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NC-Link標準：助推數（shù）控裝備行業競爭力的整體（tǐ）提升

2020-6-2 來源：-- 作者：-

NC-Link（數控機（jī）床互聯（lián）通（tōng）訊協議標準）的研發應（yīng）用已進入第5個年（nián）頭。2016年5月23日，國家工信部發布開展“智能製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（dòng）項目“數控機床互聯通訊協議標（biāo）準與試驗驗證”，正式開始了NC-Link的研發。

智能製造的核心技術（shù）之一是CPS（Cyber-Physical Systems，信息物（wù）理係統），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（shù）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（zhōng）國機床（chuáng）工（gōng）具工業協會牽頭（tóu），組織數控行業15家企事業單位、研究機（jī）構與高校（發（fā）起單（dān）位）於2016年5月在武漢（hàn）成立。旨（zhǐ）在整合行（háng）業內優勢企業和（hé）研究機構的技（jì）術資源，圍繞智能製造的需求，製定具有國際先（xiān）進水平的數控機床互聯通訊協議標準。

經過幾年的努（nǔ）力，進行了20餘次標準內（nèi）容修訂和10餘次技術架構調整。截至目前，NC-Link標準初步形成並在多（duō）個智（zhì）能工（gōng）廠進行應用驗證。

一、標準試驗驗（yàn）證平台應用情況

標準試驗（yàn）驗證平台的核心包括NC-Link代（dài）理器、數控裝備及（jí）適配（pèi）器（qì）、華中數控雲平台、驗（yàn）證軟件NC-Link Test、NC-Link開放平台（tái）用戶管理係統。

平台首先在項目組單位進（jìn）行了應用，連接了廣州數控智能加工單（dān）元、科德數控智能加工單元、沈機i5數控智能加工單元、西（xī）門子數控智能（néng）加工單元。

隨後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（guāng）切割生產線、普什寧江（jiāng）FMS63柔性製造（zào）係統智（zhì）能生產線、華大電機智能生產（chǎn）線，以及（jí）嘉泰多種數控（kòng）係統混合的智能工廠。

應用係統領域的應用包括蘭光MES應用係統和華（huá）中數控的雲平台。

目前（qián），本項目（mù）的標準（草案）已經通過了國家標準化管理委員（yuán）會國標（biāo）立項，並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（yè）和單位包（bāo）括：

（1）NC-Link與智（zhì）能雲科iSESOL平台對接，為機床提（tí）供遠程運維服務（wù）。

（2）大連鑫豪（háo）機械有限公（gōng）司：使用NC-Link采集機床（chuáng）信息，用於遠程監控機床項目（mù），實現（xiàn）無人管理的功能。

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

（4）華（huá）大電（diàn）機（jī）股份有限公司：使用NC-Link進行產線控製。

（5）寶雞機床集團有限公司：使用NC-Link進行（háng）信息采集，實現機床狀態監控、報警分（fèn）析、效率分析、生產管理和遠程運維。

（6）格力電器（蕪（wú）湖）有限公（gōng）司：使（shǐ）用NC-Link進行設備（bèi）互聯，用於激光加工生（shēng）產。

（7）陝西航天時代導航設備有限公司：使（shǐ）用（yòng）NC-Link采集機床信（xìn）息，用於設備監控。

二、標準在國家重大（dà）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製造新（xīn）模式”項目

華中數控與蘇州勝利精密製造科技股份有限公司合作（zuò）建設的“便攜式（shì）電子產品結構模組精密加工智能製造新模式”項目是中國（guó）製造2025智能製造（zào）示範（fàn）專項（xiàng）。本項目綜合應用自主可控智能裝備，打造（zào）便攜式電子（zǐ）產品結構模組精（jīng）密加工智（zhì）能製造車間（如（rú）圖1所示），使用NC-Link協議原型實現了數控機床實時（shí）大數據采（cǎi）集功能，建成了由200台套國產（chǎn）高速（sù）高精鑽攻中心、106台套工業機器人、10台AGV小（xiǎo）車、20條自動輸送線、立（lì）體智能倉庫、在線視覺檢測裝備、自動化清洗與（yǔ）包裝線、中央生產調度控製室以及3D CAPP、PLM、MES、ERP、雲（yún）數控等工業（yè）軟件組（zǔ）成的智能化、數字化車間。基於NC-Link標準協議及高速高精加工雲服務平（píng）台，遠程進行數據采集監控，監控診斷，大數據存儲、分析、可視化（huà），以及可集成智能應（yīng）用，生產（chǎn）控製中（zhōng）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（jun1）響應時間﹤5秒。提供（gòng）報表組件數﹥20，圖表類型﹥20種，支持移動（dòng）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（zài）做出故（gù）障提示的同（tóng）時自動給出對應的診（zhěn）斷維修方法指導。有效提（tí）高了公司的生產效率，滿足產（chǎn）品加工效果，加工效率提升25%以上。本（běn）項目於2019年初通過了江蘇省工業（yè）和信息化廳（tīng）組織的現場驗收，驗收結（jié）論（lùn）如圖2所示。

