NC-Link（數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)）的研發(fā)應(yīng)用已進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項目”，數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟啟動項目“數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)水平的數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)過幾年的努力，進(jìn)行了20余次標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)初步形成并在多個智能工廠進(jìn)行應(yīng)用驗證。
一、標(biāo)準(zhǔn)試驗驗證平臺應(yīng)用情況
標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了應(yīng)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(jìn)行了應(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用包括蘭光MES應(yīng)用系統(tǒng)和華中數(shù)控的云平臺。
目前，本項目的標(biāo)準(zhǔn)（草案）已經(jīng)通過了國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)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(jìn)行推廣。目前已應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)程運維服務(wù)。
（2）大連鑫豪機械有限公司：使用NC-Link采集機床信息，用于遠(yuǎn)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(jìn)行車間生產(chǎn)管理。
（4）華大電機股份有限公司：使用NC-Link進(jìn)行產(chǎn)線控制。
（5）寶雞機床集團(tuán)有限公司：使用NC-Link進(jìn)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(yuǎn)程運維。
（6）格力電器（蕪湖）有限公司：使用NC-Link進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)，用于激光加工生產(chǎn)。
（7）陜西航天時代導(dǎo)航設(shè)備有限公司：使用NC-Link采集機床信息，用于設(shè)備監(jiān)控。
二、標(biāo)準(zhǔn)在國家重大工程和重點項目的應(yīng)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(shè)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及高速高精加工云服務(wù)平臺，遠(yuǎn)程進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)時間<5秒。實現(xiàn)遠(yuǎn)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(yīng)的診斷維修方法指導(dǎo)。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。
圖1 蘇州勝利精密智能制造車間
圖2 項目驗收結(jié)論
2. “華中9型-新一代智能型數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)及應(yīng)用驗證”項目
在國家“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)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(yīng)用驗證”項目中采用了NC-Link技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。如圖3所示。
圖3 基于NC-Link的數(shù)據(jù)采集
具體應(yīng)用情況如下：
為了進(jìn)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(luò)平臺的數(shù)控機床和現(xiàn)場設(shè)備根據(jù)機床定義模型，生成一個實例化的具體設(shè)備描述文件，該文件描述設(shè)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(yīng)用（Client）組成。項目實現(xiàn)了統(tǒng)一的代理服務(wù)，代理服務(wù)作為中間層在適配器和應(yīng)用之間傳遞數(shù)據(jù)。
項目針對網(wǎng)絡(luò)平臺中每一種數(shù)控機床和設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用接口。
代理和適配器以及應(yīng)用都需要在注冊服務(wù)器上進(jìn)行注冊，在進(jìn)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(shè)備的實例化機床或者設(shè)備模型傳送到代理器上。
在進(jìn)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(shè)備上。網(wǎng)絡(luò)化平臺或者云平臺將根據(jù)代理提供的接口服務(wù)去獲取代理上緩存的數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用將利用網(wǎng)絡(luò)平臺獲取自己所需的數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用需要下發(fā)命令時，首先把命令發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)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(shè)備或數(shù)控系統(tǒng)。應(yīng)用也可以不通過網(wǎng)絡(luò)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(dá)到網(wǎng)絡(luò)化平臺內(nèi)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。
三、項目成果應(yīng)用所取得的經(jīng)濟(jì)和社會效益
1. 經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)（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(jìn)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(yīng)用1000余臺套。
