2023年11月30日发(作者：)
机电工程技术
第
50
卷
第
01
期
MECHANICALTECHNOLOGY
&
ELECTRICALENGINEERING
Vol.50
No.01
DOI:
10.01.
3969issn.
/j.
1009-9492.
2021.
001
张宪民，
，,
薛栋栋
，，智能制造中基于
郑家和机电工程技术
等.
0UA1-7.
PC
202150
的多源异构数据传输与解析技术
[J]
.
(01)
：
智能制造中基于
OPC
UA
的多源异构数据传输与解析技术
*
张宪民
，
薛栋栋
，，
郑家和
李海
(华南理工大学广东省精密装备与制造技术重点实验室
，
广州
510641
)
摘要
：。
随着信息技术的快速发展，而智能制造的关键环节之一是实现各设备与各系统的互联互通
智能制造技术得到了业界的高度重视
，
OPCUA
作为一种用于工业通讯中的数据交互规范可用于实现对制造过稈中的多源异构数据的传输与解析
，
，
进而实现互联互通
。
以智能制造互联互通研
究领域的热点技术指出了需
OPCUAOPCUA
为出发点
，介绍了
的发展历史与技术特点在此基础上分析了
， ，
OPCUA
技术的研究进展与应用情况
要解决的技术问题，
最后对为
OPC
UA
技术进行了展望
。
OPC
UA
技术的应用和研究提供了参考
。
关键词
：；；
OPCUA
多源异构数据
智能制造
;
互联互通
中图分类号：文献标志码：
TP274
A
文章编号
：
10099492(2021)01
---
0001
07
开放科学(资源服务)标识码
(OSID)
：
嚴讓豎瓠
The
Transmission
and
Parse
TechnologyData
of
Multi-source
Heterogeneous
Based
on
OPC
UAin
Intelligent
Manufacturing
ZhangXue
XianminJiahe
，
Dongdong
，，
Zheng
Li
Hai
(
Guangdong
ProvincialChina
Key
Laboratory
of
Precision Technology,
Equipment
and
Manufacturing University
Southof
Technology,
Guangzhou
510641,
China
)
Abstract:
Withrapidtechnologytheindustry,
manufacturingby
thetheinformationthe
and
developmentintelligent
technology,
of valuedoneof
has
beenhighly
key tointeroperability specification
linksintelligent
of realize
manufacturing device
betweenAs industrial
is
thea
eacheachinteraction
andfor
system.
data
communications, transmissionheterogeneous multiple
from
OPCUA realizeanalysis data
canbethus
usedsources
to of
theprocess,
and
inmanufacturing
the
achievingfield
technical
interoperability.
of
Basedthe
on
thetechnologythe
history
hot
OPC
UAintelligentdevelopment
inmanufacturing
interconnection,
and
characteristicsapplicationof
of UAprogress
OPC
were basis,were
introduced.
On
this
thetechnologythe
researchand
technical
OPC
UAanalyzed,
and
problems
to of application of
bewereFinally,and
solved prospect UA
pointed for
out.
thetechnologypresented.providestheresearch
OPC
was
It
reference
a
OPC
UA
technology.
