NC-Link标准：助推数控装备行业竞争力的整体提升
2020-6-2 来源：-- 作者：-
NC-Link（数控机床互联通讯协议标准）的研发应用已进入第5个年头。2016年5月23日，国家工信部发布开展“智能制造综合标准化与新模式应用项目”，数控机床互联通讯协议标准联盟启动项目“数控机床互联通讯协议标准与试验验证”，正式开始了NC-Link的研发。
智能制造的核心技术之一是CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系统），实现CPS的关键核心技术之一是数控装备的互联互通，为实现数控装备互联互通，标准至关重要。数控机床互联通讯协议标准联盟由中国机床工具工业协会牵头，组织数控行业15家企事业单位、研究机构与高校（发起单位）于2016年5月在武汉成立。旨在整合行业内优势企业和研究机构的技术资源，围绕智能制造的需求，制定具有国际先进水平的数控机床互联通讯协议标准。
经过几年的努力，进行了20余次标准内容修订和10余次技术架构调整。截至目前，NC-Link标准初步形成并在多个智能工厂进行应用验证。
一、标准试验验证平台应用情况
标准试验验证平台的核心包括NC-Link代理器、数控装备及适配器、华中数控云平台、验证软件NC-Link Test、NC-Link开放平台用户管理系统。
平台首先在项目组单位进行了应用，连接了广州数控智能加工单元、科德数控智能加工单元、沈机i5数控智能加工单元、西门子数控智能加工单元。
随后在生产线和智能工厂进行了应用，主要包括华工激光板金自动化激光切割生产线、普什宁江FMS63柔性制造系统智能生产线、华大电机智能生产线，以及嘉泰多种数控系统混合的智能工厂。
应用系统领域的应用包括兰光MES应用系统和华中数控的云平台。
目前，本项目的标准（草案）已经通过了国家标准化管理委员会国标立项，并在联盟单位内和相关行业内企业中进行推广。目前已应用本标准的企业和单位包括：
（1）NC-Link与智能云科iSESOL平台对接，为机床提供远程运维服务。
（2）大连鑫豪机械有限公司：使用NC-Link采集机床信息，用于远程监控机床项目，实现无人管理的功能。
（3）泉州佳润新材料科技有限公司：使用NC-Link进行车间生产管理。
（4）华大电机股份有限公司：使用NC-Link进行产线控制。
（5）宝鸡机床集团有限公司：使用NC-Link进行信息采集，实现机床状态监控、报警分析、效率分析、生产管理和远程运维。
（6）格力电器（芜湖）有限公司：使用NC-Link进行设备互联，用于激光加工生产。
（7）陕西航天时代导航设备有限公司：使用NC-Link采集机床信息，用于设备监控。
二、标准在国家重大工程和重点项目的应用情况
1.“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”项目
华中数控与苏州胜利精密制造科技股份有限公司合作建设的“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”项目是中国制造2025智能制造示范专项。本项目综合应用自主可控智能装备，打造便携式电子产品结构模组精密加工智能制造车间（如图1所示），使用NC-Link协议原型实现了数控机床实时大数据采集功能，建成了由200台套国产高速高精钻攻中心、106台套工业机器人、10台AGV小车、20条自动输送线、立体智能仓库、在线视觉检测装备、自动化清洗与包装线、中央生产调度控制室以及3D CAPP、PLM、MES、ERP、云数控等工业软件组成的智能化、数字化车间。基于NC-Link标准协议及高速高精加工云服务平台，远程进行数据采集监控，监控诊断，大数据存储、分析、可视化，以及可集成智能应用，生产控制中心软件提供报表组件数﹥20，图表类型﹥20种，支持移动端展示，平均响应时间﹤5秒。提供报表组件数﹥20，图表类型﹥20种，支持移动端展示，平均响应时间<5秒。实现远程实时监测故障或异常状态的发生，在做出故障提示的同时自动给出对应的诊断维修方法指导。有效提高了公司的生产效率，满足产品加工效果，加工效率提升25%以上。本项目于2019年初通过了江苏省工业和信息化厅组织的现场验收，验收结论如图2所示。
图1苏州胜利精密智能制造车间
图2 项目验收结论
2. “华中9型-新一代智能型数控系统研究开发及应用验证”项目
在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“华中9型-新一代智能型数控系统研究开发及应用验证”项目中采用了NC-Link技术进行数据传递。如图3所示。
图3 基于NC-Link的数据采集
具体应用情况如下：
为了进行数据采集和命令下发，NC-Link定义了一个机床定义模型，机床定义模型是一个抽象和具有扩展性的模型，对每一种接入网络平台的数控机床和现场设备根据机床定义模型，生成一个实例化的具体设备描述文件，该文件描述设备的结构和属性，并把实例化的模型保存在本地。
NC-Link采用三层架构即由适配器（Adapter）、代理器（Agent）和客户应用（Client）组成。项目实现了统一的代理服务，代理服务作为中间层在适配器和应用之间传递数据。
项目针对网络平台中每一种数控机床和设备实现一个特定的适配器（软件插件或者硬件），适配器的主要功能是从数控系统或者设备中采集数据或者把控制命令下发到数控系统或现场设备。适配器将把自己接口在代理器上注册，同时代理还将实现一个应用接口。
代理和适配器以及应用都需要在注册服务器上进行注册，在进行数据传递前，适配器需要把自己所代表的数控机床或者设备的实例化机床或者设备模型传送到代理器上。
