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

——PAGE273———PAGE272—數(shù)控裝備工業(yè)互聯(lián)通訊協(xié)議(NC-Link)及應用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 627672二、項目實施概況 618600項目總體架構和主要內(nèi)容 630718網(wǎng)絡互聯(lián)架構 107705具體應用場景和應用模式 1217895安全及可靠性 147376其他亮點 155903三、下一步實施計劃 1611664NC-Link 165055申請國際標準 1730669四、項目創(chuàng)新點和實施效果 173263項目先進性及創(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)品供應商。2016年國家工信部智能制造綜合標準化與新模式應用項目的推動下，華（-LNC-Link具備完全自主可控的軟硬件技術，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)議標題：如何將多種設備連接在一起，協(xié)同運作。51714數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準聯(lián)盟。2016523智能制造綜合標準化與新模式應用項目數(shù)控機床互聯(lián)互通協(xié)議標準處理與應用。項目簡介（-Ln-Lnk協(xié)議標準的制定，編寫NC-Link協(xié)議標準的規(guī)范手冊；針對NC-Link協(xié)議開展試驗驗證，驗證協(xié)議標準的可行性與可靠性；饋控制，有效助力國內(nèi)智能工廠的建設與發(fā)展；指導國內(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)境中進行應用與驗證。基于NC-Link協(xié)議構建工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，將海量、異構工業(yè)大數(shù)據(jù)進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；通過NC-Link率提升、以及遠程運維系統(tǒng)等。項目目標針對國家對智能制造的迫切需求，以國際先進水平的數(shù)控機床互聯(lián)互技術；NC-LinkNC-Link通用技術條件、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項國家標準；在數(shù)控機床、生產(chǎn)線、工廠等不同層次對NC-Link應用驗證。NC-Link通過NC-Link二、項目實施概況項目總體架構和主要內(nèi)容NC-Link架構體系NC-Link52-1所示。圖2-1NC-Link協(xié)議標準組成結構通用要求NC-LinkNC-Link協(xié)議體系架構設計為2-2NC-Link協(xié)議實施架構2-2NC-Link協(xié)議格式并發(fā)送到代理器，或者將控制信息轉換為設備可識別的因此，NC-Link2-2所示：設備層、2-2NC-Link協(xié)議實施架構系統(tǒng)/平臺，包括MES、ERP、CAPP等。NC-Link機床模型定義機床模型是NC-Link標準的核心，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、設備對象、根對象設備對象設備對象設備對象根對象設備對象設備對象設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)議機床模型結構定義數(shù)據(jù)項定義-Lnk數(shù)據(jù)設計規(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?？蛻舳舜砥鞔砥鱾蓽y查詢設置偵測查詢設置采樣注冊發(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）體系架構該項目基于NC-Link協(xié)議構建了iNC-Cloud平臺，真正實現(xiàn)了多源異構數(shù)據(jù)的采集、存儲、融合、共享與反饋應用。iNC-Cloud體系架構分為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)關異構數(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)開放應用 數(shù)有效性檢測數(shù)據(jù)預處理數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)抽轉裝清脫取換載洗敏產(chǎn) 品溯源數(shù) 據(jù)匯聚計引擎 掘架深學習 數(shù)據(jù)加載預測分析遠并行挖掘算法 程數(shù)據(jù)完整 性檢測Storm結果輸出工MESERPAPS 藝優(yōu)化維運FLINKSPARK發(fā)訪問負載均衡數(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）體系架構數(shù)據(jù)采集層：基于NC-Link/模塊/系統(tǒng)/（PLC）以及各種移動設備（如物料小車、工作手機、平板電腦等，并將異構多源數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一解析與轉換，從設備終端采集到數(shù)據(jù)網(wǎng)關（代理器。數(shù)據(jù)存儲層：NC-Link端差異化信息服務，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。數(shù)據(jù)計算層：基于智能車間中的核心設備，以及MES、CAPP、ERP、APS等工業(yè)實現(xiàn)智能數(shù)控系統(tǒng)與制造裝備領域中的數(shù)據(jù)縱向集成，構建面向數(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框架，提供高性能計算環(huán)境與機器學習算法庫，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)境等技術服務。數(shù)據(jù)訪問層：數(shù)據(jù)標注等，并基于數(shù)據(jù)計算層開放智能算法接口，實現(xiàn)智能應用的高效開發(fā)。數(shù)據(jù)應用層：處理結果，實現(xiàn)工業(yè)智能化應用的創(chuàng)新與集成。網(wǎng)絡互聯(lián)架構基于NC-Link協(xié)議的設備互聯(lián)架構網(wǎng)絡互連體系是各類設備、系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)集成的基礎，基于NC-Link2-6應商全價值鏈連接。