Key
words:
OPC
heterogeneous
UA;multi-sourcemanufacturing;
data;
intelligentinteroperability
0
引言
随着
“
工业
4.0
”
与
“
中国制造
2025
规划
”
的提
出
，
制造业开始向智能制造转型
［
1-2］
o
工业物联网是
深度学习
［
9
］
、
边缘计算
［
10］
等技术实现物理世界数字
化
、
制造数据信息化
、
制造过程智能化
，
最终实现
智能制造
。
第四次工业革命的表现形式
［
3
］
，
一个完整的工业物联
OPC
UA
（
Object
Linking
and
Embedding
for
Pro
网架构从下至上可以分为智能感知层
、
互联互通层
与智能决策层
3
个层级
［
4
］
。
工业现场存在各种不同的
设备
，
除了用于加工制造过程
，
还提供了丰富的数
cess
Control
Unified
Architecture
）
是用于实现工业物
联网互联互通的一种标准化的
、
完全开放的通讯协
议
，VDMA
已经被德国机械及制造商协会
（
）
指定为
据
；
但这些设备通信方式多样
，
语义信息不一
，
因
此产生的多源异构的数据无法得到利用
，
形成了
“5。
信息孤岛
”
［
］
互联互通层的作用正是提供统一语
工业
4.0
通信的推荐规范
［
11］
。
OPC
UA
为多元异构数据
的采集和传输提供了技术方案
。
对应
ISO/OSI
七层模
型
，
如图
1
所示
，
OPC
UA
为应用于应用层的通讯协
议
，
其余层次的通讯协议可以如图所示
。
本文以智能制造互联互通研究领域的热点技术
OPC，
UA
为出发点
，包
对
OPCUA
技术进行了介绍
义的通信方式
，
实现对多元异构数据的传输与解
析
，
打通数据链
，
从而实现制造资源向智能化转变
，
使制造过程中的多源异构数据得到有效利用
［
6-7
］
。
只
有实现了各设备与各系统的互联互通
，
使接口标准
括
OPC
UA
的发展历程及其技术特点
；
其次讲述了
OPC，介绍
UA
信息建模和
OPC
UA
应用的开发流程
化
，，
信息交互简便化
才能进一步地运用孪生车间冋
、
基金项目
：
国家重点研发计划项目
（
编号
：
2020YFB1713400
）
收稿日期
：-
2021
-
0104
-
1
-
2021年
0101
月卷第
机电工程技术
第
50
期
了现阶段
OPCUA
技术在各个领域中的应用情况
；
然
，
后分析了应用
OPC
UA
技术时存在的问题
；
最后展望
（
3
）
高性能通信
。
通过单一的端口进行通信
减少了配置的时间
，
通过通信栈进行数据的编码
、
了
OPCOPC
UA
UA
技术相关研究的进展
。技
本文为
加密和传输
，
通信速度较快
。
术的应用和研究提供了参考
。
图
1ISO/OSI
七层模型
1
OPC
UA
介绍
1.1
OPC
UA
技术发展历程
1995
年
，
OPC
（
Object
Linking
and
Embedding
for
Process基金会提出
Control
）
技术由
OPC
［
12
］
，
是微软
公司
OLE
技术在过程控制中的应用
，
提供了个
3
OPC
规范
：
数据访问
（报警和事件
DA
）
、
（
A&E
）
、
历史
数据访问
（
HDA
）
，但
广泛应用于自动化行业中
。
OPC
技术存在一系列的问题
，
如对
Windows
的依赖
性
、
安全性不足
、
各服务器相互独立等问题问
。
随
后
，
推出的
OPC
可扩展标记语言
-
数据访问
（
XML-DA
）
是平台无关的
OPC
规范
，
可用于网络通
信
，
但高资源消耗带来有限的性能提升
，
实时性较
差
，
且安全性方面的问题未能解决网
。
2006
年
，
又推
出了是
15］
OPC
UA）
（
Unified
Architecture
通信规范
［
，
对
OPC
的继承与升级
，
解决了
