息。内存文件以ROSE工作单的形式存在，一般包括头段、数据段和系统段。前两段分别与物理文件的头段和数据段相对应；系统段是ROSE工作单文件特有的，主要记录ROSE名称索引以及相关数据库的信息（可通过RoseDesign：：system_section方法获取）。因此，中的输入输出必须符合ROSE要求。
工艺规划Agent从本质上讲，以STEP-NC取代ISO6983不会影响到数控加工的工艺问题。但是，数据模型的差异决定了数控加工工艺的实现方式将产生很大的变化。传统模式下的工艺问题基本上都是通过离线工艺规划实现的；而STEP-NC模式则将与具体机床有关的工艺规划问题留待现场解决，使得工艺规划问题贯穿到了整个数控加工过程。针对智能型STEP-NC数控系统的具体特点，本文提出离线规划、在线规划和实时规划三级工艺规划的策略。STEP-NC数控系统内部所具有的规划能力定义为现场规划，数控编程阶段的工艺规划为离线规划或外部规划。对于智能型STEP-NC数控系统，仅具有这种基本的现场规划能力尚不足以实现动态规划、智能控制以及数据的回溯等功能。为此，本文又将现场规划分为在线规划和实时规划。展示了STEP-NC智能数控系统分层规划模型。
STEP-NC智能数控系统分层规则模型离线规划包括从工艺分析到生成STEP-NC数据文件的过程，主要任务可概括为3个方面：特征转换、资源选择和工艺条件的确定。特征转换指设计特征向STEP-NC制造特征（包括几何特征、工艺要求等）的转换；资源选择主要指机床型号、刀具型号等的选择；工艺条件的确定主要指基本工艺流程、基本技术要求（切削方式、切削液等）的确定。离线规划的*终结果为STEP-NC数控程序。在线规划的基本任务是在STEP-NC数据的基础上进行细化，并根据受控机床的具体情况进行优化。在线规划的*终结果是在当前条件下的*优方案及具体参数。一般地，可以将其理解为现场规划中静态任务的规划，在智能型STEP-NC控制器中由规划Agent负责，包括每个工步的工艺规划或优化、工步的连续化、工步排序和总体方案的优化等。实时规划的主要任务包括两方面：一是在每个工步执行之前实时地生成刀具路径及相应的控制指令（运动指令、换刀指令、切削液开关指令等）；二是根据机床的运行状况在一定范围内调整工艺参数。前者一般由控制模块（或加工Agent）单独解决；后者一般通过控制模块和规划模块的协作来实现，但也可以由控制模块单独解决。之所以将STEP-NC控制器的规划问题分为在线规划和实时规划并将生成刀轨放在实时规划阶段，主要的原因是：数控加工具有实时性要求，因此一般性的规划问题应在启动数控加工循环之前进行；数控加工中有许多事先不能预料的问题，数据不能过早地分解为控制代码，否则将无法实现数控系统的动态规划、智能控制以及数据的回溯等功能。
原型系统的实现基于多智能体STEP-NC智能数控系统的体系结构，本课题组正在开发基于STEP-NC智能数控系统原型系统，整个系统是在VC和ST-Developer集成环境下开发的，运行于PC平台。部分功能模块已经被实现，基本上实现了STEP-NC程序的解释翻译和现场编辑功能，并提供了一个现场工艺规划和仿真的支持平台。展示了数控程序的编辑环境。在此环境下可以打开、编辑和保存STEP-NC文件，并可以在此环境下直接编写新的STEP-NC程序，但目前该系统还没有提供完善的现场编程辅助功能。打开文件时系统能够自动从文件格式和语法方面进行合法性检查。如果合法，系统可以显示工件的几何形状（通过ST-Viewer的自动化技术实现）。
数控程序编辑与图形化显示界面5结论通过对基于STEP-NC智能数控系统工艺流程的分析，指出STEP-NC数控系统各模块之间既相互独立，又相互关联，需要频繁地进行信息交互，彼此之间需要密切的相互协作，以期完成STEP-NC智能数控系统的各项功能要求。多智能体技术提供了一个很好实现的策略。本文建立了基于多智能体STEP-NC智能数控系统的体系结构，整个系统由解释Agent、工艺规划Agent、监控Agent和决策Agent等12个不同功能的Agent组成。各Agent之间相互协作，共同实现STEP-NC智能控制器的各种功能。以系统中的两个典型模块解释Agent和工艺规划Agent为例，阐述了其实现的具体方法。针对智能型STEP-NC数控系统的具体特点，本文提出离线规划、在线规划和实时规划三级工艺规划的策略。目前基于STEP-NC智能数控系统的研究在国际还处于起步阶段，许多问题尚未有定论，本文提出一种构建智能型STEP-NC数控系统的策略和方法，仅是对基于STEP-NC智能数控系统的研究作了初步的探索。许多问题还有待于深化。
