NC-Link標準：助推數控裝備行業競爭力的整體提升
2020-6-2 來源：-- 作者：-
NC-Link（數控機床互聯通訊協議標準）的研發應用已進入第5個年頭。2016年5月23日，國家工信部發布開展“智能制造綜合標準化與新模式應用項目”，數控機床互聯通訊協議標準聯盟啟動項目“數控機床互聯通訊協議標準與試驗驗證”，正式開始了NC-Link的研發。
智能制造的核心技術之一是CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系統），實現CPS的關鍵核心技術之一是數控裝備的互聯互通，為實現數控裝備互聯互通，標準至關重要。數控機床互聯通訊協議標準聯盟由中國機床工具工業協會牽頭，組織數控行業15家企事業單位、研究機構與高校（發起單位）于2016年5月在武漢成立。旨在整合行業內優勢企業和研究機構的技術資源，圍繞智能制造的需求，制定具有國際先進水平的數控機床互聯通訊協議標準。
經過幾年的努力，進行了20余次標準內容修訂和10余次技術架構調整。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、數控裝備及適配器、華中數控云平臺、驗證軟件NC-Link Test、NC-Link開放平臺用戶管理系統。
平臺首先在項目組單位進行了應用，連接了廣州數控智能加工單元、科德數控智能加工單元、沈機i5數控智能加工單元、西門子數控智能加工單元。
隨后在生產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線、普什寧江FMS63柔性制造系統智能生產線、華大電機智能生產線，以及嘉泰多種數控系統混合的智能工廠。
應用系統領域的應用包括蘭光MES應用系統和華中數控的云平臺。
目前，本項目的標準（草案）已經通過了國家標準化管理委員會國標立項，并在聯盟單位內和相關行業內企業中進行推廣。目前已應用本標準的企業和單位包括：
（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，用于遠程監控機床項目，實現無人管理的功能。
（3）泉州佳潤新材料科技有限公司：使用NC-Link進行車間生產管理。
（4）華大電機股份有限公司：使用NC-Link進行產線控制。
（5）寶雞機床集團有限公司：使用NC-Link進行信息采集，實現機床狀態監控、報警分析、效率分析、生產管理和遠程運維。
（6）格力電器（蕪湖）有限公司：使用NC-Link進行設備互聯，用于激光加工生產。
（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.“便攜式電子產品結構模組精密加工智能制造新模式”項目
華中數控與蘇州勝利精密制造科技股份有限公司合作建設的“便攜式電子產品結構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，打造便攜式電子產品結構模組精密加工智能制造車間（如圖1所示），使用NC-Link協議原型實現了數控機床實時大數據采集功能，建成了由200臺套國產高速高精鉆攻中心、106臺套工業機器人、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、中央生產調度控制室以及3D CAPP、PLM、MES、ERP、云數控等工業軟件組成的智能化、數字化車間。基于NC-Link標準協議及高速高精加工云服務平臺，遠程進行數據采集監控，監控診斷，大數據存儲、分析、可視化，以及可集成智能應用，生產控制中心軟件提供報表組件數﹥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﹥20，圖表類型﹥20種，支持移動端展示，平均響應時間<5秒。實現遠程實時監測故障或異常狀態的發生，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效率，滿足產品加工效果，加工效率提升25%以上。本項目于2019年初通過了江蘇省工業和信息化廳組織的現場驗收，驗收結論如圖2所示。
圖1蘇州勝利精密智能制造車間
圖2 項目驗收結論
2. “華中9型-新一代智能型數控系統研究開發及應用驗證”項目
在國家“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“華中9型-新一代智能型數控系統研究開發及應用驗證”項目中采用了NC-Link技術進行數據傳遞。如圖3所示。
圖3 基于NC-Link的數據采集
具體應用情況如下：
為了進行數據采集和命令下發，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，對每一種接入網絡平臺的數控機床和現場設備根據機床定義模型，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構和屬性，并把實例化的模型保存在本地。
NC-Link采用三層架構即由適配器（Adapter）、代理器（Agent）和客戶應用（Client）組成。項目實現了統一的代理服務，代理服務作為中間層在適配器和應用之間傳遞數據。
項目針對網絡平臺中每一種數控機床和設備實現一個特定的適配器（軟件插件或者硬件），適配器的主要功能是從數控系統或者設備中采集數據或者把控制命令下發到數控系統或現場設備。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，在進行數據傳遞前，適配器需要把自己所代表的數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。