團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)頒布實施，標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域范圍將進(jìn)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(jìn)，需求量也將逐年遞增，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，應(yīng)用前景十分可觀。預(yù)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(jì)效益可至20億元。另外，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(jìn)行了溝通和聯(lián)系，希望加強技術(shù)交流，也希望我們的標(biāo)準(zhǔn)能夠兼容他們的標(biāo)準(zhǔn)MTConnect和OPC UA。
本項目的標(biāo)準(zhǔn)（草案）已通過國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)立項和中國機床工具工業(yè)協(xié)會團(tuán)標(biāo)立項，全社會可共享標(biāo)準(zhǔn)成果。
標(biāo)準(zhǔn)成果對使用企業(yè)所在地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了促進(jìn)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(shè)的首選示范單位，泉州市政府明確了基于該項目，建立應(yīng)用國產(chǎn)智能數(shù)控裝備的智能制造示范車間的目標(biāo)和任務(wù)，泉州市政府將從資金、金融、土地、人才、子女入學(xué)、用電保障等多方面，出臺綜合性政策用于支持企業(yè)進(jìn)行智能制造示范車間的建設(shè)。通過本項目在泉州的實施，可以推進(jìn)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(shù)解決方案推廣方面具有獨特的優(yōu)勢，嘉泰數(shù)控作為智能裝備的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)件減材加工的智能化生產(chǎn)車間的成套技術(shù)推廣，克服一般終端使用企業(yè)在成果推廣中無形的商業(yè)障礙。
從成套技術(shù)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(jīng)作為沈機智能產(chǎn)品拓展的一個重要方向，在數(shù)控機床上應(yīng)用了NC-Link協(xié)議，不僅方便了機床研發(fā)企業(yè)開發(fā)通用的機床通訊接口等，降低企業(yè)開發(fā)費用，同時，也便于向用戶進(jìn)行推廣，降低用戶的使用維護(hù)費用。NC-Link協(xié)議將為提升數(shù)控裝備行業(yè)整體競爭力發(fā)揮重要作用。
四、標(biāo)準(zhǔn)對提升數(shù)控行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力（市場競爭力）的作用
數(shù)控行業(yè)智能制造的未來將實現(xiàn)數(shù)字雙胞胎、CPS等功能，為此需要采用人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)。
上述這些技術(shù)實際上都是建立在裝備互聯(lián)的基礎(chǔ)之上的，本項目標(biāo)準(zhǔn)屬于智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。為了實現(xiàn)數(shù)字雙胞胎和CPS等功能，需要采集不同數(shù)控裝備的毫秒甚至微秒級的大數(shù)據(jù)，需要雙向數(shù)據(jù)傳遞，本標(biāo)準(zhǔn)的實施將會使得各個企業(yè)之間的數(shù)據(jù)壁壘被打破，應(yīng)用系統(tǒng)（包括未來的數(shù)字雙胞胎）可以方便、高效地訪問各種不同類別的數(shù)控裝備。
本次提出的標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控裝備（包括機器人、測量儀器、傳感器）等系統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)互通和提升使用效能，從而解決多種數(shù)控系統(tǒng)并存的異構(gòu)系統(tǒng)的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)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(shè)備并存的復(fù)雜系統(tǒng)的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)難題，降低生產(chǎn)線組線難度；解決數(shù)控機床與企業(yè)信息化軟件（CAX、MES、ERP、CAPP、PDM等）互聯(lián)互通的問題。
因此，采用本項目標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)將會具有更好的創(chuàng)新和市場能力。目前已經(jīng)有很多企業(yè)意識到本項目標(biāo)準(zhǔn)的重要性，主動要求在自己的產(chǎn)品中兼容NC-Link標(biāo)準(zhǔn)，除了項目單位外，還包括智能云科、寶雞機床、廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院等傳統(tǒng)機械制造領(lǐng)域企業(yè)，此外，包括華為、聯(lián)想等ICT企業(yè)也參加到標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)驗證、推廣應(yīng)用的行列。
五、標(biāo)準(zhǔn)的宣傳推廣情況
近年來，為不斷擴大NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍，中國機床工具工業(yè)協(xié)會組織相關(guān)企業(yè)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(jìn)行了宣傳，舉辦了5次國內(nèi)技術(shù)學(xué)習(xí)交流會和宣貫會，與德國機床工業(yè)協(xié)會和美國制造技術(shù)協(xié)會共進(jìn)行了5次技術(shù)交流。這些活動取得了良好的效果。
當(dāng)前，受新冠疫情的負(fù)面影響，制造業(yè)企業(yè)普遍受到很大沖擊，一方面企業(yè)正常經(jīng)營活動遭遇障礙，但另一方面企業(yè)對于裝備自動化、智能化，以及設(shè)備的互聯(lián)互通的功能需求明顯加大，這也為NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用奠定了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。
廣大機床工具行業(yè)企業(yè)應(yīng)順應(yīng)這一市場需求，積極主動參與到NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用推廣活動中，不斷提升自身裝備的互聯(lián)互通和智能化水平，在競爭中求得不斷發(fā)展和壯大。
（來源：華中數(shù)控 責(zé)編：李華翔）