CNC数字化标准的最新进展——基于OPC UA的开放标准umati
德国机床制造商协会（VDW）推出了面向全球机床用户的开放标准umati，该接口可以在不同控制系统的机器之间进行数据交换。
只有通过标准接口在整个过程链中进行数据交换时， 工业4.0 所设想的全球互联网才能真正实现。德国机床制造商协会（VDW）正在开发一种开放的通用机床接口标准umati(universal machine tool interface)，用于将机床连接到更高层级的信息技术（IT）系统。这将简化机床制造企业的数字化升级，并使更多中小型企业可以充分利用现代化生产环境。
面向机床用户的开放标准
在EMO汉诺威2019 国际机床工具展上，VDM 展示了该通用机床接口，通过第一个获得国际认可的OPC UA配套规范草案，将来自国内外制造商的50至100台机器连接起来。开放标准umati基于OPC UA，旨在确保来自配置不同控制系统的机器的数据，使用开放的、标准化的连接。
VDW 主席Heinz-Jürgen Prokop博士说：“这是一种创新，可以让计算机数控行业长期受益。长期以来，数字化一直是机器制造商日常业务的一部分。企业对umati 标准和应用充满了期望。”
机床制造商Profiroll Technologies董事总经理Stephan Kohlsmann 博士说：“我们专注于分析机器数据，以在确保过程可靠性的同时实现更好的公差。我们开发了一种具备硬补偿系统的智能机器，用于消除过程进料中的波动。由于内部用于软件开发的资源是有限的，我们尚未对机器状态数据进行大规模的处理。现在，在VDW 框架内，我们可以基于umati 标准开展进一步的工作。”
用户对零部件数据、机器状态以及生产数量等信息的需求越来越多。机床制造商更清楚运营商对哪些信息感兴趣，因此在制定标准（与控制制造商兼容）方面，它们更了解用户的需求。各种机床的运行人员期望以统一的情境、周期和格式接收所需的数据。然后，他们就可以只需专注于特定的、标准化的数据存储和处理。这是一个巨大的进步。
统一定义的参数（在OPC UA 配套规范中描述和发布）起着关键作用。基于OPC UA 标准的umati 是一项用于机床的接口标准。这项技术允许在机床上设置OPC UA 服务器，该服务器可建立umati 信息模型。通过该信息模型提供OPC UA 数据，呈现出机床识别信息、当前状态或生产程序等信息。
作为一种通用接口，umati 可便捷安全地把机床和设备无缝连接到客户端或用户端的IT 生态系统中去，用于机床与生产环境内外围的IT 系统的连接。使用umati 可简化机器与客户IT 基础设施的连接并降低其费用，减轻人力资源负担，提高项目实施速度和降低成本。umati 是一种开放式、可自由支配使用的标准，在自己产品的OPC UA 中使用umati 配套规范不需额外增加许可费用。umati 支持机床生产商和用户的特定扩展，提供的规范不仅适用于德国，还支持全球的用户。
设置用于机床的标准umati 接口。图片来源：VDM
适应市场标准的灵活性
在实施统一的OPC 标准时，各个行业需要应对不同的挑战。特定的行业标准对于OPC UA 非常重要，甚至是无法避免的。行业之间的差异太大了。某些制造商或客户特定的数据要求无法标准化。能适用于所有行业的标准，应涵盖各行业之间的公共部分。VDW 协会的Alexander Broos 博士认为，此过程需要各方参与者在实现共同目标方面有一定灵活性，尽可能制定可以普遍应用的标准。大家需要共同努力，以快速实现这一目标。
目前，VDM 正在积极制定umat i 1.0（第一个协调标准化语义系统）及其实现规范。与实际使用案例中的软件一样，必须对其进行不断的完善。据Broos 博士介绍，未来将会推出umati 1.1 或umati 2.0，或者针对特定行业增加特定需求，例如激光处理或木工行业。将其付诸实践是一个复杂的过程。具体而言，这意味着在相对较短的时间内对变更做出响应，并在必要时进行更新。在标准化领域中，这通常并不常见。必须及时处理各种棘手的问题，例如如何实现向下兼容性，或者在新建设施中如何连接机器等。
除了主要的机床制造商之外，VDM 还邀请了其它重要的机床计算机数控（CNC）和自动化供应商：贝加莱自动化和三菱电机最近与倍福、博世力士乐、发那科、海德汉和西门子一同加入进来。新成立的OPC UA 联合工作组已开始运作，负责在整个行业中与机器制造商、供应商和客户进行合作。
早在2006 年， 美国机械制造技术协会（AMT）就提出了数控设备互联通讯协议MTConnect，用于机床设备的互联互通。目前，各大数控设备制造商都使用各自的专有语言，而这已经不能满足客户日益增高的要求。umati 的应运而生为机床制造商提供了一种通用接口，可便捷安全地把机床和设备无缝连接到客户端或用户端的IT生态系统中去，使机床与生产环境内外围的IT系统连接更容易。
umati和MTConnect 都是开放接口。据Broos 博士介绍，umati 完全基于可自由配置的OPC UA 通信平台。OPC UA 提供了一个框架，用于调节机器之间的通讯。通过在OPC UA 配套规范中描述参数，可以单独调节通信的精确内容，这就像是一种“字典”。umati和MTConnect 正在协调开发统一的“字典”。但是，在实现方面仍存在一些差异。umati 正努力将机床行业的特殊知识转换为语义和信息模型。
数控软件集成的进步
机床、照料机器人和坐标测量机，
使用MTConnect通信标准来协调活动。
发那科展示了改进的高分辨率3D 模型CNC 加工仿真。软件使检测程序错误更容易。图片来源：发那科
西门子CNC Sinumerik828D 4.8 版本的操作系统中，提供了对机身和组件的防撞保护，以及对整个机器、工具和工件的保护。图片来源：西门子
关键概念：
■ VDW和OPC基金会正在帮助制定机床行业的数字化标准接口。
■使用umati 可简化机器与客户方IT基础设施的连接并降低其费用。
思考一下：
您的机器，彼此之间以及与更高层级的系统，是否能够进行有效的通信？
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年11-12月刊《封面故事》栏目，原标题为：CNC数字化标准的最新进展
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