1、頊目背景
裝備制造業是國家戰略性產業，高檔數控機床作為工業母機重要發展方向，是高端裝備制造的重要基礎，其發展水平高低是我國從制造大國到制造強國轉變的關鍵指標。機床裝備制造行業發展主要面臨以下問題和需求：
1)數據存儲方式分散、傳統、孤立等特點，無法支撐數據挖掘等應用；2)行業數據應用呈現復合型高度動態化；3)行業產業鏈上下游協同程度低、行業共性技術和知識資源分散，需要通過設備數據采集，結合預先建立的模型，逐步形成大數據的應用；4)需依托工業互聯網平臺，充分運用數據挖掘以及大數據分析等技術手段，建立“以客戶為中心”的管理體系，促進企業智能化化管理。
因此，機床裝備制造業亟需依托工業互聯網平臺，以裝備數據為重要資源驅動，實現一切業務數據化，一切數據業務化，一切產業數字化，一切數字產業化。
2、項目建設內容
（一）架構設計
面向機床裝備制造領域的工業互聯網一體化解決方案iNC-Cloud體系架構如圖1所示。從工業互聯網平臺層角度，主要包含邊緣層、工業級 laaS能力層、PaaS層、通用PasS能力層等。
平臺向下實現機床裝備領域數據的統一匯聚與管理，向上為機床裝備領域應用系統提供穩定可靠的通用服務。
從平臺功能和數據流向分析，面向機床裝備領域的工業互聯網一體化解決方案iNC-Cloud平臺，實現了多源異構數據的采集、存儲、融合、共享與反饋應用。iNC-Cloud體系架構又可以分為5個功能層：數據采集、數據存儲、數據計算、數據訪問和數據應用，如圖2所示。
數據采集層：基于NC-Link協議，實現異構工業設備/模塊/系統/平臺的互聯互通，覆蓋整個車間/工廠的各種智能設備以及各種移動設備，并將異構多源數據進行統一解析與轉換，從設備終端采集到數據網關。
數據存儲層：數據匯聚模塊通過NC-Link協議將數據從數據網關驅動至云端數據庫，云端基于多類型數據庫協同機制，采用分布存儲、集中管理的架構，實現多應用終端差異化信息服務，并基于高速緩存數據庫實現高頻、高效、高實時的數據服務。
數據計算層：基干智能產線、智能車間中的核心設備，以及MES、 CAPP、ERP、APS等工業實現智能數控系統與制造裝備領域中的數據縱向集成，構建面向數據采集、存儲、分析挖掘、智能反饋等數據并行處理與分析挖掘服務框架，提供高性能計算環境與機器學習算法庫，提供終端互聯、安全通信、清洗與存儲，并行編程模型與實時處理、智能算法插件式開發環境等技術服務。
數據訪問層：數據訪問層為智能應用提供統一的數據訪問接口，包括數據查詢、數據抽取、數據標注等，并基于數據計算層開放智能算法接口，實現智能應用的高效開發。
數據應用層：數據應用層主要指面向機床制造領域的工業級PaaS、SaaS服務，主要實現從機床裝備層到產鏈層的信息集成，構建設備-設備、設備/系統-信息系統、設備/系統-信息系統-應用、企業-產品-用戶的四大閉環。通過訪問接口從存儲資源池獲取所需數據，構建質量保障、遠程運維、故障維修處理等典型應用場景，實現工業智能化應用的創新與集成。
(二)技術內容
iNC-Cloud以NC-Link設備互聯、工業互聯網平臺、多種應用場景為重點體驗展示方向:NC-Link設備互聯、數據縱向及橫向集成、工業互聯網平臺。包括多種應用場景:突出遠程運維、智能產線、工藝優化、生產管理、質量管理應用場景，同時根據體驗中心資源盡可能多的展示其他各種成熟應用場景。覆蓋微型、小型、中型、大型企業等。
關鍵技術產品包括:
(1)數控裝備工業互聯通訊協議NC-Link
(2)工業互聯網標識解析二級節點(機床行業公共服務平臺)
(3)基于NC-Link的邊緣計算微服務操作系統
(4)基于國家商用密碼的工業主機加固系統
(5)數控機床大數據采集與管理
(6)面向生產制造全過程的智能產線總控系統
(7)數控系統開放式智能應用APP
(8)面向數字化車間的智能車間看板
