在过去推动的进程里,我们听到最多的是关于底层协议的抱怨,“协议都不开放”“不知道采集的数据是什么?”“我们的时间都耗费在了配置参数上”,这种困境使得人们所描绘的美好互联世界变得让人烦躁不安——“这真的是我们期望的互联世界吗?”
(1)机器间的协议障碍。
现实的工厂远非理想的世界,有些情况是连通信接口都没有,而如果有的话,那也经常会不同,有时候,你甚至发现同一家公司的不同代次的产品都存在这样的连接问题。
(2)语义互操作的障碍。
就像英语你可以说“Hello!”表示问候,中文说“你好!”,不同国家的人都会有不同的语言,不同的机器也有不同的语言,就像有的用“英寸”,而另一个采用“厘米”做单位,这些语义之间的差异使得你不能说“A 机器走了2 英寸,而B 机器走了2 厘米,他们有相同的位移”,尽管从获得的数据上来说都是“2”,但是,这两者却完全不同的尺寸。
(3)多个网络。
对于制造业工厂的CIO 来说,最理想的世界肯定是不要那么多网络协议,也不要那么多网络接口,更不想为了让不同的接口和协议进行连接而开发“适配器”及“协议软件接口”,这还仅仅是OT 端,而IT 与OT 采用的是非一致的网络及网络层次(ISO-OSI 模型)。IT 与OT 间的网络所拼接的组合数会是一个巨大的数字,这使得美好的IT 与OT 融合在过去的20 年里被讨论,却直到今天尚未有效实现互联。
OPC UA 解决语义互操作问题:
为了解决互操作也开发了很多标准,就目前而言,声势最大也被广泛认可的是OPC UA,OPC UA 基金会属于非营利性组织,而OPC UA 本身也是不为公司掌握的独立技术,成为IEC 62451 标准及中国国家标准,而且在德国工业4.0 组织和美国工业互联网组织IIC 均将OPC UA 列为了实现语义互操作的标准规范。图4-45 是关于为什么采用OPC UA 的总结,读者可以大致了解到它的全局优势。
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图4-45 OPCUA 八大优势
OPC UA 在图4-45 中已经描述了它的优势,但很多人仍然仅仅把它理解为一个通信的规范,而事实上,OPC UA 真正的核心在于信息建模。图4-46 是OPC UA 的基础架构,包括内嵌信息模型、行业信息模型与供应商信息模型几个层面的信息模型。
信息模型是什么?如果用OPC UA 的技术来介绍可能不大易于理解,但是,如果我们想实现机器人与注塑机进行协同的工作的时候,我们必须清楚,他们之间需要哪些数据来保证他们之间的工作一致性呢?这就是数据的应用问题,而同样道理,我们希望实现OEE 的统计,那么OEE 的计算就是一个信息模型,我们需要与之相关的数据,而垂直行业的信息模型则在于具体的包装、塑料、印刷行业所采集的对象定义不同。
图4-46 OPC UA 解决信息模型问题
简单理解信息模型就是为了实现特定任务,而对数据所进行的标准封装,OPC UA 提供了一个如何封装信息模型的标准,除了已经纳入OPC UA 架构下的PackML、MTConnect、Euromap、Automation ML 等之外,OPC UA 还支持行业自定义的信息模型,OPC UA 采用面向对象的思想,使得这些开发变得简单。
在工业4.0 中针对设计、生产、制造各个环节的衔接,必须基于信息的标准与规范才能实现协同,那么,如何定义信息之间的协同标准开发了Administration Shell(管理壳),而这个管理壳同样基于OPC UA 的规范来设计并实现在各个管理业务单元之间的数据传输。如图4-47 所示,我们看到了OPC UA 也同时看到TSN,尽管目前TSN 尚未正式投入大量应用,但主流的IT 厂商如CISCO、华为及自动化业界的主流厂商均参与TSN 开发,并逐渐推出TSN 产品。
图4-47 OPC UA TSN 构成的智能集成架构
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