在進行數據采集時，適配器周期性地根據自己的模型結構把需要采集的批量數據通過自己的注冊接口傳遞到代理器，代理器把數據緩存在自己的存儲設備上。網絡化平臺或者云平臺將根據代理提供的接口服務去獲取代理上緩存的數據，然后應用將利用網絡平臺獲取自己所需的數據。當應用需要下發命令時，首先把命令發送的網絡平臺，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，由適配器轉發到特定的設備或數控系統。應用也可以不通過網絡化平臺直接和代理器交換數據。
通過以上過程就可以達到網絡化平臺內設備之間的互聯互通。
三、項目成果應用所取得的經濟和社會效益
1. 經濟效益
本項目以“數控機床互聯通訊協議聯盟”為依托，聯盟成員單位包含數控系統廠商、數控機床廠商及高校和科研機構等。目前，本項目制定的標準（草案）正在聯盟單位內和相關行業內企業中進行推廣，涉及領域包括國內機床制造、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，標準的應用領域范圍將進一步擴展。數控裝備已形成了龐大的產業規模，產品配套完善。隨著中國智能制造的推進，需求量也將逐年遞增，應用領域日益廣泛，應用前景十分可觀。預計聯盟成員單位國內銷售的數控系統平均按10萬臺/年，2萬元/臺計算，實現的經濟效益可至20億元。另外，標準應用后，初步估計能夠節省人工、維修、備件、坯料消耗、停機損失等成本30%以上。
2. 社會效益
項目對推動我國數控行業的自主可控，打破國外的壟斷有積極意義。美國制造技術協會和德國機床工業協會都已進行了溝通和聯系，希望加強技術交流，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協會團標立項，全社會可共享標準成果。
標準成果對使用企業所在地的經濟發展起到了促進作用。以本項目的驗證單位嘉泰為例：嘉泰數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，建立應用國產智能數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進行智能制造示范車間的建設。通過本項目在泉州的實施，可以推進地方的政策模式，可起到很好的示范作用。本項目在成套技術解決方案推廣方面具有獨特的優勢，嘉泰數控作為智能裝備的生產商，在實施本項目中，就可以著手布局由本項目成果形成的非金屬結構件減材加工的智能化生產車間的成套技術推廣，克服一般終端使用企業在成果推廣中無形的商業障礙。
從成套技術推廣的便利性考慮，本項目的模式對國家智能制造的推動具有很好的示范作用。以i5為例，本項目的成果已經作為沈機智能產品拓展的一個重要方向，在數控機床上應用了NC-Link協議，不僅方便了機床研發企業開發通用的機床通訊接口等，降低企業開發費用，同時，也便于向用戶進行推廣，降低用戶的使用維護費用。NC-Link協議將為提升數控裝備行業整體競爭力發揮重要作用。
四、標準對提升數控行業技術創新能力（市場競爭力）的作用
數控行業智能制造的未來將實現數字雙胞胎、CPS等功能，為此需要采用人工智能、大數據、互聯網、物聯網、云計算等技術。
上述這些技術實際上都是建立在裝備互聯的基礎之上的，本項目標準屬于智能制造的基礎技術領域。為了實現數字雙胞胎和CPS等功能，需要采集不同數控裝備的毫秒甚至微秒級的大數據，需要雙向數據傳遞，本標準的實施將會使得各個企業之間的數據壁壘被打破，應用系統（包括未來的數字雙胞胎）可以方便、高效地訪問各種不同類別的數控裝備。
本次提出的標準能夠實現數控裝備（包括機器人、測量儀器、傳感器）等系統的工業互聯互通和提升使用效能，從而解決多種數控系統并存的異構系統的工業聯網難題，降低信息化實施成本，能夠為中國智能制造提供強有力的支撐。解決多種設備并存的復雜系統的工業聯網難題，降低生產線組線難度；解決數控機床與企業信息化軟件（CAX、MES、ERP、CAPP、PDM等）互聯互通的問題。
因此，采用本項目標準的企業將會具有更好的創新和市場能力。目前已經有很多企業意識到本項目標準的重要性，主動要求在自己的產品中兼容NC-Link標準，除了項目單位外，還包括智能云科、寶雞機床、廣州中國科學院工業技術研究院等傳統機械制造領域企業，此外，包括華為、聯想等ICT企業也參加到標準的技術驗證、推廣應用的行列。
五、標準的宣傳推廣情況
近年來，為不斷擴大NC-Link標準的應用范圍，中國機床工具工業協會組織相關企業開展了一系列的宣傳推廣活動。在2017和2019年北京機床展（CIMT）、2018上海機床展（CCMT）、2018東京機床展（JIMTOF）、2019德國漢諾威機床展（EMO）上，分別對NC-Link進行了宣傳，舉辦了5次國內技術學習交流會和宣貫會，與德國機床工業協會和美國制造技術協會共進行了5次技術交流。這些活動取得了良好的效果。
當前，受新冠疫情的負面影響，制造業企業普遍受到很大沖擊，一方面企業正常經營活動遭遇障礙，但另一方面企業對于裝備自動化、智能化，以及設備的互聯互通的功能需求明顯加大，這也為NC-Link標準的推廣應用奠定了良好的發展基礎。
廣大機床工具行業企業應順應這一市場需求，積極主動參與到NC-Link標準的應用推廣活動中，不斷提升自身裝備的互聯互通和智能化水平，在競爭中求得不斷發展和壯大。
（文章來源：華中數控 / 文章責編：中國機床工業工具協會）
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