2023数控装备工业互联通讯协议(NC-Link)及应用

——PAGE273———PAGE272—数控装备工业互联通讯协议(NC-Link)及应用2023目录TOC\o"1-2"\h\u26257一、项目概况 415120项目背景 43858项目简介 521180项目目标 627672二、项目实施概况 618600项目总体架构和主要内容 630718网络互联架构 107705具体应用场景和应用模式 1217895安全及可靠性 147376其他亮点 155903三、下一步实施计划 1611664NC-Link 165055申请国际标准 1730669四、项目创新点和实施效果 173263项目先进性及创新点 1715306实施效果 19引言：武汉华中数控股份有限公司（）2016年成为工信部指定的首批智能制造产品供应商。2016年国家工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目的推动下，华（-LNC-Link具备完全自主可控的软硬件技术，在我国国防安全方面具有重大意义。一、项目概况项目背景4.02025”（MTConnect协议和OPCUA2016年还没有统一的数控机床互联互通协议标题：如何将多种设备连接在一起，协同运作。51714数控机床互联通讯协议标准联盟。2016523智能制造综合标准化与新模式应用项目数控机床互联互通协议标准处理与应用。项目简介（-Ln-Lnk协议标准的制定，编写NC-Link协议标准的规范手册；针对NC-Link协议开展试验验证，验证协议标准的可行性与可靠性；馈控制，有效助力国内智能工厂的建设与发展；指导国内制造企业建立机床互联机制，形成NC-Link范基地，将NC-Link协议在实际生产环境中进行应用与验证。基于NC-Link协议构建工业大数据平台，将海量、异构工业大数据进行有效组织与存储管理，并为各种数据智能的实现提供接口服务；通过NC-Link率提升、以及远程运维系统等。项目目标针对国家对智能制造的迫切需求，以国际先进水平的数控机床互联互技术；NC-LinkNC-Link通用技术条件、NC-Link机床模型定义、NC-Link数据项定义、NC-Link终端及接口定义、NC-Link5项国家标准；在数控机床、生产线、工厂等不同层次对NC-Link应用验证。NC-Link通过NC-Link二、项目实施概况项目总体架构和主要内容NC-Link架构体系NC-Link52-1所示。图2-1NC-Link协议标准组成结构通用要求NC-LinkNC-Link协议体系架构设计为2-2NC-Link协议实施架构2-2NC-Link协议格式并发送到代理器，或者将控制信息转换为设备可识别的因此，NC-Link2-2所示：设备层、2-2NC-Link协议实施架构系统/平台，包括MES、ERP、CAPP等。NC-Link机床模型定义机床模型是NC-Link标准的核心，定义了机床模型的数字化描述方法，即件的子组件等信息。机床模型文件由JSON语言描述，包括根对象、设备对象、根对象设备对象设备对象设备对象根对象设备对象设备对象设备对象采样通道组件组件组件组件引用数据项子组件子组件数据项数据项图2-3NC-Link协议机床模型结构定义数据项定义-Lnk数据设计规范，描述了数据的终端与接口NC-Link/（Publish/Subscribe）/客户端2-4所示。客户端代理器代理器侦测查询设置侦测查询设置采样注册发现图2-4NC-Link协议接口模型协议安全要求NC-Link安全运行，具备很高的数据防密性。基于NC-Link协议的大数据平台（iNC-Cloud）体系架构该项目基于NC-Link协议构建了iNC-Cloud平台，真正实现了多源异构数据的采集、存储、融合、共享与反馈应用。