在进行数据采集时，适配器周期性地根据自己的模型结构把需要采集的批量数据通过自己的注册接口传递到代理器，代理器把数据缓存在自己的存储设备上。网络化平台或者云平台将根据代理提供的接口服务去获取代理上缓存的数据，然后应用将利用网络平台获取自己所需的数据。当应用需要下发命令时，首先把命令发送的网络平台，在传递到代理，代理直接把命令通过适配器提供的接口传递到指定的适配器，由适配器转发到特定的设备或数控系统。应用也可以不通过网络化平台直接和代理器交换数据。
通过以上过程就可以达到网络化平台内设备之间的互联互通。
三、项目成果应用所取得的经济和社会效益
1. 经济效益
本项目以“数控机床互联通讯协议联盟”为依托，联盟成员单位包含数控系统厂商、数控机床厂商及高校和科研机构等。目前，本项目制定的标准（草案）正在联盟单位内和相关行业内企业中进行推广，涉及领域包括国内机床制造、汽车零部件加工、3C加工等，应用1000余台套。
团体标准和国家标准颁布实施，标准的应用领域范围将进一步扩展。数控装备已形成了庞大的产业规模，产品配套完善。随着中国智能制造的推进，需求量也将逐年递增，应用领域日益广泛，应用前景十分可观。预计联盟成员单位国内销售的数控系统平均按10万台/年，2万元/台计算，实现的经济效益可至20亿元。另外，标准应用后，初步估计能够节省人工、维修、备件、坯料消耗、停机损失等成本30%以上。
2. 社会效益
项目对推动我国数控行业的自主可控，打破国外的垄断有积极意义。美国制造技术协会和德国机床工业协会都已进行了沟通和联系，希望加强技术交流，也希望我们的标准能够兼容他们的标准MTConnect和OPC UA。
本项目的标准（草案）已通过国家标准化管理委员会国标立项和中国机床工具工业协会团标立项，全社会可共享标准成果。
标准成果对使用企业所在地的经济发展起到了促进作用。以本项目的验证单位嘉泰为例：嘉泰数控科技股份公司已成为泉州市智能制造示范工程建设的首选示范单位，泉州市政府明确了基于该项目，建立应用国产智能数控装备的智能制造示范车间的目标和任务，泉州市政府将从资金、金融、土地、人才、子女入学、用电保障等多方面，出台综合性政策用于支持企业进行智能制造示范车间的建设。通过本项目在泉州的实施，可以推进地方的政策模式，可起到很好的示范作用。本项目在成套技术解决方案推广方面具有独特的优势，嘉泰数控作为智能装备的生产商，在实施本项目中，就可以着手布局由本项目成果形成的非金属结构件减材加工的智能化生产车间的成套技术推广，克服一般终端使用企业在成果推广中无形的商业障碍。
从成套技术推广的便利性考虑，本项目的模式对国家智能制造的推动具有很好的示范作用。以i5为例，本项目的成果已经作为沈机智能产品拓展的一个重要方向，在数控机床上应用了NC-Link协议，不仅方便了机床研发企业开发通用的机床通讯接口等，降低企业开发费用，同时，也便于向用户进行推广，降低用户的使用维护费用。NC-Link协议将为提升数控装备行业整体竞争力发挥重要作用。
四、标准对提升数控行业技术创新能力（市场竞争力）的作用
数控行业智能制造的未来将实现数字双胞胎、CPS等功能，为此需要采用人工智能、大数据、互联网、物联网、云计算等技术。
上述这些技术实际上都是建立在装备互联的基础之上的，本项目标准属于智能制造的基础技术领域。为了实现数字双胞胎和CPS等功能，需要采集不同数控装备的毫秒甚至微秒级的大数据，需要双向数据传递，本标准的实施将会使得各个企业之间的数据壁垒被打破，应用系统（包括未来的数字双胞胎）可以方便、高效地访问各种不同类别的数控装备。
本次提出的标准能够实现数控装备（包括机器人、测量仪器、传感器）等系统的工业互联互通和提升使用效能，从而解决多种数控系统并存的异构系统的工业联网难题，降低信息化实施成本，能够为中国智能制造提供强有力的支撑。解决多种设备并存的复杂系统的工业联网难题，降低生产线组线难度；解决数控机床与企业信息化软件（CAX、MES、ERP、CAPP、PDM等）互联互通的问题。
因此，采用本项目标准的企业将会具有更好的创新和市场能力。目前已经有很多企业意识到本项目标准的重要性，主动要求在自己的产品中兼容NC-Link标准，除了项目单位外，还包括智能云科、宝鸡机床、广州中国科学院工业技术研究院等传统机械制造领域企业，此外，包括华为、联想等ICT企业也参加到标准的技术验证、推广应用的行列。
五、标准的宣传推广情况
近年来，为不断扩大NC-Link标准的应用范围，中国机床工具工业协会组织相关企业开展了一系列的宣传推广活动。在2017和2019年北京机床展（CIMT）、2018上海机床展（CCMT）、2018东京机床展（JIMTOF）、2019德国汉诺威机床展（EMO）上，分别对NC-Link进行了宣传，举办了5次国内技术学习交流会和宣贯会，与德国机床工业协会和美国制造技术协会共进行了5次技术交流。这些活动取得了良好的效果。
当前，受新冠疫情的负面影响，制造业企业普遍受到很大冲击，一方面企业正常经营活动遭遇障碍，但另一方面企业对于装备自动化、智能化，以及设备的互联互通的功能需求明显加大，这也为NC-Link标准的推广应用奠定了良好的发展基础。
广大机床工具行业企业应顺应这一市场需求，积极主动参与到NC-Link标准的应用推广活动中，不断提升自身装备的互联互通和智能化水平，在竞争中求得不断发展和壮大。
（文章来源：华中数控 / 文章责编：中国机床工业工具协会）
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