(9)數控云管家
(10)數控裝備遠程運維
(11)數控裝備預測性維護
3、應用效果
(一)應用情況總述
iNC-Cloud以中國制造業高質量發展為需求、以先進的工業互聯網平臺為依托，構建面向機床裝備制造領域一體化解決方案，實現面向產業數據全生命周期管理的應用示范，推進整個離散制造行業的自動化和智能化水平，具有重大工程價值和示范效應。目前在航空、機械、汽車、電子通信、元器件等行業實現1000家以上的企業推廣，在石化、鋼鐵、航空、軌道交通、新能源、綠色包裝等領域實現30家以上跨行業用戶應用。深度融合行業特色，結合單位在上述領域中優勢，著重推進項目在機器人制造行業、機床制造行業、航空零部件制造行業、航天零部件制造行業、汽車零部件制造行業、3C制造行業等典型行業進行推廣示范，提升制造裝備領域智能制造一體化解決方案驗證能力，為國內工業軟件提供技術支撐。iNC-Cloud每天匯聚并處理上億條數據，采集數控設備中上千個點位信息，涵蓋設備狀態、報警信息、加工計件、采樣數據等各種工況，為企業一切業務數據化、一切數據信息化奠定夯實基礎。
(二)應用案例
(1)在機器人制造行業的資源信息協同管理
針對機器人制造行業痛點，在佛山登奇機電技術有限公司的機器人高端裝備用伺服電機數字化車間進行應用。項目通過對國產數控機床的組網，形成數控系統電控大數據網絡化管理系統，對數控系統互聯通訊接口技術進行應用驗證，實現對數控機床遠程監控和管理，如圖3所示。進而形成在登奇電機零部件領域與機器人集成應用的示范效應。
(2)在機床制造行業的資源信息協同管理
針對機床制造行業的存在的問題，將寶雞機床集團有限公司產線中70臺數控機床建立遠程運維服務平臺。通過對機床的實時監控，對報警信息進行實時監控分析，為客戶提供及時主動服務:對機床故障，用戶口以在線報修，也可以根據故障案例庫、工藝知識庫自主維修:售后服務人員根據設備檔案提供的設備信息、位置信息安排服務工作，如圖4所示。通過對ERP、PLM、MES、WMS等系統的集成，實現對現場和物流系統的實施監控，全面實現生產過程、質量過程和物流過程的透明化管理。使企業的產線生產效率提高20%以上，生產成本降低12%，產品不良率下降27%，能源利用率提高23%。
(3)在航天零部件制造行業的資源信息協同管理
針對航天零部件制造行業的特征，在中國航天科工集團湖北三江航天紅峰控制有限公司紅峰慣組精密零件數字化生產線進行應用。產線總控系統主要負責產線設備數據采集、狀態顯示、產線監控、NC文件傳輸、檢測設備檢測交互、RFID數據讀寫等，實時獲取產線加工數據。為MES/ERP系統提供準確、及時的生產完工信息。產線總控系統部署如圖5所示。項目實現多品種、變批量的混流加工，根據生產執行計劃，實現工件的自動傳送和自動加工，程序下發，刀具識別及調用:可在線實現工件品種自動更換，多工件的自動識別:通過刀具磨損狀態、主軸功率、切削參數等數據的實時監控，降低機床碰撞的風險，實現了數控設備的自適應、高效加工。節省大量人力資源，提高了生產效率和柔性。
(4)在汽車零部件制造行業的資源信息協同管理
針對汽車零部件制造行業的需求，在吉林省吉通機械制造有限責任公司進行應用。繞數控機床遠程監控與管理技術的研究與應用，主要實現了對機床運行狀況的動態監控，同時通過對機床運行大數據的實時采集、處理與統計分析，實現了對機床開機率、運率、故障時間等影響機床加工效率的關鍵指標的統計分析，最終實現車間的信息化管理，并在一定程度上提高機床的運行效率，實現對機床設備科學、高效的管理。通過應用驗證和改進提升，國產高檔數控系統的功能、性能和可靠性達到國外同類產品的水平。
(5)3C制造行業的資源信息協同管理