圖1蘇州勝利（lì）精密智能製造車間

圖（tú）2 項目驗收結論

2. “華中（zhōng）9型-新（xīn）一代智能型（xíng）數控係統（tǒng）研究開發及應（yīng）用驗證”項目（mù）

在國家“高檔數（shù）控機床與基礎製造裝（zhuāng）備”科技重大專項“華中9型-新一代（dài）智能型數控（kòng）係（xì）統研究開發及應用驗證”項（xiàng）目中采用了NC-Link技術進行數據（jù）傳遞。如圖3所示。

圖3 基於NC-Link的數據采集

具體應用情況（kuàng）如下（xià）：

為了進行數（shù）據采（cǎi）集和命令下發，NC-Link定義了一個機（jī）床定義模型，機床定義（yì）模型是（shì）一個抽象和具有擴展性的模型，對每一種接入網（wǎng）絡平台的數控機（jī）床和現場設備根據機床定義（yì）模型，生成一個實例化的具體設備描述文件，該文件描述（shù）設備的結（jié）構和屬性，並把實例化的模型保（bǎo）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（yī）的代理服務，代（dài）理服務作為中間層在適配器和應用之間傳遞（dì）數據。

項目針對網絡平台中每一種數控機床和設備實現一（yī）個（gè）特（tè）定的適配器（軟件（jiàn）插件或（huò）者硬件（jiàn）），適（shì）配器的主要功能是從數（shù）控（kòng）係統或者設備中采集數據或者把（bǎ）控製命令下發到數控係（xì）統或現（xiàn）場設備。適配器將把自己接口在代理器上注冊，同時代理還將實現一個應用接口。

代理和適配（pèi）器以及應用都需要（yào）在注冊服務（wù）器上進行注冊，在進行（háng）數據傳遞前，適配器（qì）需要把自（zì）己所代表的數（shù）控機床或者設備的實例化機床（chuáng）或者設備（bèi）模型傳送到代理器上。

在進行數據采集時（shí），適配器周期性地根據自己的模型結構把需要采集的批量（liàng）數據通過自己的注冊接口傳遞到代理器，代理器把數據緩（huǎn）存在自己的（de）存儲設備上。網絡化平台或者雲平台將根據代理提供的接口服務去獲取（qǔ）代理（lǐ）上緩（huǎn）存的數據，然後應用將利用網絡平台獲取自己所需的數據。當（dāng）應用需要下（xià）發命（mìng）令時，首（shǒu）先把（bǎ）命（mìng）令發送的網絡平台，在傳遞到代理（lǐ），代（dài）理直接把命令通過適（shì）配（pèi）器提（tí）供的接口傳遞到指定（dìng）的適配器，由適配器轉發到特定的設備（bèi）或數控係統。應用也（yě）可以不通過網絡化平台直接和代理器（qì）交換數據。

通過以上過程就（jiù）可以（yǐ）達到網絡化平台內設備之間的互聯互通。

三、項目成（chéng）果應用所取（qǔ）得的經濟和社會效益

1. 經濟效益（yì）

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係（xì）統廠商、數（shù）控機床廠商及高校（xiào）和科研機構（gòu）等。目前，本項目製定的（de）標準（草案）正在聯盟單位內（nèi）和相關行業內企業中進行推廣，涉（shè）及領域包括國內機床製造（zào）、汽車零（líng）部（bù）件加工、3C加工等，應用1000餘台套。

團體標準和國家標準頒布實施，標準的應用領域範圍將進一步擴展。數控裝備已形成了龐大的產業規模，產品配套完善。隨著中國智能製造（zào）的推進，需求量也（yě）將逐年遞增（zēng），應用領域日益廣泛，應用前景十分（fèn）可觀。預計聯盟成（chéng）員單位國內銷售的數控係統平均按10萬台/年，2萬元/台計算，實現的經濟（jì）效益可至20億元。另外，標（biāo）準應用後，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（zì）主可控（kòng），打破國外的壟斷有（yǒu）積極（jí）意義。美國製造技術協會和德國機床工業協會都已進行了溝通和聯係，希（xī）望加強技術交流，也希望（wàng）我們的（de）標（biāo）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（guò）國家標準化管（guǎn）理委員會國標立項（xiàng）和中國機（jī）床工具工業（yè）協會團標立項，全社會可共享標準成果。