OPC
技术在跨平台
、
安全性
、OPC
建模能力方面的不足购
。
由于
UA
强大
的信息建模能力
，
OPCUA
技术得到了众多行业应用
的关注
，
出现了许多伴随行业标准
，
如
PLCopen
发布
了OPC
0
UA
相关的技术规范用于运动控制
［
17
］
1.2
OPC技术特点
UA
（
1
）
访问的统一性
。
OPCUA
将
OPC
技术中的
DA
、，
A&E
、
HDA
及各种命令集合在一起
形成地址
空间
，
客户端只需要一次访问
，
即可获得所有的信
心
自
、
［
18
］
o
（（
2
）
面向服务架构
SOA
）
o
应用程序通过标准
服务进行联系服务是中立的
，
，、
独立于硬件平台
操作系统和编程语言凹
。
因此
，
OPCUA
可以使用
C++
、
C#
、
java
等各种语言开发
，
并可以在
Win
dows
.20
Linux
、，
Unix
等平台进行开发
［
］另外
。
OPC
UA
标准定义了
10
类
37
种标准服务
，
如建立会话
、
浏览
、
调用方法等
。
（
4
）
安全性
。
OPCUA
使用标准安全模型保证安
全性
，
底层提供加密和安全通道
，
主要通过非对称
加密方式和
X.509
证书保证安全性
［
21
］
，
其身份认证机
制能有效地防御网络中的恶意攻击
［
22
］
，
保证安全可靠
的通信
。
（
5
）
。
可靠性与冗余性
采用冗余校验技术
，
具
备对错误的自动检查与纠正能力
。
（
6
）
C/S
与
Pub/Sub
实现机制
。
OPCUA
提供了两
种不同的实现机制
：
一种为主要基于TCP
的客户端
/
服务器模型
（
C/S
）
，
—
种为主要基于
UDP
的发布者
/
订阅者模型
（
Pub/Sub
）
。
不同的实现机制应用于不用
的场景
。
（
7
）
。
面向对象建模
OPCUA
具备强大的建模能
力
［
23
］
，，
采用面向对象思想进行信息建模
在元模型的
基础上可以建立灵活的信息模型
。
对于制造过程中的多源异构数据
，
使用具有众
多优越性的
OPCUA
技术进行传输和解析
，
可以使多
元异构数据得到利用
，
有利于设备及系统实现互联
互通
。
2
OPC
UA
应用和研究
2.1
信息建模
信息建模是工业
4.0
中的一个关键因素
，
代表数
据的意义与对数据的描述
，
实现互联互通的关键即
为建立标准化的信息模型
［
24
］
o
在建立信息模型方面有
多种体系
，、
如
OPCUA
、
UML
CIM-OSA
［
25
］
等
。
王民
等
［，
26
］
对几种信息建模方式进行了对比
可以发现基于
OPC
UA
的信息建模具有明显的优势
。
在
OPCOPC
UAUA
技术中
，
信息模型包含在
服
务器的地址空间中
，，有
完全互联并以图拓扑呈现
利用实现访问的统一性
。
在地址空间中
，
节点为基
本单位
，
而节点是由属性和引用两部分组成
，
属性
用于描述特定节点
，
引用代表两个节点之间的关
联
，
通过引用形成了地址空间的层次结构
。
在
OPC
UA
的地址空间中
，
总共有
8
种类型的节点
，
分别为
数据类型节点
、、
变量节点
变量类型节点
、
对象节
点
、
对象类型节点
、、
方法节点视图节点
、
参考类
型节点
，
各种类型节点的语义及关系如图
2
所示
。
OPC
UA
标准元模型预定义了很多标准的数据类型
、
变量类型
、
对象类型与参考类型
，
如表示属性的变
量类型
PropertyType
、
表示基本事件类型的对象类型
-
2
-
张宪民
，等的多源异构数据传输与解析技术
：
智能制造中基于
OPC
UA
数据类型DataType)
(：
|
|。
数据
类型的
描述
变I
It|
(Variable):
(Object)
对象
：
|(Method)
方法
:
||
表示控制方法
，
可|
參考类型
(ReferenceType)
:
|自定义新的参考类型
。
|描述不同节点之间的关系
。
可||
1
1.