iNC-Cloud体系架构分为5个功能层：数据采集、数据存储、数据计算、数据访问和数据应用，如图2-5所示，每个层机床机器人数控系统 电机PLC模块 机床机器人数控系统 电机PLC模块 高速数据接入网关异构数据采集数据汇聚与存储数据分析与处理数据开放应用 数有效性检测数据预处理数数数数数据据据据据抽转装清脱取换载洗敏产 品溯源数 据汇聚计引擎 掘架深学习 数据加载预测分析远并行挖掘算法 程数据完整 性检测Storm结果输出工MESERPAPS 艺优化维运FLINKSPARK发访问负载均衡数据高速缓存统一化数据访问接口并据反馈控制反馈控制图2-5基于NC-Link协议的大数据平台（iNC-Cloud）体系架构数据采集层：基于NC-Link/模块/系统/（PLC）以及各种移动设备（如物料小车、工作手机、平板电脑等，并将异构多源数据进行统一解析与转换，从设备终端采集到数据网关（代理器。数据存储层：NC-Link端差异化信息服务，并基于高速缓存数据库实现高频、高效、高实时的数据服务。数据计算层：基于智能车间中的核心设备，以及MES、CAPP、ERP、APS等工业实现智能数控系统与制造装备领域中的数据纵向集成，构建面向数据采集、存储、分析挖掘、智能反馈等全流程信息物理融合系统（CPS）的数据并行处理与分析挖掘服务框架，提供高性能计算环境与机器学习算法库，提供终端互联、安全通信、清洗与存储，并行编程模型与实时处理、智能算法插件式开发环境等技术服务。数据访问层：数据标注等，并基于数据计算层开放智能算法接口，实现智能应用的高效开发。数据应用层：处理结果，实现工业智能化应用的创新与集成。网络互联架构基于NC-Link协议的设备互联架构网络互连体系是各类设备、系统的连接与数据集成的基础，基于NC-Link2-6应商全价值链连接。（代理器）有线网络、无线网络、移动网络（4G/G、窄带物联网、二维码。iNC-Cloud有线网络、无线网络、移动网络（4G/5G。iNC-Cloud平台的汇聚融合，由于该层的数据流通量较大，网络建设首选有线网络和无线网络。在最终的网络融合层实现信息交换和资源共享。图2-6基于NC-Link协议的设备互联架构iNC-Cloud平台网络互联架构iNC-Cloud平台采用“三级云数据中心”进行数据分布式存储与管理，分别为系统厂云数据中心、机床厂云数据中心和用户厂云数据中心，如图2-7所示，平台网络互联设计理念为：备直接与用户厂云数据中心实施网络互联；多个用户厂分组；到系统厂云数据中心；护机密生产信息，如加工件数、G代码文件等。机床厂具备二级数据访问和管理权限，也可设置向系统厂开放的数据类型，如出厂检测信息、工艺知识库，从而同样达到保护机密数据的目的。图2-7iNC-Cloud平台网络互联架构具体应用场景和应用模式图3-1项目典型应用场景和应用模式依托NC-Link车间的工业大数据平台，实现工业生产信息的高度共享。对生产过程的实时监测，根据生产数据的分析结果，建立高效的反馈控制机制，以此优化生产过程，提高工件加工质量与加工效率，比如刀具寿命管自动决策、自主控制，形成企业向智能制造转型升级的基础性支撑体系。建立产品全生命周期的追溯机制（建立可视化车间生产管理系统（离线、报警/实现设备的预测性运维。维保计划以指令域分析为基础提取相关加工过程数据的特征值，并通过iNC-Cloud接口层做相关聚类和可视化处理，输出数控机床进给轴、主轴和整机的健康指数，跟踪机床全生命周期的性能变化，为机床提供定制化保养计划。预测性分析（知，判断其当前的磨损状况，预测其潜在的故障风险。根据设备报警信息，构建设备远程运维体系，提高设备运维效率。故障报修通过设备故障在线报修，将故障信息远程提交至设备厂/系统厂；设备厂/请步骤繁琐的局限，提高设备运维效率。自主维修构建常见故障案例知识库，为用户提供故障案例解决方案的快速获取通道，支持用户根据指导信息自行解决故障，在降低设备厂/系统厂运维成本的同时，也极大地缩短设备停机时间，降低企业因设备故障造成的经济损失。