2023數(shù)控裝備工業(yè)互聯(lián)通訊協(xié)議(NC-Link)及應(yīng)用

——PAGE273———PAGE272—數(shù)控裝備工業(yè)互聯(lián)通訊協(xié)議(NC-Link)及應(yīng)用2023目錄TOC\o"1-2"\h\u26257一、項目概況 415120項目背景 43858項目簡介 521180項目目標(biāo) 627672二、項目實施概況 618600項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容 630718網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu) 107705具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式 1217895安全及可靠性 147376其他亮點 155903三、下一步實施計劃 1611664NC-Link 165055申請國際標(biāo)準(zhǔn) 1730669四、項目創(chuàng)新點和實施效果 173263項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點 1715306實施效果 19引言：武漢華中數(shù)控股份有限公司（）2016年成為工信部指定的首批智能制造產(chǎn)品供應(yīng)商。2016年國家工信部智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項目的推動下，華（-LNC-Link具備完全自主可控的軟硬件技術(shù)，在我國國防安全方面具有重大意義。一、項目概況項目背景4.02025”（MTConnect協(xié)議和OPCUA2016年還沒有統(tǒng)一的數(shù)控機床互聯(lián)互通協(xié)議標(biāo)題：如何將多種設(shè)備連接在一起，協(xié)同運作。51714數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟。2016523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)互通協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)處理與應(yīng)用。項目簡介（-Ln-Lnk協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定，編寫NC-Link協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范手冊；針對NC-Link協(xié)議開展試驗驗證，驗證協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的可行性與可靠性；饋控制，有效助力國內(nèi)智能工廠的建設(shè)與發(fā)展；指導(dǎo)國內(nèi)制造企業(yè)建立機床互聯(lián)機制，形成NC-Link范基地，將NC-Link協(xié)議在實際生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用與驗證?；贜C-Link協(xié)議構(gòu)建工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，將海量、異構(gòu)工業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織與存儲管理，并為各種數(shù)據(jù)智能的實現(xiàn)提供接口服務(wù)；通過NC-Link率提升、以及遠(yuǎn)程運維系統(tǒng)等。項目目標(biāo)針對國家對智能制造的迫切需求，以國際先進(jìn)水平的數(shù)控機床互聯(lián)互技術(shù)；NC-LinkNC-Link通用技術(shù)條件、NC-Link機床模型定義、NC-Link數(shù)據(jù)項定義、NC-Link終端及接口定義、NC-Link5項國家標(biāo)準(zhǔn)；在數(shù)控機床、生產(chǎn)線、工廠等不同層次對NC-Link應(yīng)用驗證。NC-Link通過NC-Link二、項目實施概況項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容NC-Link架構(gòu)體系NC-Link52-1所示。圖2-1NC-Link協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組成結(jié)構(gòu)通用要求NC-LinkNC-Link協(xié)議體系架構(gòu)設(shè)計為2-2NC-Link協(xié)議實施架構(gòu)2-2NC-Link協(xié)議格式并發(fā)送到代理器，或者將控制信息轉(zhuǎn)換為設(shè)備可識別的因此，NC-Link2-2所示：設(shè)備層、2-2NC-Link協(xié)議實施架構(gòu)系統(tǒng)/平臺，包括MES、ERP、CAPP等。NC-Link機床模型定義機床模型是NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的核心，定義了機床模型的數(shù)字化描述方法，即件的子組件等信息。