標（biāo）準成（chéng）果（guǒ）對使用企業所在地（dì）的經濟發展起到（dào）了（le）促進作用。以本項目的驗證單位（wèi）嘉泰為例：嘉泰數控科（kē）技股份公司已成為泉州市智能製造示範工程建（jiàn）設的首選示範（fàn）單（dān）位（wèi），泉州市（shì）政府明確了基於該項目，建立應用國產智（zhì）能數控裝備的智能製造示範車間的目標和任務，泉州市政府將從資金、金融、土地、人才、子女入學、用電保（bǎo）障（zhàng）等多方（fāng）麵，出台綜合（hé）性政策用於支持企（qǐ）業進行智能製造示範車間的建設。通過本（běn）項目（mù）在泉州的實施，可以推進地方的政策模式（shì），可（kě）起到很好的（de）示範作用。本項目在成（chéng）套技術解（jiě）決方案推廣方麵具有獨特的優勢，嘉泰（tài）數控作為智能裝備的生產商，在實施本項目中，就可以著手（shǒu）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（shēng）產車（chē）間的成套技術（shù）推（tuī）廣，克服一般終端使用企業在成果推廣中無形的商（shāng）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（zhì）能製（zhì）造的（de）推動具有很（hěn）好的（de）示範作用。以i5為例，本項目的成果已經作為沈機（jī）智（zhì）能產品拓展的一個重要方向，在數控（kòng）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（jī）床通訊接口等（děng），降低企業開發費用（yòng），同時（shí），也便於向用戶進行推廣，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（zhěng）體競爭（zhēng）力（lì）發揮重要作用。

四、標準對提升數控行業技術創（chuàng）新能（néng）力（lì）（市場競爭力）的作用（yòng）

數控行業（yè）智能製造的（de）未來將實現數（shù）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、雲計（jì）算（suàn）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（zhī）上的，本項目標準屬於智能製造的基礎技術領域。為了實現數字雙胞胎和CPS等功能，需要采集不同（tóng）數控（kòng）裝備（bèi）的毫秒甚至微秒級的大數據，需要（yào）雙向數據傳遞（dì），本標準的實施將會使得各個企業之間的數據壁壘被打破，應用係統（包括（kuò）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（běn）次提出的標準能夠實現數控裝（zhuāng）備（包括機器人、測量儀器、傳感器）等係（xì）統的（de）工業互聯互通和提升使用（yòng）效能，從而解決多種數（shù）控係統並存的異構（gòu）係統的工業聯網難題，降（jiàng）低信息化實（shí）施成本，能夠為中國智能製造提供強有力（lì）的支撐。解決多種設備並存的複（fù）雜係統的工業聯（lián）網難題，降低生產（chǎn）線組線難（nán）度；解（jiě）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（běn）項目標準的（de）企業將會具有更（gèng）好的創新（xīn）和市場能力。目（mù）前（qián）已（yǐ）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（zhōng）兼容NC-Link標準，除了項目單位（wèi）外，還包括智能雲科、寶雞機床、廣州中國科學院工業技術研究院等傳統機械製造領（lǐng）域企業，此外，包括華（huá）為、聯想等（děng）ICT企業也參加到標準的技術驗證、推廣應用的行列（liè）。

五、標準的宣傳推廣情況

近年來（lái），為不斷擴大NC-Link標準的應用範圍，中國（guó）機床（chuáng）工具工業協會組織相關企業開展了一係列的宣傳推廣活動。在2017和2019年北京機床（chuáng）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（jìn）行（háng）了宣傳，舉辦了5次國內技術學習交流會和（hé）宣貫會（huì），與（yǔ）德國機（jī）床工業協會和美國製造技（jì）術協會共進行了5次技術（shù）交流。這（zhè）些活動取得了良好的效果（guǒ）。

當前，受新冠（guàn）疫情的負麵影響，製造業企業普遍受到很大衝擊，一方麵企業正常經營活動遭遇障礙（ài），但另一方麵企業對於裝備自動化（huà）、智（zhì）能化，以及設備的互聯互通的功能需求明顯加大，這也（yě）為（wéi）NC-Link標準的推廣應（yīng）用奠定（dìng）了良好（hǎo）的發展基礎。

廣大機床工具行（háng）業企業應順應這一（yī）市場（chǎng）需求（qiú），積（jī）極主動參與到NC-Link標準的應用（yòng）推廣活動中，不斷提升自身裝備的互聯互通和智能（néng）化（huà）水平，在競爭（zhēng）中求得不斷發展和壯大。

（文章來源：華中數控 / 文章（zhāng）責編：中（zhōng）國機床工業工具協會）

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