从umati 看德国人如何玩OPCUA的

Posted 2023-02-21 姚家湾

       到目前为止，机器的联网标准缺乏统一的协议和语义标准。比较知名的要数每个的MTConnect。fanuc机床的focas协议。未来的发展方向是OPCUA协议。但是实现这个目标并非一日之功。德国的umati 社区也许给我们一些启发。

     为了推进机床行业的数字化进程，VDW（德国机床制造商协会）和VDMA（德国机械与设备工程协会）开发了umati 社区，它包括了一部分开源代码和一个社区，吸引机械设备厂商，软件厂商的加入，umati的愿景是实现机械设备基于OPCUA 的连接性。他们认为连接性是 21 世纪所有机械设备的关键。umati使机器和软件之间的连接变得简单、安全和无缝，帮助客户利用数据的附加值。uamti 称为“通用机器技术接口”。它是建立在OPC UA 配套规范的基础上实现的一个OPC UA 技术接口，包括了机床，木工设备，通用测量，激光系统，金属成型，挤出设备，注塑，平板玻璃，称重等等。

uamti 又被称为一个社区，它定义为：

mati（通用机器技术接口）是机械制造行业及其客户的社区，旨在推广和采用基于OPC UA的开放式标准化接口。umati 促进机器、组件和装置之间的数据交换，并轻松、无缝、安全地将它们集成到客户和用户特定的 IT 生态系统中。一项在全球范围内开发未来生产新潜力的倡议。有许多的机床制造商，软件开发商和自动控制生产商加入了这个社区。事实上，他们也来到了中国，德国机床制造商协会（VDW）与中国机床工具工业协会（CMTBA）合作，探讨中国的机床联网协议NC-LInk 与umati 相互融合的可能。

  umati 的应用架构

         由此可建，umati 软件就像是在机械外面添加了一个壳，瞬间转变成为一个OPC UA 的服务器。与外部世界连接了。

umati 相关技术

  umati 在github 上公开了某些源码：

1. Sample-Server

   使用C++ 实现的OPCUA 服务器，并且支持多种OPCUA 配套规范。从源代码看，它是基于open62541开源项目开发的。

1. Sample-Server-node-opcua

   基于node-opcua 开发的的opcua 服务器。并且支持多种OPCUA 配套规范。

1. Dashboard-OPCUA-Client
2. TransformationEngineAPI 的规范

      umati 的服务器与上位机连接的协议为OPCUA （北向协议），而与设备的连接是一些专用的协议（南向协议）。它们通过TransformationEngineAPI  来实现与服务器软件的连接。在umati 目前开源的内容中只有一个API规范，没有具体的代码

        为了了解umati，我在Ubuntu 上编译了Sample=Server ，并且运行。也将Sample-Server装入了docker 的容器中。使用uaExpert 能够访问它们。

        Sample-Server 通过TransformationEngine与物理设备连接。与物理设备连接的协议是需要定制的协议，十分可惜的是，在Sample-Server 中好像没有提供与机器连接开源例子，只是提供了一个仿真（simulation）大概需要额外的开发。

从umati 学到什么？

        我们从umati 社区可以隐约地看出，德国人是如何将OPC UA 协议深化应用的方法。他们集中地开发了OPC UA 的服务器，并且加快了OPCUA 配套规范的制定和应用，通过umati 定义了统一的语义规范。通过社区联盟的方式，各家机械设备厂商开发了机器接口（南向接口） 。降低了机器联网的开发门槛。umati 服务器可以在任何一个边缘设备上运行。例如倍福的7015 紧凑型工业PC 7015

 当然也可以在Arm 的控制器上运行。

        由此可见，德国人在采纳新技术的时是比较务实的，采取了逐步演进的方式。在现有的设备外部添加一个LinuxBox 并不增加多少成本。却解决了工业4.0 80% 的工作量。而且，新技术只有在使用中才能更加深刻地理解它们的价值和应用。促进我们更加理解技术的未来发展方向。

目前umati 提供的技术文档有限。在此基础上二次开发有难度。