有限状态机（FSM）由有限的状态和相互之间的转移构成，在任何时候只能处于给定数目的状态中的一个。当接收到一个输入事件时，状态机产生一个输出，同时也可能伴随着状态的转移^[83]。有限状态机由以下要素构成：

（1）状态 状态是一个有限状态机的生命周期中满足某种条件，执行某些动作（Action），或等待某些输入事件发生的一个阶段。它能持续一段时间。

一个状态对应地执行某些活动（Activity）。活动就对应一个嵌套的状态机。

（2）转移 转移是从一个状态结点到另一个状态结点（目标状态）的移动。

（3）事件 事件是一个在时空中显式出现的特定现象，它可以触发状态转移。事件可以分为好几类，如信号事件、定时事件等。

（4）动作 动作是对象在状态发生转移时所作的一系列处理操作。动作（Action）是原子的，不可被中断的。它的执行时间是忽略不计的，它在状态进入和推出的时候执行，或在转移时执行。

在有限状态机中，还有一种特殊的转移，即自身状态转移，它是源状态等于目标状态的转移，如一段运动程序（直线、圆弧、NURBS样条等）在轴组中进行插值。

FSM经常被应用于反应式系统的建模，而反应式系统对外部和内部事件作出反应，以事件驱动方式工作。在确定性的反应式系统中，输入事件的顺序和数值决定了系统响应的顺序和数值。

数控系统根据输入的信息（如数控程序、操作面板的输入、传感器反馈信息）控制机床移动，实现加工操作（如轴运动、换刀、停止机床等），其行为是可预见的，属于典型的反应式系统。因此，我们将外部输入的信息表示为FSM的输入事件，将机床的加工操作表示为FSM的动作，采用FSM作为机床的行为模型^[33，84]。(www.daowen.com)

在实际应用中，机床的行为非常复杂，其状态数目庞大，需要将整个系统按照层级方式分解得到一系列子功能模块。整个系统的行为被分解为子系统的行为，并用单独的FSM描述，然后再把这些模块集成起来构成系统，就得到了由层级式FSM所表述的整个系统的行为模型。本系统中的FSM如图2-3所示。

图2-3 系统中的FSM

FSM不是独立存在的，它依附于构成数控系统的各个构件。在分层FSM中，不同层级的FSM之间通过构件接口进行通信。为了调用一个低层FSM，包含上层FSM的构件发送一个事件到包含下层FSM的构件接口；当下层FSM到达终止状态时，发送一个终止通知事件到上层FSM的接口。

当系统部件、功能或过程顺序有变化的时候，加工系统的可重构是必需的。每种情形都需要控制流的改变。使用FSM机制，控制流能与机械分离开来而被单独改变。另外，FSM为系统开发者提供了一种指定专用控制流的方法。采用这种方法，系统重构所需的努力和技巧都可以显著减少。

加工系统重构包括加工部件的重组和过程顺序的改变。在一个开放式数控系统中，一个机械系统被模块化为不同的部件，它们中的每一个都完成一些规定的功能。机械重组意味着使用新的或不同的部件，或将部件以不同的方式组合在一起。例如：将一个钻削系统变为车削系统，或者将一个三轴轴组分成一个两轴轴组和一个单轴轴组。过程改变是指使用带相同的部件组的同样的机床，而只是操作顺序发生了改变。也有很多时候组成部件和过程顺序都发生了变化。在实际应用中，最常见的变化是处理过程和（或）部件的一个子集发生变化。很少有整个系统或整台机床被重新设计或重新建造。因为在开放式数控系统中，不管是功能还是过程顺序都被模型化为控制流，所以通过改变系统的控制流可以很容易地重构加工系统。

在一个三轴铣削系统中，FSM能被用来控制一个两轴轴组，一个单轴轴组和每一个轴。创造一个三轴轴组将弓入一个新的控制三轴轴组的有限状态机，但每个轴的FSM还将保持不变。在数控系统中扩充NURBS曲线加工能力，相当于增加系统的功能。但由于采用了FSM模型，因此只有与插值相关的模块如任务生成器和轴组模块需要修改，而其他的模块则不需要变动，这极大地减少了系统功能扩充的编程工作量。