基于MTConnect的數控設備互聯共通技術應用研究

【摘要】互聯網催生各個領域新業態和新技術，基于MTConnect的數控設備互聯共通技術獲得突飛猛進的發展，并日趨網絡化、智能化和數字化。然而由于當前的數控設備種類繁多、信息表達方式各異，極大地限制了數控設備之間的鏈接和信息共享。為此，要構建兼容度高、互聯共通且富有彈性的架構，實現異構數控設備的互聯和共通。

【關鍵詞】基于MTConnect；數控設備；互聯共通技術；應用

一、數控設備互聯共通相關協議分析

（一）Step-NC協議

這是采用面向對象的方法，對數控設備生產過程數據的編程、描述格式進行規范和統一，實時自動獲取數控設備加工生產過程的NC程序代碼，將數控系統與CAX系統相互鏈接和集成，極其精準地描述數控生產加工過程。然而這種協議在動態信息建模技術上還存在欠缺，難以實現對異構數控設備的信息互聯共通和共享。

（二）OPC協議

這是基于OLE、COM/DCOM技術的前提，面向對象進行設計，運用規范化的通信接口函數表達方式，描述數控設備生產制造過程中的接口、方法和屬性，主要涵蓋數據采集、事件報警、歷史數據訪問等內容。然而，這種協議還尚未普遍應用于離散制造行業，各廠商之間還無法實現充分兼容和互操作。

（三）MTConnect協議

這個協議是基于XML（可擴展標記語言）的相關標準，以HTTP為數據傳輸協議，為上層管理系統提供基礎設備層的相關數據信息，使數控設備較好地應用于即插即用的環境之中，降低數控設備制造系統應用的復雜性和工作量，提升了各異構數控設備的互操作水平。

二、基于MTConnect的數控設備互聯共通模型設計與應用

基于MTConnect的數控設備互聯共通技術可以較好地實現異構數控設備的互聯共通、遠程監控，通過建構基于MTConnect的數控設備互聯共通模型，實現對異構數控設備的信息采集、解析、轉換、交互和處理。

（一）數控設備互聯共通技術網絡架構

（1）“Adapter-Agent”模式。基于MTConnect的數控設備互聯共通可以采用“Adapter-Agent”模式，將專門的適配器設計于異構數控設備之中，實現對數控制造加工過程的信息采集、監控、轉換和處理，達到車間數控設備的互聯共通效果。具體來說，該模式的數控設備連接方式主要采用如下三種：借由轉換設備連接；借由網絡設備連接；直接連接。然而，這種模式也有一定的局限性，即：因數據傳輸次數的增加而影響數控設備遠程監控的實時性、完整性和安全性要求。（2）“設備-Agent-Client”模式。這是一種車間通用的三層架構的設備互聯共通模式，包括如下三個基本模塊：車床、銑床、加工中心等數控設備；Agent軟件；客戶端軟件應用程序，在該模式之中的Agent和數控設備相互連接的方式有：內置Agent；網絡連接；串口連接。

（二）Agent架構及其功能模塊設計

Agent是數控設備互聯共通的關鍵核心，在確定Agent與設備的連接方式前提下，調用接口配置信息，采集、解析和轉換數控設備生產過程數據信息，借由XML映射器讀取和解析XML文件，再由XML封裝/發送器進行數據發送。具體來說，Agent的功能模塊主要包括有以下內容：（1）數據采集模塊。以異構數控設備采集的不同方式為前提，建立異構數控設備的數據采集通道，對主要的接口函數進行參數配置和優化，如：NetInit（）、NetConnet（）、ChannelInfornation9（）、GetProgram（）等接口函數，在一定的采樣周期之內實現對異構數控設備的信息數據采集。（2）數據處理模塊。在采集獲取異構數控設備的數據信息之后，要對其進行格式描述、轉換和處理，形成XML文檔，并加以解析、數據映射，獲悉異構數控設備的相關屬性，最后再進行數據信息的封裝和發送。（3）通信模塊。基于MTConnect的數控設備互聯共通系統要以HTTP傳輸協議為依托和支撐，進行數據交互、客戶端請求響應、封裝XML文檔發送等操作，較好地實現各模塊與客戶端應用程序之間的互通和鏈接。（4）決策與智能控制模塊。該模塊是智能化模塊，它主要面向處理后的數據信息進行分析、判斷和決策，并將不同的任務合理分配給各個模塊，以更好地實現深入、充分的通信。

（三）客戶端監控系統設計與應用

基于MTConnect協議和數控設備監控需求，還要設計和構建客戶端監控檢測系統，采用VisualStudio2013軟件及C#語言進行編碼實現。具體包括有以下內容：（1）數據庫設計。該層級主要用于管理訂單任務和歷史數據信息，全面監控和把握數控設備的運行狀態、故障、加工效率等。（2）設備實時監控模塊。客戶端接收并解析Agent的數據信息，如：數控設備制造加工中X軸、Y軸及Z軸三個伺服軸的實際位置值等。（3）任務調度和管理模塊。主要負責數控設備的任務信息和資源狀態。（4）數據統計模塊。包括數控設備的任務完成時間、比例、故障起止時間等。

三、結語

綜上所述，基于MTConnect的數控設備互聯共通技術實現了不同模塊的設計和應用，解決了異構數控設備通信受阻的狀態，促進了數控設備加工制造的智能化、網絡化發展。

參考文獻

[1]李杰誠.基于MTConnect的機器人制造單元系統研究與實現[D].廣州：廣東工業大學，2016.

[2]王帥.面向工業4.0的機床管理系統的研究與開發[D].沈陽：中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2016.

作者簡介：李進（1968.06—），男，漢族，江蘇南京人，大專，助理工程師，研究方向：機械制造與裝備。