針對項目3C制造業發展難點，在廣東勁勝公司移動終端金屬加工智能制造新模式項目進行應用，如圖6所示。項目建立適合3C行業金屬加工制造模式的智能化制造信息系統，實現高速高精鉆攻中心、國產數控系統、機器人與收取料系統的協同運動控制，實現多車間智能裝備之間的協同工作。項目整合生產過程數據，為ERP、WMS、MES等生產運維系統提供數據支撐，減少各信息化系統的實施成本。集成工藝參數優化、設備預測性運維，實現工藝效率最大化，減少設備故障發生，提升設備使用效率，將風險扼殺在搖籃中。為企業提升生產效率25.38%，縮短產品研發周期19%，降低產品不良率375%，提升能源利用率23.01%。
4、主要創新點
立足于機床裝備智能制造需求，依托自主研發的“數控機床互聯通訊協議標準”促進智能機床、智能產線、智能車間數據縱向集成，依托“工業互聯網標識解析二級節點”，提供機器、產品、資源的標識注冊解析服務，實現跨企業上下游數據橫向集成:對推進整個離散行業的自動化和智能化水平，具有重大工程價值和示范效應。
創新性：設備互聯，自主研發NC-Link標準協議，支持多源異構工業設備互聯互通，兼容多種聯網模式，并融合5G和TSN技術，實現毫秒級大數據采集與傳輸。
通用性：設備上云，數據融合。提供通用的企業設備上云解決方案、“端-邊-云”協同的數據融合體系，邊緣計算操作系統，提供標準化數據交互接口。
有效性：基于NC-Link標準協議的毫秒級數據采集實現裝備數據的有效性，提供智能工廠生產過程全要素狀態感知及監控，支持決策性、模型化的智能工廠數據集關系，實現智能工廠高級排產、調度及精準化決策管理。
安全性：基于國產密碼的數控裝備信息安全防護，為平臺的設備安全、網絡安全、存儲安全“保駕護航”。
商業模式：構建開放式APP開發平臺，提供設備聯網、狀態監控、統計分析等基礎服務，同時，提供工藝參數優化、設備健康診斷、故障預測預警、智能遠程運維等增值定制化智能服務，實現“以客戶需求為自己需求”服務宗旨。
生態能力：面向機床行業提供機器、產品、資源的標識注冊解析服務，實現企業上下游數據流轉及橫向集成，打造產品數據溯源、供應鏈管理、設備全生命周期管理等應用生態體系。
iNC-Cloud已在航空航天、高端裝備、汽車制造、電子加工等領域近千家工業企業應用，全方位助力企業形成數字生態，推動企業數字化轉型和智能制造發展。
5、推廣價值
iNC-Cloud依托行業、地域、項目、技術聯盟等優勢，打造面向工業母機智能制造整體解決方案，推進離散行業的自動化和智能化水平。擁有1)面向機床裝備制造領域的工業互聯網一體化解決方案、2)國家自主可控的NC-Link互聯通訊協議、3)與工業互聯網標識解析二級節點(機床行業應用服務平臺)。
iNC-Cloud圍繞開源社區及工業互聯網平臺、形成工業互聯網平臺產品資源池，為工業互聯網平臺產品銷售、智能化工業互聯解決方案咨詢與服務兩大業務提供強有力的支撐，形成工業互聯網平臺產品銷售和智能化工業互聯解決方案咨詢服務兩種盈利模式，主要面向電子輕型制造、機械加工重型裝備制造及已有客戶群等方向。
(一)形成工業智能制造行業的垂直覆蓋
用涵蓋航空航天、軍工、汽車、鋼鐵、核工業、機車、船舶、家電、輕工、電子、模具、制冷、紡織、醫療等多個領域。
(二)以工業互聯網平臺整體解決方案的產品及服務支持
從全球工業互聯網應用領域分布來看，機械和能源行業占比最大，合計達58%。此類行業單個設備價值高，所以對于設備運維管理需求高。設備運維是工業互聯網平臺具備的功能中相對容易實現且發展最快速的部分。
而其余垂直領域尤其是原材料加工行業更加注重生產流程管控和產業鏈上下游協同。工業互聯網平臺潛在待開發價值巨大。據統計，2018年全球工業互聯網平臺市場規模為33億美元，預計2023年將達到138.2億美元，復合增速超過30%。
預計到2023年，平臺國內市場占有率突破10%，營收總額超過3億。其中軟件占比應超過60%。在應用推廣后總體社會經濟效益巨大，產業化應用推廣具備可行性。
