基于MTConnect的数控设备互联共通技术应用研究

【摘要】互联网催生各个领域新业态和新技术，基于MTConnect的数控设备互联共通技术获得突飞猛进的发展，并日趋网络化、智能化和数字化。然而由于当前的数控设备种类繁多、信息表达方式各异，极大地限制了数控设备之间的链接和信息共享。为此，要构建兼容度高、互联共通且富有弹性的架构，实现异构数控设备的互联和共通。

【关键词】基于MTConnect；数控设备；互联共通技术；应用

一、数控设备互联共通相关协议分析

（一）Step-NC协议

这是采用面向对象的方法，对数控设备生产过程数据的编程、描述格式进行规范和统一，实时自动获取数控设备加工生产过程的NC程序代码，将数控系统与CAX系统相互链接和集成，极其精准地描述数控生产加工过程。然而这种协议在动态信息建模技术上还存在欠缺，难以实现对异构数控设备的信息互联共通和共享。

（二）OPC协议

这是基于OLE、COM/DCOM技术的前提，面向对象进行设计，运用规范化的通信接口函数表达方式，描述数控设备生产制造过程中的接口、方法和属性，主要涵盖数据采集、事件报警、历史数据访问等内容。然而，这种协议还尚未普遍应用于离散制造行业，各厂商之间还无法实现充分兼容和互操作。

（三）MTConnect协议

这个协议是基于XML（可扩展标记语言）的相关标准，以HTTP为数据传输协议，为上层管理系统提供基础设备层的相关数据信息，使数控设备较好地应用于即插即用的环境之中，降低数控设备制造系统应用的复杂性和工作量，提升了各异构数控设备的互操作水平。

二、基于MTConnect的数控设备互联共通模型设计与应用

基于MTConnect的数控设备互联共通技术可以较好地实现异构数控设备的互联共通、远程监控，通过建构基于MTConnect的数控设备互联共通模型，实现对异构数控设备的信息采集、解析、转换、交互和处理。

（一）数控设备互联共通技术网络架构

（1）“Adapter-Agent”模式。基于MTConnect的数控设备互联共通可以采用“Adapter-Agent”模式，将专门的适配器设计于异构数控设备之中，实现对数控制造加工过程的信息采集、监控、转换和处理，达到车间数控设备的互联共通效果。具体来说，该模式的数控设备连接方式主要采用如下三种：借由转换设备连接；借由网络设备连接；直接连接。然而，这种模式也有一定的局限性，即：因数据传输次数的增加而影响数控设备远程监控的实时性、完整性和安全性要求。（2）“设备-Agent-Client”模式。这是一种车间通用的三层架构的设备互联共通模式，包括如下三个基本模块：车床、铣床、加工中心等数控设备；Agent软件；客户端软件应用程序，在该模式之中的Agent和數控设备相互连接的方式有：内置Agent；网络连接；串口连接。

（二）Agent架构及其功能模块设计

Agent是数控设备互联共通的关键核心，在确定Agent与设备的连接方式前提下，调用接口配置信息，采集、解析和转换数控设备生产过程数据信息，借由XML映射器读取和解析XML文件，再由XML封装/发送器进行数据发送。具体来说，Agent的功能模块主要包括有以下内容：（1）数据采集模块。以异构数控设备采集的不同方式为前提，建立异构数控设备的数据采集通道，对主要的接口函数进行参数配置和优化，如：NetInit（）、NetConnet（）、ChannelInfornation9（）、GetProgram（）等接口函数，在一定的采样周期之内实现对异构数控设备的信息数据采集。（2）数据处理模块。在采集获取异构数控设备的数据信息之后，要对其进行格式描述、转换和处理，形成XML文档，并加以解析、数据映射，获悉异构数控设备的相关属性，最后再进行数据信息的封装和发送。（3）通信模块。基于MTConnect的数控设备互联共通系统要以HTTP传输协议为依托和支撑，进行数据交互、客户端请求响应、封装XML文档发送等操作，较好地实现各模块与客户端应用程序之间的互通和链接。（4）决策与智能控制模块。该模块是智能化模块，它主要面向处理后的数据信息进行分析、判断和决策，并将不同的任务合理分配给各个模块，以更好地实现深入、充分的通信。

（三）客户端监控系统设计与应用

基于MTConnect协议和数控设备监控需求，还要设计和构建客户端监控检测系统，采用VisualStudio2013软件及C#语言进行编码实现。具体包括有以下内容：（1）数据库设计。该层级主要用于管理订单任务和历史数据信息，全面监控和把握数控设备的运行状态、故障、加工效率等。（2）设备实时监控模块。客户端接收并解析Agent的数据信息，如：数控设备制造加工中X轴、Y轴及Z轴三个伺服轴的实际位置值等。（3）任务调度和管理模块。主要负责数控设备的任务信息和资源状态。（4）数据统计模块。包括数控设备的任务完成时间、比例、故障起止时间等。

三、结语

综上所述，基于MTConnect的数控设备互联共通技术实现了不同模块的设计和应用，解决了异构数控设备通信受阻的状态，促进了数控设备加工制造的智能化、网络化发展。

参考文献

[1]李杰诚.基于MTConnect的机器人制造单元系统研究与实现[D].广州：广东工业大学，2016.

[2]王帅.面向工业4.0的机床管理系统的研究与开发[D].沈阳：中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2016.

作者简介：李进（1968.06—），男，汉族，江苏南京人，大专，助理工程师，研究方向：机械制造与装备。