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机床制造数字化车间信息模型标准研究

课题来源:

        智能制造专项:智能机床生产线标准体系及实验验证

        车间/工厂内普遍存在来自不同厂家且功能各异的自动化装备和系统,其在信息层面表现为分布于不同网络层次的异构数据。异构系统与设备之间的互联互通是实现制造信息化和智能化的基础,是数字化车间集成的一个核心问题。解决这一问题的关键是建立规范一致的信息模型。针对机床制造行业面向智能制造的转型升级需求,为实现机床制造数字化车间内不同网络层次和异构的设备、系统之间的互联互通,在智能制造专项的支持下,课题组针对数字化车间标准缺失的问题,建立了机床制造数字化车间信息模型,并开发机床制造加工数字化车间信息管理系统,完成标准验证,最终根据研究成果起草形成了GB/T37928-2019《数字化车间 机床制造 信息模型》推荐性国家标准。

        针对机床制造加工数字化车间的信息互联互通问题,在分析机床制造加工数字化车间的物理组织组成、功能模型以及各模块之间的信息流要求的基础上,建立了机床制造加工数字化车间的信息模型架构。对机床制造加工数字化车间内的物理资产和制造过程数据进行数字化和模型化描述,并按一定关系规则组织起来,形成其车间信息模型。通过明确数字化车间信息模型的元素定义、建模规则和建模方法,实现了模型的标准化和一致性。

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机床制造数字化车间信息模型结构

        在机床制造加工数字化车间信息模型的抽象框架基础上,面向其实际实现问题,以北一机床数字化车间为实现案例,形成具有实际意义的信息模型对象,基于具体的描述方法和通信机制,完成了信息模型的实例化,实现对实例化信息模型的组织和存储。基于OPC统一构架(OPC Unified Architecture,OPC UA),提出了一种基于OPC UA协议的信息模型实现方案。建立了该信息模型在OPC UA地址空间中的映射规则和基于OPC UA服务器/客户端实现信息模型数据存储和交互的方法。最终,在北一机床现场完成了所提出的信息模型及其实现方法的验证,通过开发信息模型服务器、加载器和信息管理系统,成功实现了基于数字化车间信息模型的车间信息管理和监控,验证了所提出的机床制造加工数字化车间信息模型的实用性。

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基于OPC UA的应用实现框架及现场验证场景

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机床制造数字化车间信息管理系统

        最终,在理论研究和试验验证的基础上,起草形成了《数字化车间 机床制造 信息模型》推荐性国家标准,该标准已于2019年8月30日发布,标准号为GB/T37928-2019,并与2020年3月1日起实施。该标准为我国子2015年实施智能制造专项以来的第一批7项智能制造国家标准之一。

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起草形成的推荐性国家标准GB/T 37928-2019

供稿:张兆坤

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