隨著智能製造的逐步推進，數控系統、數控機床及相關數字化裝備得到了大力發展。數控機床的智能化升級對智能製造的發展起著至關重要的基礎性作用，而實現這一目標的基礎便是機床裝備的互聯互通，其中相關的協議標準更是影響互聯互通的決定性要素。
在前不久的CIMT2019展會上，便設置了專門展區，用於展示數控裝備工業互聯通訊協議NC-Link標準的代理服務器、適配器、數控系統及相關軟件等全套解決方案。NC-Link目前支持數控機床、機器人、AGV小車、PLC等數控裝備，具有廣泛兼容性。
NC-Link協議支持單個數控裝備、智能產線和智能工廠的數據交互。該標準的研製為我國數控機床互聯互通建立了一套統一的標準，對智能工廠、智能車間的建設、智能生產的推進將帶來巨大的作用。
隨著NC-Link協議的推出，標誌著通訊協議的大營中再添一將大員，但機床聯網的通信協議也如整個工業控制領域的通信協議一樣，品種門類繁雜而凌亂。上海維宏電子科技股份有限公司副總經理趙東京先生曾對gongkong小編表示，“目前國內多數廠商應用的通訊協議都還是來自於國外，雖然國內已經開始相關協議標準的建立工作，但是還處於起步階段。”因此，實現通訊協議的統一是實現智能製造的前提之一，但在這一方面，國內外差距懸殊。
繁雜而凌亂的通信協議
數控系統的互聯方式從最早的串行通信逐步升級為以太網通信。不同類型(品牌)的數控系統的通訊端口、通訊協議千差萬別。
在不同的時期，不同的階段，數控系統廠家設計並提供了面向不同應用目標的通訊方式和通訊協議。
第一階段，I/O方式用於和其他設備進行握手和工作協同。
第二階段，串口通訊時期，主要是由於數控系統內存偏小，在遇到大程序時進行在線的NC文件下載，即最基礎的DNC功能，這種方式由於其技術門檻低，簡單、易行、低成本而被國內數控廠商所廣泛使用，但是這也同時限制了國內數控系統對於網絡技術的應用，功能極為有限。
第三階段，類似Fanuc、Siemens等中高端數控系統都配備了以太網接口。
第四階段，通訊設計出現了OPC UA和MTConnect等面向互聯網應用的協議設計。
互聯方式的變化更迭本身是帶來便利的，但是，不同的通訊標準又造成了新的壁壘，同一標準設備可以互聯，而不同總線設備則無法互聯。在製造過程中只有真正實現了機床與機床，機床與人之間的對話，才能進入互聯階段。
當公司從廠商A 處購買一臺機器，從廠商B 購買另一臺機器時，人們期望機器應該易於通信，而不需要實施大量工程才能實現通信。面對標準化通信和互操作性所帶來的挑戰，是否會有一個統一的標準出現取代所有過往標準？
以OPC UA為基礎的機床互聯行業標準
早在2006年，美國機械製造技術協會（AMT）提出了數控設備互聯通訊協議（MTConnect協議），用於機床設備的互聯互通。據瞭解，在小巨人公司生產現場便可以看到，所有加工設備運行狀態數據通過全球通用的通信協議MTConnect，連接到馬紮克特有的SMOOTH MONITOR AX監控系統，由SMART BOX為網絡和信息安全保駕護航，從而實現數據的收集、分析和反饋，對生產過程進行改善和指導。
2013年，OPC基金會與AMT協商將MTConnect協議與OPC UA進行兼容。由此，MTConnect協議與OPC UA協議在業內受到了廣泛關注。而中國機床互操作標準NC-Link，便是綜合借鑑了OPC UA和MTConnect的特點。為雙向通信協議（可讀可控），支持塊數據傳輸。
目前，各個數字控制器的製造商都使用各自的專有語言，而這已經不能滿足客戶日益增高的要求。對很多企業來說，開放式接口是一大障礙。為了促進機床製造商的互相協作，德國機床製造商協會(VDW)與其核心會員企業攜手，正致力於構建一個以OPC UA為基礎的機床互聯行業標準。VDW希望，通過該標準，能建立一種通用語言，用一種通用標準格式提取機器中的數據，然後導入例如ERP或MES系統，從而為客戶創造更多價值。