（代理器）有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡（4G/G、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、二維碼。iNC-Cloud有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡（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)絡建設首選有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡。在最終的網(wǎng)絡融合層實現(xiàn)信息交換和資源共享。圖2-6基于NC-Link協(xié)議的設備互聯(lián)架構iNC-Cloud平臺網(wǎng)絡互聯(lián)架構iNC-Cloud平臺采用“三級云數(shù)據(jù)中心”進行數(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)絡互聯(lián)設計理念為：備直接與用戶廠云數(shù)據(jù)中心實施網(wǎng)絡互聯(lián)；多個用戶廠分組；到系統(tǒng)廠云數(shù)據(jù)中心；護機密生產(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)訪問和管理權限，也可設置向系統(tǒng)廠開放的數(shù)據(jù)類型，如出廠檢測信息、工藝知識庫，從而同樣達到保護機密數(shù)據(jù)的目的。圖2-7iNC-Cloud平臺網(wǎng)絡互聯(lián)架構具體應用場景和應用模式圖3-1項目典型應用場景和應用模式依托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)向智能制造轉型升級的基礎性支撐體系。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)設備的預測性運維。維保計劃以指令域分析為基礎提取相關加工過程數(shù)據(jù)的特征值，并通過iNC-Cloud接口層做相關聚類和可視化處理，輸出數(shù)控機床進給軸、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。預測性分析（知，判斷其當前的磨損狀況，預測其潛在的故障風險。根據(jù)設備報警信息，構建設備遠程運維體系，提高設備運維效率。故障報修通過設備故障在線報修，將故障信息遠程提交至設備廠/系統(tǒng)廠；設備廠/請步驟繁瑣的局限，提高設備運維效率。自主維修構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)指導信息自行解決故障，在降低設備廠/系統(tǒng)廠運維成本的同時，也極大地縮短設備停機時間，降低企業(yè)因設備故障造成的經(jīng)濟損失。安全及可靠性圖4-1項目安全性實施體系架構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代理器設計有協(xié)議數(shù)據(jù)的路由、轉發(fā)、設備和應用的安全接入、用戶認證和授權，數(shù)控裝備在與應用層傳輸數(shù)據(jù)之前必須向代理器進行身份認證。數(shù)控裝備身份認證信息MAC或其他不可仿制和更改的信息。數(shù)控裝備身份認證機制控裝備才能成功接入代理層，并進行信息交互。數(shù)控裝備安全連接通道①有線連接方式：采用專用網(wǎng)絡或建立加密通道方式保護數(shù)據(jù)通信。②無線連接方式：采用專用無線網(wǎng)絡或通道，并在采用公共移動通信網(wǎng)絡時，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)關與安全接入系統(tǒng)均不應旁路；第二、網(wǎng)關能對數(shù)控裝備的接入進行管理?；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)訪問安全在設備端對數(shù)據(jù)訪問進行權限控制，包括讀寫權限和獲取權限。令才能被設備端接受，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，推廣和應用標準2016年5月17日，數(shù)控行業(yè)19家企事業(yè)單位、研究機構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。30家左右，主要由數(shù)控行業(yè)的排頭企業(yè)構成。其數(shù)控系統(tǒng)有數(shù)控機床有3家高校、家網(wǎng)絡安全公司、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。基于NC-Link協(xié)議標準的工控協(xié)議，實施多源異構數(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)的主動型客服精準服務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)進行了應用，取得很好反響，下一步將通過如下措施進一步推廣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)進行設備互聯(lián)。建立NC-Link技術平臺。提供NC-Link軟硬件開發(fā)工具、技術交流論壇，提供基于云計算的NC-Link軟件服務。建立NC-Link產(chǎn)品認證中心。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)。申請國際標準為了占領國際制高點，掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術，下一步擬將NC-Link申請國際標準。主要規(guī)劃如下：NC-LinkNC-Link國際應用示范項目。利用國際機床展和其他國家機床協(xié)會進行技術交流，進而把（包括MTConnect和進行互聯(lián)互通驗證和試驗。向國家標準化組織ISO或IECNC-Link國際標準草案。四、項目創(chuàng)新點和實施效果項目先進性及創(chuàng)新點獨特的數(shù)控裝備信息模型設計（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)分析提供關鍵性支撐技術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)交換格式本項目標準中采用弱類型的JSON（JavaScriptNotation）進行模型描述與數(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。對異構設備或平臺的高度兼容性NC