機床模型文件由JSON語言描述，包括根對象、設(shè)備對象、根對象設(shè)備對象設(shè)備對象設(shè)備對象根對象設(shè)備對象設(shè)備對象設(shè)備對象采樣通道組件組件組件組件引用數(shù)據(jù)項子組件子組件數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項圖2-3NC-Link協(xié)議機床模型結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)項定義-Lnk數(shù)據(jù)設(shè)計規(guī)范，描述了數(shù)據(jù)的終端與接口NC-Link/（Publish/Subscribe）/客戶端2-4所示。客戶端代理器代理器偵測查詢設(shè)置偵測查詢設(shè)置采樣注冊發(fā)現(xiàn)圖2-4NC-Link協(xié)議接口模型協(xié)議安全要求NC-Link安全運行，具備很高的數(shù)據(jù)防密性?；贜C-Link協(xié)議的大數(shù)據(jù)平臺（iNC-Cloud）體系架構(gòu)該項目基于NC-Link協(xié)議構(gòu)建了iNC-Cloud平臺，真正實現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集、存儲、融合、共享與反饋應(yīng)用。iNC-Cloud體系架構(gòu)分為5個功能層：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)訪問和數(shù)據(jù)應(yīng)用，如圖2-5所示，每個層機床機器人數(shù)控系統(tǒng) 電機PLC模塊 機床機器人數(shù)控系統(tǒng) 電機PLC模塊 高速數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)異構(gòu)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)匯聚與存儲數(shù)據(jù)分析與處理數(shù)據(jù)開放應(yīng)用 數(shù)有效性檢測數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)抽轉(zhuǎn)裝清脫取換載洗敏產(chǎn) 品溯源數(shù) 據(jù)匯聚計引擎 掘架深學(xué)習(xí) 數(shù)據(jù)加載預(yù)測分析遠(yuǎn)并行挖掘算法 程數(shù)據(jù)完整 性檢測Storm結(jié)果輸出工MESERPAPS 藝優(yōu)化維運FLINKSPARK發(fā)訪問負(fù)載均衡數(shù)據(jù)高速緩存統(tǒng)一化數(shù)據(jù)訪問接口并據(jù)反饋控制反饋控制圖2-5基于NC-Link協(xié)議的大數(shù)據(jù)平臺（iNC-Cloud）體系架構(gòu)數(shù)據(jù)采集層：基于NC-Link/模塊/系統(tǒng)/（PLC）以及各種移動設(shè)備（如物料小車、工作手機、平板電腦等，并將異構(gòu)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一解析與轉(zhuǎn)換，從設(shè)備終端采集到數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（代理器。數(shù)據(jù)存儲層：NC-Link端差異化信息服務(wù)，并基于高速緩存數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)高頻、高效、高實時的數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)計算層：基于智能車間中的核心設(shè)備，以及MES、CAPP、ERP、APS等工業(yè)實現(xiàn)智能數(shù)控系統(tǒng)與制造裝備領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)縱向集成，構(gòu)建面向數(shù)據(jù)采集、存儲、分析挖掘、智能反饋等全流程信息物理融合系統(tǒng)（CPS）的數(shù)據(jù)并行處理與分析挖掘服務(wù)框架，提供高性能計算環(huán)境與機器學(xué)習(xí)算法庫，提供終端互聯(lián)、安全通信、清洗與存儲，并行編程模型與實時處理、智能算法插件式開發(fā)環(huán)境等技術(shù)服務(wù)。數(shù)據(jù)訪問層：數(shù)據(jù)標(biāo)注等，并基于數(shù)據(jù)計算層開放智能算法接口，實現(xiàn)智能應(yīng)用的高效開發(fā)。數(shù)據(jù)應(yīng)用層：處理結(jié)果，實現(xiàn)工業(yè)智能化應(yīng)用的創(chuàng)新與集成。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)基于NC-Link協(xié)議的設(shè)備互聯(lián)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連體系是各類設(shè)備、系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)，基于NC-Link2-6應(yīng)商全價值鏈連接。（代理器）有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)（4G/G、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、二維碼。