简单数据类型
float
I
double
包含值|方法节
、
数据类型、
I
包含变量节点
、
浏览名
、展示名、
、
读
点
其他对象节点
。
I
以远程调用
。
I
Organzies
M
HasSubType
II
I
可以描述现
场某具
体设备
表示对某特定信息的
I
I
或者特定结构化信息
。
描述。
。
丨对象类型的实例化
I
写权限等属性
O
:
视图
(View)
I，
组织地址空间
提
|HasProperty
|HasModellii
igRule]
内置数据类型
I
供入口
。
,ocalizedTex1
I
i
冋亟硕
|
4
.结构化数据类型
变量类型
(VariableType)
:
|
对象类型
(ObjectType)
:
I
对象的抽象化相当于类包含建模规则
，
。
。
|：
璽璽埋詐型
PropertyType
|
I
2
.自定义对象类型
：
1
|r
-------------------
FoldcrTypeHFi
leTypel
I
H
Arrow
］|il
［
5.
，
E
义数据类型
：
IM
a
eS
cta
hi
n
t sH
u
on
DataltemType
l|SMTShape
:
AnalogemType
It
[BaseEvent
Typel
ConditionType
Rect
lb
图
2
OPC
UA
地址空间中
8
种类型节点
BaseEventType
、
表示组织层次结构的参考类型
Orga-
nizes
等
。
另外
，
OPCUA
还提供了对元模型进行扩展
型可以参考我国于
2019
年发布的
《
数字化车间机床制
造信息模型
》
(
GB/T
37928-2019
)
相关标准
［
29
］
。
如果
的自由度
，，
客户端可以可以自动识别自定义类型的
则需要对实际的设备或系
语义
，
如自定义枚举数据类型
MachineStatus
表示系
没有行业伴随模型参考
统进行抽象
，
建立标准化的信息模型
，
实现从物理
统状态
、
自定义对象类型
SCARAType
表示对
SCARA
设备的抽象等
，
通过这些操作可以丰富语义
，
更加
空间到虚拟空间的映射
。
信息模型可以输出为
XML
文件以便重复使用
。
灵活地建立信息模型
。
OPC
UAUA
信息建模是面向对象
，
进行建模的
，
对象类型节点与对象节点相当于类与
类的实例化
，
部分参考类型也可以以面向对象的思
然后
选择使用的
OPC
开发库
。
当开发
OPC
UA
服务器或客户端时
，
一般不会从标准读起
，
从零
开始进行自主研发
，
而是会使用开源库或者商业库
进行开发
。
常用的
OPCUA
开源库有Has-
open62541
库
，
想理解
，
如
HasSubType
参考类型相当于继承
，
Component
相当于类中的变量与方法等
。
此外
，
事件
商业库有
Unified
Automation
A
Prosys
等公司提供的
OPC］
UA
UA
SDK
［
28
O
一些工业软件也实现了
OPC
功
是处理信息鸿沟的重要方法之一旳
，
事件提供了相比
一般数据更多的信息
，
代表特定事件发生
，
可用于设
能
，OPCUA
可以直接创建服务器和客户端
，Lab-
如
view
［］
30 。
、
Kepware
冋
。
选择一个合适的开发方式能大大
地节省工作量
，、
可以根据开发语言
操作系统
、
所
需要的功能
、
性能等各方面的因素选择合适的
OPC
UA
开发包
。
置通知和报警
最后
，
OPC
基金会定义了各种节点
类型及参考类型的图形化表示方法
［
28
］可以使用代表
，
特定语义的图形画出人类易读信息模型图
。
基于
OPC
UA
的信息建模对多源异构数据的融合
与解析具有非常重要的意义
。
因此
