面向智能制造的数控机床互联互通互操作

编者按

针对智能制造以数据驱动的创新应用，介绍了数控系统以参数的形式对机床运行的各种物理量进行描述，这类数据称为参数数据，包括NC参数、轴参数、通道参数及设备参数等。

（3）逻辑数据 数控机床通过PLC程序对各部件的运行逻辑进行协调控制，包括CNC装置的控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、补偿功能、监视和诊断功能等，如当监视和诊断模块发出特定报警时，不允许机床执行正常加工操作；机床防护门处于“打开”状态时，不允许执行运行操作。

（4）任务数据 数控机床通过G代码描述加工任务，G代码一般由CAM系统生成，是现场操作人员对数控机床发出加工要求的主要载体，也是数控机床最主要的任务数据。

（5）状态数据 状态数据是零件数控加工的质量、精度和效率优劣直接或间接的定量描述。其既包含机床完成工作任务过程中数控系统内部反馈控制所获得的海量电控数据，如主轴功率、主轴负载电流、进给轴负载电流、跟踪误差和材料切除率等，也包括通过外部传感器采集的物理和几何数据，如切削力、温度、振动、空间误差、热变形和零件表面粗糙度等[1]。

3数控机床互联互通互操作

数控机床互联互通互操作是沟通数控机床与数据应用的使能技术，是“让工业设备说话的技术”。

3.1 数控机床互联

互联（Interconnection）是指构成数控机床与数据应用信息交互系统的物理部件和介质，主要包括设备本体、传输介质和通讯接口，类似于人类的信息交流系统的互联部分，主要包括发声器官（嘴巴）、收听器官（耳朵）和传输介质（空气）。随着计算机通信技术不断发展，数控机床的互联通信方式经历了早期的串口和USB（见图1），至今以太网凭借实时性、高可靠性等优势，已成为其主流互联方式。如华中数控HNC-848D配置的IPC提供两个RJ45接口，分别负责上位机与下位机之间，以及数控系统与外部通信单元之间的以太网互联通信。

图3 MTConnect体系架构示

4.3 NC-link协议标准

NC-link协议是由中国机床工具工业协会牵头研发[6]，制定的团体标准已于2020年12月1日正式发布，并于2021年1月1日起实施，NC-link协议互联模型示例如图４所示。该协议不仅支持数控机床、机器人、AGV小车及PLC等单个数控装备、智能生产线和智能工厂的数据交互，还可支持以NC-link代理器为基础的多个云数据中心的互联。相较于MTConnect协议，NC-link与其在体系架构、语义模型定义等方面有许多相似之处，但是NC-link协议支持毫秒级流数据传输，在工业现场环境下具备更好的实时性。

图4 NC-link协议互联模型示例

目前，NC-link协议已在武汉华中数控、广州数控、科德数控、沈阳高精数控等企业的数控产品中实现了集成，并在蓝思科技、比亚迪、四川普什宁江、吉林通用、西格马数控机床及宝鸡机床等企业的生产线和智能工厂进行了应用，华为、联想及浪潮等ICT企业也参加到标准的技术验证和推广应用行列。在CIMT2021国际机床展会上，NC-link现场接入了上百台不同类型和不同品牌的工业设备，展示了其多型异构工业设备与协议的兼容能力。

5 结束语

数据是实现智能制造的核心，本文首先对数控机床大数据进行了分类介绍，并针对当前生产车间多型异构设备并存现象，概述了数控机床的互联互通互操作，以及典型互联互通互操作协议的特点、应用范围及应用现状等。在智能制造浪潮背景下，特别是面对疫情冲击及逆全球化趋势，更多的传统制造企业开始用大数据和人工智能打造企业智慧大脑，深度应用数控机床状态监测、效率分析、预测预警、工艺优化、质量提升及远程运维等智能化功能，实现精细化运营，提升企业设计、生产、维保及运营等能力，重塑企业价值体系，提升企业核心竞争力。