安全及可靠性图4-1项目安全性实施体系架构NC-Link协议的安全策略基于NC-Link协议的数据接入安全NC-Link代理器设计有协议数据的路由、转发、设备和应用的安全接入、用户认证和授权，数控装备在与应用层传输数据之前必须向代理器进行身份认证。数控装备身份认证信息MAC或其他不可仿制和更改的信息。数控装备身份认证机制控装备才能成功接入代理层，并进行信息交互。数控装备安全连接通道①有线连接方式：采用专用网络或建立加密通道方式保护数据通信。②无线连接方式：采用专用无线网络或通道，并在采用公共移动通信网络时，建立虚拟专用拨号网（VPDN）或接入点（APN）。数控装备以间接接入方式连接安全接入系统，满足以下条件：第一、网关与安全接入系统均不应旁路；第二、网关能对数控装备的接入进行管理。基于NC-Link协议的数据传输安全NC-Link适配器与代理器之间、代理器与应用系统之间均通过安全通道（TLS/SSL）来实现数据传输安全，保证了数据保密性、数据完整性、数据时效性、数据不可抵赖性。基于NC-Link协议的数据访问安全在设备端对数据访问进行权限控制，包括读写权限和获取权限。令才能被设备端接受，有效防止工控系统信息被恶意篡改。能获取。云端iNC-Cloud平台安全策略入侵监测iNC-Cloud通过防火墙联动、日志数据库记录等方式进行动态防御，并在全系统部署统一的防病毒软件。反向代理-Coud（gn流量异常管理iNC-Cloud实时监测各个用户终端（基于用户IP）的流量，对异常的和疑似攻击的IP进行实时拦截，有效抵御DDOS等各种病毒攻击。其他亮点依靠强大的产业联盟，推广和应用标准2016年5月17日，数控行业19家企事业单位、研究机构与高校在武汉成具工业协会（英文简称TB1988年3月经中件（含机床功能部件170028个分会和6个工作委员会，是机床行业最具影响力的产业机构。30家左右，主要由数控行业的排头企业构成。其数控系统有数控机床有3家高校、家网络安全公司、2家工业软件公司。联盟具有广泛的行业代表性和影响力。基于NC-Link协议标准的工控协议，实施多源异构数据采集与汇聚在iNC-Cloud研发过程中全部采用了NC-LinkNC-Link基于工业大数据的主动型客服精准服务iNC-Cloud三、下一步实施计划NC-LinkNC-Link已经在国内数控行业进行了应用，取得很好反响，下一步将通过如下措施进一步推广NC-Link：建立更多NC-LinkNC-LinkNC-Link平台连接多个智能工厂和智能生产线。在全国范围内进行设备互联。建立NC-Link技术平台。提供NC-Link软硬件开发工具、技术交流论坛，提供基于云计算的NC-Link软件服务。建立NC-Link产品认证中心。通过会议、机床展等多种形式，宣传NC-Link。把NC-Link推广到数控机床以外的行业。申请国际标准为了占领国际制高点，掌握工业互联网的核心技术，下一步拟将NC-Link申请国际标准。主要规划如下：NC-LinkNC-Link国际应用示范项目。利用国际机床展和其他国家机床协会进行技术交流，进而把（包括MTConnect和进行互联互通验证和试验。向国家标准化组织ISO或IECNC-Link国际标准草案。四、项目创新点和实施效果项目先进性及创新点独特的数控装备信息模型设计（如PCMTot-Lnk协议定义的数控装备模型采用JSONJSONNC-Link更多地设备及生产信息。支持自定义的组合数据，为指令域数据分析提供关键性支撑技术NC-Link（或者其他形式对齐方式G代码对齐的组合数据，可以把某一条加工代码相关的不同轴的电流简单的接口形式NC-Link轻量级数据交换格式本项目标准中采用弱类型的JSON（JavaScriptNotation）进行模型描述与数据传输，保证了数据内容的可读性，带宽压力低，实时性强，也决定了NC-Link实时双向控制的特性。对异构设备或平台的高度兼容性NC