NC-Link標準：助推數(shù)控行業(yè)競爭力提升

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NC-Link(數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準)的研發(fā)應用已進入第5個年頭。2016年5月23日，國家工信部發(fā)布開展“智能制造綜合標準化與新模式應用項目”，數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準聯(lián)盟啟動項目“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準與試驗驗證”，正式開始了NC-Link的研發(fā)。

智能制造的核心技術(shù)之一是CPS(Cyber-Physical Systems，信息物理系統(tǒng))，實現(xiàn)CPS的關(guān)鍵核心技術(shù)之一是數(shù)控裝備的互聯(lián)互通，為實現(xiàn)數(shù)控裝備互聯(lián)互通，標準至關(guān)重要。數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準聯(lián)盟由中國機床工具工業(yè)協(xié)會牽頭，組織數(shù)控行業(yè)15家企事業(yè)單位、研究機構(gòu)與高校(發(fā)起單位)于2016年5月在武漢成立。旨在整合行業(yè)內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)和研究機構(gòu)的技術(shù)資源，圍繞智能制造的需求，制定具有國際先進水平的數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準。

 

經(jīng)過幾年的努力，進行了20余次標準內(nèi)容修訂和10余次技術(shù)架構(gòu)調(diào)整。截至目前，NC-Link標準初步形成并在多個智能工廠進行應用驗證。

 

一、標準試驗驗證平臺應用情況

 

標準試驗驗證平臺的核心包括NC-Link代理器、數(shù)控裝備及適配器、華中數(shù)控云平臺、驗證軟件NC-Link Test、NC-Link開放平臺用戶管理系統(tǒng)。

 

平臺首先在項目組單位進行了應用，連接了廣州數(shù)控智能加工單元、科德數(shù)控智能加工單元、沈機i5數(shù)控智能加工單元、西門子數(shù)控智能加工單元。

 

隨后在生產(chǎn)線和智能工廠進行了應用，主要包括華工激光板金自動化激光切割生產(chǎn)線、普什寧江FMS63柔性制造系統(tǒng)智能生產(chǎn)線、華大電機智能生產(chǎn)線，以及嘉泰多種數(shù)控系統(tǒng)混合的智能工廠。

 

應用系統(tǒng)領(lǐng)域的應用包括蘭光MES應用系統(tǒng)和華中數(shù)控的云平臺。

 

目前，本項目的標準(草案)已經(jīng)通過了國家標準化管理委員會國標立項，并在聯(lián)盟單位內(nèi)和相關(guān)行業(yè)內(nèi)企業(yè)中進行推廣。目前已應用本標準的企業(yè)和單位包括：

 

(1)NC-Link與智能云科iSESOL平臺對接，為機床提供遠程運維服務。

 

(2)大連鑫豪機械有限公司：使用NC-Link采集機床信息，用于遠程監(jiān)控機床項目，實現(xiàn)無人管理的功能。

 

(3)泉州佳潤新材料科技有限公司：使用NC-Link進行車間生產(chǎn)管理。

 

(4)華大電機股份有限公司：使用NC-Link進行產(chǎn)線控制。

 

(5)寶雞機床集團有限公司：使用NC-Link進行信息采集，實現(xiàn)機床狀態(tài)監(jiān)控、報警分析、效率分析、生產(chǎn)管理和遠程運維。

 

(6)格力電器(蕪湖)有限公司：使用NC-Link進行設備互聯(lián)，用于激光加工生產(chǎn)。

 

(7)陜西航天時代導航設備有限公司：使用NC-Link采集機床信息，用于設備監(jiān)控。

 

二、標準在國家重大工程和重點項目的應用情況

 

1.“便攜式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模組精密加工智能制造新模式”項目

 

華中數(shù)控與蘇州勝利精密制造科技股份有限公司合作建設的“便攜式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模組精密加工智能制造新模式”項目是中國制造2025智能制造示范專項。本項目綜合應用自主可控智能裝備，打造便攜式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模組精密加工智能制造車間(如圖1所示)，使用NC-Link協(xié)議原型實現(xiàn)了數(shù)控機床實時大數(shù)據(jù)采集功能，建成了由200臺套國產(chǎn)高速高精鉆攻中心、106臺套工業(yè)機器人、10臺AGV小車、20條自動輸送線、立體智能倉庫、在線視覺檢測裝備、自動化清洗與包裝線、中央生產(chǎn)調(diào)度控制室以及3D CAPP、PLM、MES、ERP、云數(shù)控等工業(yè)軟件組成的智能化、數(shù)字化車間。基于NC-Link標準協(xié)議及高速高精加工云服務平臺，遠程進行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，監(jiān)控診斷，大數(shù)據(jù)存儲、分析、可視化，以及可集成智能應用，生產(chǎn)控制中心軟件提供報表組件數(shù)﹥20，圖表類型﹥20種，支持移動端展示，平均響應時間﹤5秒。提供報表組件數(shù)﹥20，圖表類型﹥20種，支持移動端展示，平均響應時間<5秒。實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測故障或異常狀態(tài)的發(fā)生，在做出故障提示的同時自動給出對應的診斷維修方法指導。有效提高了公司的生產(chǎn)效率，滿足產(chǎn)品加工效果，加工效率提升25%以上。本項目于2019年初通過了江蘇省工業(yè)和信息化廳組織的現(xiàn)場驗收，驗收結(jié)論如圖2所示。

