基于opcua的模具制造制造互联互通技术研究

基于opcua的模具制造制造互联互通技术研究

0《中国制造2025》模具制造概述随着信息变革时代的到来，工业领域的信息竞争日益激烈。智能制造迎来了全球热潮，以德国、美国为主的欧美发达国家分别提出了“德国工业4.0”和“美国先进制造/工业互联网”等制造发展战略，力图在新一轮竞争中保持领先。面对制造业信息革命带来的机遇与挑战，我国制定了《中国制造2025》强国战略模具制造属于传统离散型装备制造业，相比于制造业中其他制造类型，模具制造具有零件结构复杂、单件生产、质量要求高、过程复杂等特点。模具制造常用设备有CNC加工中心、电火花加工机床等，虽然加工制造设备正向智能化的方向发展以下从智能制造互联互通角度出发，通过对数字化车间装备与管理系统之间交互作用的分析，阐述了面向模具装备制造业互联互通技术物理和网络层面的构成，介绍了基于OPCUA统一架构的模具装备制造业互联互通信息模型，并对基于OPCUA模具装备制造业互联互通的研究方法进行了探讨。1针对制造业的连通性技术1.1国家智能制造标准系建设指南互联互通是国家工信部和国家标准委联合发布的《国家智能制造标准系建设指南》根据2018年国家智能制造标准化总体组发布的《智能制造基础共性标准研究成果》1.2模具装备制造业互联互通技术分析按照工业生产的产品形态和生产工艺组织方式，可将工业行业分为流程工业和离散工业2种典型的类型模具装备制造业互联互通应用层面就是实现装备之间、装备与生产管理系统间有效信息共享交互1.3基于两大体系的模具制造过程管理实现模具制造过程中的互联互通，其关键是要实现模具制造装备中电极CNC、钢件CNC以及钢件EDM加工等单条自动线的加工制造信息的交互，实现以电极CNC、钢件CNC以及钢件EDM加工为主的模具制造过程的自动化与信息化。智能制造系统的组成中，MES系统及其构成部分是实现智能制造的关键环节，在制造业信息化过程中起着协调和传递企业生产计划和生产信息的纽带作用车间层主要负责模具加工制造的过程管理，包括排产、生产及物流调度等任务，主要由MES、WMS调度等系统组成。单元层负责模具制造过程中数据采集、监控及控制，主要包括数据采集与监控系统（SCADA）、人机界面（HMI）等，负责对工业机器人上下料逻辑执行控制、加工机床的程序下载与运行、条码或RFID识别控制、HMI显示等生产操作监控。设备层负责完成模具加工、检测、运输、存储等任务，加工设备主要完成钢件与电极加工，分为钢件CNC加工、电极CNC加工、钢件EDM加工等类型；检测设备主要完成加工后的模具电极尺寸检测任务，通常采用三坐标测量仪；运输主要由工业机器人与AGV小车完成；存储设备主要完成模具钢件与电极整个制造过程的存储任务，由料架、立体库、预设平台等组成。模具制造过程互联互通，就是要实现从加工指令源头到执行过程的自动化和信息化，推动模具智能制造理念贯彻实施。1.4ot与it融合的主要研究内容工业互联网是实现系统工业通信网络（OT）+连接信息系统与终端的数据通信网络（IT）融合的重要载体和关键平台目前主流工业互联网机构以连接生产现场设备与OT+IT形式为主目前，工业物联网（IIoT）、工业互联网、基于云的部署等方面是OT和IT融合的研究重点。随着“互联网+”不断地渗透到工业领域，模具装备网络整体网络布局可以直接以互联网模式进行，具体实现方式是模具装备通过以太网等方式在车间局域网进行串并联，通过互联网接入云平台，实现模具装备的互联互通，如图5所示。2模型与连接信息的连接研究及方法2.1opcua在通讯领域的应用制造系统内信息的互联互通是实现智能制造的关键基础，其核心是标准化的信息模型OPC统一架构（OLEforprocesscontrolunifiedarchitecture,OPCUA）是一套安全、可靠且独立于制造商和平台，并用于工业通讯的数据交互标准规范国内外对OPCUA在不同领域的应用研究取得了一些进展。在工业装备制造领域，王立平等2.2基于opcua模具制造车间互联网架构的实践探索模具装备制造业互联互通目前研究还未见报道，对于利用OPCUA建立模具装备信息模型来实现模具数字化车间制造互联互通，可以从以下几点进行研究。(1)OPC基金会已经发布了OPC信息模型规范，此外还有CNC系统信息模型、机器人信息模型、PLC设备信息模型等相关配套的规范。利用这些伴随标准对模具制造数字化车间中CNC设备、EDM设备、工业机器人等进行加工制造信息的分析，对模具装备制造信息模型进行设计，通过对具体实现方式选择，如XML文件形式、信息模型建模工具等，对所建立的模型完整性进行评估和完善，最终构建模具制造车间实例化信息模型。(2)2020年7月发布的国家标准《基于OPCUA的数字化车间互联网络架构》（GB/T38869-2020），给出了面向机械加工行业的OPCUA架构应用导则。模具装备制造领域涵盖的设备有CNC机床、EDM机床、工业机器人、电极和钢件的仓储物流系统等。通过对模具制造车间装备进行互联网络架构设计，如图6所示，可实现以CNC机床、EDM机床等加工设备为主，上下料机器人、智能仓储设备、AGV小车等为辅的模具装备网络的互联互通。(3）利用OPCUA协议栈软件进行互联互通工作的开展。目前市面上OPCUA可用协议栈软件已经相对成熟，商用的有MatrikonOPC、Softing、UnifiedAutomationOPCUA开发套件；开源的有open62541、UA-.NETStandard等开源OPCUA，其中open62541实现了OPCUA二进制协议栈以及客户端和服务器SDK。最终服务器二进制文件的大小可低于100kB，具体取决于所选功能和信息模型的大小，所有代码是经过OPC基金会认证的完全开源实现，建议使用基于开源的open62541来实现OPCUA3基于互联网的模具制造新模式针对模具装备制造业数字化车间互联互通技术进行了剖析，通过对互联互通概念的阐述，综述了模具装备制造业互联互通技术的研究需求与研究现状，得到如下结论。(1）实现模具制造过程中的互联互通，其关键是要实现模具制造装备中电极CNC、钢件CNC以及钢件EDM加工等单条自动线的加工制造信息的交互，实现以电极CNC、钢件CNC以及钢件EDM加工为主的模具制造过程的自动化与信息化。(2）目前，工业物联网（IIoT）、工业互联网、基于云的部署等方面是OT和IT融合的研究重点。模具装备制造业整体网络可以直接