，
在制造工厂对
各种设备与系统建立合理且完整的信息模型
，使同 。
最后
，
在设备或系统中开发
OPC
UA
服务器实现
信息模型的实例化
通过节点映射关系
、
数据采集
一种类型的设备与系统对外呈现标准的接口
，
实现
策略
、
数据缓存策略实现对多源异构数据源的绑
语义的统一，
是实现智能制造互联互通的首要工作
。
，访
定
，、
并绑定方法
设置事件与报警
历史访问
、
2.2
应用开发
问安全
［32
等功能
，
运行
OPCUA
服务器
。
对于缺乏软
件接口而又需要获取的数据
，
可以通过增加传感器
首先
，
对目标将应用
OPC
UA
功能的设备或系统
进行分析
。
观察设备或系统的使用场景
，
看其是应
用于设备级
、
车间级或企业级
，
分析其组成元素和
以采集数据
。
对于工业现场众多的标准协议及私有
协议
，
进行协议转换
，，使
转换为
OPC
UA
通讯协议
包含的异构数据
，
确定需要实现的功能
。
其次
，
建立设备或系统的信息模型
。
查看是否
存在适用的行业伴随模型
，
如建立车间机床信息模
对外呈现统一的接口如图
3
所示
。
搭建完
OPCUA
服
务器后
，
在需要使用数据的位置建立
OPCUA
客户
端
，
通过
OPC
UA
的编码格式进行数据的传输
。
-
3
-
2021年
0101
月卷第
机电工程技术
第
50
期
Modbus
现场总线
GenICam
相机通用
接口标准
£■23
：
寸行协-
议
」
其他标准
通信协议
图
3
协议转换
2.3
应用案例
OPC
UA
作为具有巨大优越性的通讯协议
，
已经
得到了广泛的应用
。月开
德国倍福公司于5
2010
年
发了支持
OPCUA
的海上风力发电机
，
是
OPCUA
在
工控领域的第一次成功应用
［，
33
］
西门子
，
艾默生等公
司的产品也开始支持
OPC
UA
通讯
［
28o
］
在我国
，
2017
年
9
月
GB/T
33863.1
〜
.8-2017
《
OPC
统一架构
》
前
8
个部分发布
，
OPCUA
技术在我
国也得到越来越广泛的应用
，
包括针织领域
［
34
］
、
发酵
行业
［38
35
］
、、、
船舶集成平台昭
盾构机叭煤矿监控］
［
地铁监控
［
39
］
等各种领域
。
在制造车间的应用与研究是
最多的
，
包括染整车间
［］
40
、
印刷车间跑
、
模具装备制
造车间
［
42
］
等
。
制造车间中最重要的两个部分即为机床
与机器人，［
在机床方面
，
对西门子数控机床
43-44
］
、
国
产数控机床
［46
45
］
、
塑性成形机床
［［
］
，
轧辊磨床
47
］
等有对
OPC
UA
接口的应用与开发研究
；
机器人方面
，
有应
用
OPC
UA
技术在工业机器人操作系统
ROS
上开发机
器人监控系统的研究
［
48
］
，
也有针对特定类型的机器人
如
SCARA］
［
4950
］
及特定公司的机器人如
FANUC
机器人
［
上监控系统的研究
。
3
存在的问题
OPC
UA
已经得到充足的应用
，
但当前仍存在一
些问题需要解决
，
主要包括以下几个方面
。
（。
1设备与系统的升级
）实
使用技术
OPCUA
，
现设备与系统的互联互通能带来巨大的优势
，
但各
种制造工厂已经存在大量设备与产线
，
新的数字化
车间
、
智能设备在制造业中所占的比例较小
。
现有
的设备不可能完全舍弃
，
只能在维护现有设备与系
统的同时进行逐步的改造与升级
。
然而
，
现实中的
设备的寿命周期较长
，
如美国生产线的平均寿命程
度为
22
年叫
而不同行业的设备的寿命也不尽相同
［
52
］
o
因此
，，
对所有的设备与系统进行升级换代
使得制
造工厂中的所有设备与系统均支持
OPC
UA
通讯协议