 

2.“華中9型-新一代智能型數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)及應用驗證”項目

 

在國家“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“華中9型-新一代智能型數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)及應用驗證”項目中采用了NC-Link技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳遞。如圖3所示。

具體應用情況如下：

 

為了進行數(shù)據(jù)采集和命令下發(fā)，NC-Link定義了一個機床定義模型，機床定義模型是一個抽象和具有擴展性的模型，對每一種接入網(wǎng)絡平臺的數(shù)控機床和現(xiàn)場設備根據(jù)機床定義模型，生成一個實例化的具體設備描述文件，該文件描述設備的結(jié)構(gòu)和屬性，并把實例化的模型保存在本地。

 

NC-Link采用三層架構(gòu)即由適配器(Adapter)、代理器(Agent)和客戶應用(Client)組成。項目實現(xiàn)了統(tǒng)一的代理服務，代理服務作為中間層在適配器和應用之間傳遞數(shù)據(jù)。

 

項目針對網(wǎng)絡平臺中每一種數(shù)控機床和設備實現(xiàn)一個特定的適配器(軟件插件或者硬件)，適配器的主要功能是從數(shù)控系統(tǒng)或者設備中采集數(shù)據(jù)或者把控制命令下發(fā)到數(shù)控系統(tǒng)或現(xiàn)場設備。適配器將把自己接口在代理器上注冊，同時代理還將實現(xiàn)一個應用接口。

 

代理和適配器以及應用都需要在注冊服務器上進行注冊，在進行數(shù)據(jù)傳遞前，適配器需要把自己所代表的數(shù)控機床或者設備的實例化機床或者設備模型傳送到代理器上。

 

在進行數(shù)據(jù)采集時，適配器周期性地根據(jù)自己的模型結(jié)構(gòu)把需要采集的批量數(shù)據(jù)通過自己的注冊接口傳遞到代理器，代理器把數(shù)據(jù)緩存在自己的存儲設備上。網(wǎng)絡化平臺或者云平臺將根據(jù)代理提供的接口服務去獲取代理上緩存的數(shù)據(jù)，然后應用將利用網(wǎng)絡平臺獲取自己所需的數(shù)據(jù)。當應用需要下發(fā)命令時，首先把命令發(fā)送的網(wǎng)絡平臺，在傳遞到代理，代理直接把命令通過適配器提供的接口傳遞到指定的適配器，由適配器轉(zhuǎn)發(fā)到特定的設備或數(shù)控系統(tǒng)。應用也可以不通過網(wǎng)絡化平臺直接和代理器交換數(shù)據(jù)。

 

通過以上過程就可以達到網(wǎng)絡化平臺內(nèi)設備之間的互聯(lián)互通。

 

三、項目成果應用所取得的經(jīng)濟和社會效益

 

1.經(jīng)濟效益

 

本項目以“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議聯(lián)盟”為依托，聯(lián)盟成員單位包含數(shù)控系統(tǒng)廠商、數(shù)控機床廠商及高校和科研機構(gòu)等。目前，本項目制定的標準(草案)正在聯(lián)盟單位內(nèi)和相關(guān)行業(yè)內(nèi)企業(yè)中進行推廣，涉及領(lǐng)域包括國內(nèi)機床制造、汽車零部件加工、3C加工等，應用1000余臺套。

 

團體標準和國家標準頒布實施，標準的應用領(lǐng)域范圍將進一步擴展。數(shù)控裝備已形成了龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，產(chǎn)品配套完善。隨著中國智能制造的推進，需求量也將逐年遞增，應用領(lǐng)域日益廣泛，應用前景十分可觀。預計聯(lián)盟成員單位國內(nèi)銷售的數(shù)控系統(tǒng)平均按10萬臺/年，2萬元/臺計算，實現(xiàn)的經(jīng)濟效益可至20億元。另外，標準應用后，初步估計能夠節(jié)省人工、維修、備件、坯料消耗、停機損失等成本30%以上。

 

2.社會效益

 

項目對推動我國數(shù)控行業(yè)的自主可控，打破國外的壟斷有積極意義。美國制造技術(shù)協(xié)會和德國機床工業(yè)協(xié)會都已進行了溝通和聯(lián)系，希望加強技術(shù)交流，也希望我們的標準能夠兼容他們的標準MTConnect和OPC UA。

 

本項目的標準(草案)已通過國家標準化管理委員會國標立項和中國機床工具工業(yè)協(xié)會團標立項，全社會可共享標準成果。

 

標準成果對使用企業(yè)所在地的經(jīng)濟發(fā)展起到了促進作用。以本項目的驗證單位嘉泰為例：嘉泰數(shù)控科技股份公司已成為泉州市智能制造示范工程建設的首選示范單位，泉州市政府明確了基于該項目，建立應用國產(chǎn)智能數(shù)控裝備的智能制造示范車間的目標和任務，泉州市政府將從資金、金融、土地、人才、子女入學、用電保障等多方面，出臺綜合性政策用于支持企業(yè)進行智能制造示范車間的建設。通過本項目在泉州