umati應用而生，他是一種通用接口，可便捷安全地把機床（WZM）和設備無縫連接到客戶端或用戶端的IT生態系統中去。用於機床與生產環境內外圍的IT系統的連接 （生產過程執行系統MES、企業資源計劃 ERP、雲端, …）。umati的核心在於通過一種基於通信規範OPC統一架構（UA）的信息模型提供一種標準化的語義。umati支持機床生產商和用戶的特定擴展，提供的規範不僅適用於德國，而且支持全球的用戶。
無錫微茗智能科技有限公司總經理魏振南先生在展會上接受gongkong採訪時便表示：“目前，廠商分散、協議眾多；工藝不同、廠商不同、種類多、數量大；各業務系統對工業製造數據信息需求不同；車間佈局比較分散等是阻礙聯網的主要問題。不同的協議之間各自為政，很難實現一種協議統一的局面，此時需要的是一種完全中立的平臺來進行轉化。”
工業4.0的通用語言
工業通信分為互聯(硬件接口的連接)、互通(軟件層面的數據格式與規範)、語義互操作(語義的定義與規範)幾個層面，各種總線解決的是連接問題，互通解決了應用層的匹配，而OPC UA則解決不同系統之間的語義的互操作-包括應用行為與動態功能。
“OPC UA不是一種協議，而是一種信息模型。”OPC基金會中國區首席代表張譽說道，“OPC UA首先且最重要的是一種信息模型。當然，它還是一種用於連接客戶端和服務器的協議，但OPC UA的優勢在於地址空間，正是這一點使得OPC UA成為通用應用接口。”OPC UA提供了一個封裝信息模型的標準，讓信息在不同的平臺間實現暢通無阻的交換，讓平臺之間實現零成本零耗時的無縫對接。
為了解決工業現場數據通信標準不統一的問題，OPC基金會發起了OPC UA技術架構的開發與應用工作。OPC UA採用基於語義和麵向服務（SOA）的架構，它以統一的架構與模式，既可以實現設備底層的數據採集、設備互操作等的水平信息集成，即設備與設備之間的橫向通訊。而且，OPC UA還可以實現設備到SCADA，SCADA到MES、設備與雲端的垂直信息集成，也就是縱向的通訊。OPC UA最大的優勢就在於其獨立於平臺，並能確保來自多個廠商的設備之間信息的無縫傳輸。
現階段一些主流的自動化廠商和頂級的IT公司如華為、Microsoft、CISCO等都成為了OPC UA的支持者，以及協會組織如OMAC、Euromap、Automation ML、ISA、FDT/DTM、MTConnect、BacNet。全球主要的現場總線基金會如PI、EPSG、ETG、SERCOSIII均積極支持參與OPC UA的融合與開發工作。德國工業4.0組織和美國工業互聯網組織IIC更是將OPC UA列為了實現語義互操作的標準規範。
視點：標準是世界的通用語言
在數字化的推動下，未來工廠將具備互聯、有序並且能夠實現遠程自我優化等特性，前提是，機床、刀具、系統、測量甚至是夾具，都要提供必要的數據來支撐。因此，未來製造業只有一個關鍵詞，那就是”互聯“。任何機器，不論它來自德國、中國還是美國，不論在何種生產環境中，都需要實現與任意系統的相聯。
如何實現互聯互通？那就是統一通訊標準，但是統一標準很難，並且未來也不可能出現一家獨大的標準。作為世界各國戰略佈局的要點，工業通訊標準也是大國利益訴求和博弈的焦點。在全球化的今天，我國如果不加緊制定與完善機床行業相關通訊標準，必然會在發展上再次落後。
無論是機床行業的通訊協議標準還是面向工業領域的其他通訊標準，短期內都還是無法完成統一的，邁向完全整合還須一段時間。而機床行業通訊標準的建立，也絕不僅僅是一個國家、一個協會的事情。在這裡，gongkong小編呼籲更多的大企業“坐下來”，推進標準統一，加強開放合作。
本文參考：
面向智能製造的數控系統
作者：上海同濟大學中德學院樊留群，瀋陽機床（集團）設計研究院有限公司上海分公司黃雲鷹、朱志浩
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