iNC-Cloud有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)（4G/5G。iNC-Cloud平臺的匯聚融合，由于該層的數(shù)據(jù)流通量較大，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)首選有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。在最終的網(wǎng)絡(luò)融合層實現(xiàn)信息交換和資源共享。圖2-6基于NC-Link協(xié)議的設(shè)備互聯(lián)架構(gòu)iNC-Cloud平臺網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)iNC-Cloud平臺采用“三級云數(shù)據(jù)中心”進(jìn)行數(shù)據(jù)分布式存儲與管理，分別為系統(tǒng)廠云數(shù)據(jù)中心、機床廠云數(shù)據(jù)中心和用戶廠云數(shù)據(jù)中心，如圖2-7所示，平臺網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)計理念為：備直接與用戶廠云數(shù)據(jù)中心實施網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；多個用戶廠分組；到系統(tǒng)廠云數(shù)據(jù)中心；護(hù)機密生產(chǎn)信息，如加工件數(shù)、G代碼文件等。機床廠具備二級數(shù)據(jù)訪問和管理權(quán)限，也可設(shè)置向系統(tǒng)廠開放的數(shù)據(jù)類型，如出廠檢測信息、工藝知識庫，從而同樣達(dá)到保護(hù)機密數(shù)據(jù)的目的。圖2-7iNC-Cloud平臺網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式圖3-1項目典型應(yīng)用場景和應(yīng)用模式依托NC-Link車間的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)信息的高度共享。對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，建立高效的反饋控制機制，以此優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高工件加工質(zhì)量與加工效率，比如刀具壽命管自動決策、自主控制，形成企業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級的基礎(chǔ)性支撐體系。建立產(chǎn)品全生命周期的追溯機制（建立可視化車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)（離線、報警/實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性運維。維保計劃以指令域分析為基礎(chǔ)提取相關(guān)加工過程數(shù)據(jù)的特征值，并通過iNC-Cloud接口層做相關(guān)聚類和可視化處理，輸出數(shù)控機床進(jìn)給軸、主軸和整機的健康指數(shù)，跟蹤機床全生命周期的性能變化，為機床提供定制化保養(yǎng)計劃。預(yù)測性分析（知，判斷其當(dāng)前的磨損狀況，預(yù)測其潛在的故障風(fēng)險。根據(jù)設(shè)備報警信息，構(gòu)建設(shè)備遠(yuǎn)程運維體系，提高設(shè)備運維效率。故障報修通過設(shè)備故障在線報修，將故障信息遠(yuǎn)程提交至設(shè)備廠/系統(tǒng)廠；設(shè)備廠/請步驟繁瑣的局限，提高設(shè)備運維效率。自主維修構(gòu)建常見故障案例知識庫，為用戶提供故障案例解決方案的快速獲取通道，支持用戶根據(jù)指導(dǎo)信息自行解決故障，在降低設(shè)備廠/系統(tǒng)廠運維成本的同時，也極大地縮短設(shè)備停機時間，降低企業(yè)因設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。安全及可靠性圖4-1項目安全性實施體系架構(gòu)NC-Link協(xié)議的安全策略基于NC-Link協(xié)議的數(shù)據(jù)接入安全NC-Link代理器設(shè)計有協(xié)議數(shù)據(jù)的路由、轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備和應(yīng)用的安全接入、用戶認(rèn)證和授權(quán)，數(shù)控裝備在與應(yīng)用層傳輸數(shù)據(jù)之前必須向代理器進(jìn)行身份認(rèn)證。數(shù)控裝備身份認(rèn)證信息MAC或其他不可仿制和更改的信息。數(shù)控裝備身份認(rèn)證機制控裝備才能成功接入代理層，并進(jìn)行信息交互。數(shù)控裝備安全連接通道①有線連接方式：采用專用網(wǎng)絡(luò)或建立加密通道方式保護(hù)數(shù)據(jù)通信。②無線連接方式：采用專用無線網(wǎng)絡(luò)或通道，并在采用公共移動通信網(wǎng)絡(luò)時，建立虛擬專用撥號網(wǎng)（VPDN）或接入點（APN）。數(shù)控裝備以間接接入方式連接安全接入系統(tǒng)，滿足以下條件：第一、網(wǎng)關(guān)與安全接入系統(tǒng)均不應(yīng)旁路；第二、網(wǎng)關(guān)能對數(shù)控裝備的接入進(jìn)行管理?；贜C-Link協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸安全NC-Link適配器與代理器之間、代理器與應(yīng)用系統(tǒng)之間均通過安全通道（TLS/SSL）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸安全，保證了數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)時效性、數(shù)據(jù)不可抵賴性?；贜C-Link協(xié)議的數(shù)據(jù)訪問安全在設(shè)備端對數(shù)據(jù)訪問進(jìn)行權(quán)限控制，包括讀寫權(quán)限和獲取權(quán)限。令才能被設(shè)備端接受，有效防止工控系統(tǒng)信息被惡意篡改。能獲取。云端iNC-Cloud平臺安全策略入侵監(jiān)測iNC-Cloud通過防火墻聯(lián)動、日志數(shù)據(jù)庫記錄等方式進(jìn)行動態(tài)防御，并在全系統(tǒng)部署統(tǒng)一的防病毒軟件。反向代理-Coud（gn流量異常管理iNC-Cloud實時監(jiān)測各個用戶終端（基于用戶IP）的流量，對異常的和疑似攻擊的IP進(jìn)行實時攔截，有效抵御DDOS等各種病毒攻擊。其他亮點依靠強大的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推廣和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)2016年5月17日，數(shù)控行業(yè)19家企事業(yè)單位、研究機構(gòu)與高校在武漢成具工業(yè)協(xié)會（英文簡稱TB1988年3月經(jīng)中件（含機床功能部件170028個分會和6個工作委員會，是機床行業(yè)最具影響力的產(chǎn)業(yè)機構(gòu)。30家左右，主要由數(shù)控行業(yè)的排頭企業(yè)構(gòu)成。其數(shù)控系統(tǒng)有數(shù)控機床有3家高校、家網(wǎng)絡(luò)安全公司、2家工業(yè)軟件公司。聯(lián)盟具有廣泛的行業(yè)代表性和影響力?；贜C-Link協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的工控協(xié)議，實施多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集與匯聚在iNC-Cloud研發(fā)過程中全部采用了NC-LinkNC-Link基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的主動型客服精準(zhǔn)服務(wù)iNC-Cloud三、下一步實施計劃NC-LinkNC-Link已經(jīng)在國內(nèi)數(shù)控行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，取得很好反響，下一步將通過如下措施進(jìn)一步推廣NC-Link：建立更多NC-LinkNC-LinkNC-Link平臺連接多個智能工廠和智能生產(chǎn)線。在全國范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)備互聯(lián)。建立NC-Link技術(shù)平臺。提供NC-Link軟硬件開發(fā)工具、技術(shù)交流論壇，提供基于云計算的NC-Link軟件服務(wù)。建立NC-Link產(chǎn)品認(rèn)證中心。通過會議、機床展等多種形式，宣傳NC-Link。把NC-Link推廣到數(shù)控機床以外的行業(yè)。申請國際標(biāo)準(zhǔn)為了占領(lǐng)國際制高點，掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，下一步擬將NC-Link申請國際標(biāo)準(zhǔn)。主要規(guī)劃如下：NC-LinkNC-Link國際應(yīng)用示范項目。利用國際機床展和其他國家機床協(xié)會進(jìn)行技術(shù)交流，進(jìn)而把（包括MTConnect和進(jìn)行互聯(lián)互通驗證和試驗。向國家標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO或IECNC-Link國際標(biāo)準(zhǔn)草案。四、項目創(chuàng)新點和實施效果項目先進(jìn)性及創(chuàng)新點獨特的數(shù)控裝備信息模型設(shè)計（如PCMTot-Lnk協(xié)議定義的數(shù)控裝備模型采用JSONJSONNC-Link更多地設(shè)備及生產(chǎn)信息。支持自定義的組合數(shù)據(jù)，為指令域數(shù)據(jù)分析提供關(guān)鍵性支撐技術(shù)NC-Link（或者其他形式對齊方式G代碼對齊的組合數(shù)據(jù)，可以把某一條加工代碼相關(guān)的不同軸的電流簡單的接口形式NC-Link輕量級數(shù)據(jù)交換格式本項目標(biāo)準(zhǔn)中采用弱類型的JSON（JavaScriptNotation）進(jìn)行模型描述與數(shù)據(jù)傳輸，保證了數(shù)據(jù)內(nèi)容的可讀性，帶寬壓力低，實時性強，也決定了NC-Link實時雙向控制的特性。對異構(gòu)設(shè)備或平臺的高度兼容性NC