是一项任重而道远的工作
。
（
2
）
标准化信息模型的建立
。
只有建立了各行
各业中标准化的信息模型
，
实现语义的统一
，
才能
实现真正的即插即用
。
但目前大部分自动化行业尚
未建立标准化的
OPC
UA
信息模型供设备制造商参考
与使用
，
不同的设备制造商对相同的设备使用不同
的信息模型显然与建立信息模型的初衷相悖
。
（
3
）
OPC
实时性问题
。
目前
UA
相关应用的实现
机制基本采用了客户端（
/
服务器
C/S
）
架构
。
该架构
在传输层的基本通讯协议主要为
TCP
通讯协议
，
因
此
，
具备序列号
、、
确认应答机制
超时重传等保证
可靠性的机制
，
同时这些机制也导致了无法保证实
时性
。
另外
，
制造现场所需要传输与解析的多源异
构数据成倍增加
，
OPCUA
服务器中的节点数量在不
断增多
，
当多个
OPCUAOPCUA
客户端同时连接
服
务器传输大量数据时
，
资源开销巨大
，
对网络带宽
的要求增高
，
实时性愈加无法保证
。
（
4
）
跨网络问题
。
现今
，
自动化金字塔的工业
物联网架构已经不能满足现代智能制造的需求
，
设
备及系统不仅需要纵向的上位机与下位机间的通
信
，
还需要设备与设备
、
系统与系统之间的数据交
互
，
即横向的通信
；，
另外
云计算
、
孪生车间等技
术需要云平台直接连接现场设备
，
即跨层级的任意
的联通
。
当前大部分的研究应用都是基于同一个网
络下的互联
，
而不同的设备或系统可能位于不同网
络
，
应用
OPC
UA
技术实现跨局域网的安全可靠且实
时性较高的互联互通仍是需要解决的问题
。
（
5
）
。
嵌入式系统中的
OPCUA
生活中嵌入式系
统无处不在
，
家用电器如咖啡机及生活用品如智能
手表均为嵌入式系统
，
在工业制造中常用的传感器
也为嵌入式系统
。
嵌入式平台可以认为是用于实现
某特定系统的控制与调节的计算平台
，
且大部分嵌
入式系统计算能力相对较弱
［
53
］，
o
当前制造车间中
控
制器与嵌入式系统之间需要更加频繁的通信
，
系统
可能需要与云平台直接通信
，
系统需要开放更多的
功能
，
而新的技术如物联网
、
边缘计算的出现为嵌
入式系统的多边通信提供了可能性
［
54-55
］
，
但仍需要解
决最重要的通信问题
。
OPCUA
即为解决嵌入式系统
通信问题的合适的技术
，
但当嵌入式平台的代码容
量很小时
，OPC［
UA
技术的开发应用就变得很困难
56
］
o
在国外
，
小型设备及传感器的嵌入式系统上开发
OPC
UA
服务已经有了大量的研究
［
57
］
，
Automa-
Unified
-
4
-
张宪民等智能制造中基于
，：
OPC
UA
的多源异构数据传输与解析技术
tion
公司已经提供了针对小型设备的
OPC
UA
软件解
决方案
［
28
］
，，
而国内相关的研究极少
。
4
OPC
UA
研究展望
4.1
发布者
/
订阅者架构
为了解决传统的
C/S
实现机制因为实时性
、
资源
受限而导致的
OPC
UA
通讯效率收到制约的问题
［
58
］
，
OPC
基金会于
2018
年发布了发布者
/
订阅者
(
Pub/
Sub
)
规范
［
59
］
。
C/S
架构与
Pub/Sub
架构的对比如图
4
所示
，
可以发现相比
C/S
架构点对点的通讯方式
，
Pub/Sub
采用组播式通讯
，
信息的传递通过消息中间
件
(
MOM
)
完成
［
60
］
，
发布者按照一定规则发布数
据
，
订阅者接收数据
。
发布者与订阅者之间互为透
明
，
可以动态地改变发布者和订阅者的数量
。
另
外
，
发布者发布消息时
，
即使订阅者断开连接也能
完成消息发布
，
从而实现了发布者与订阅者之间的
解耦
。
C/S
架构
!
Pub/Sub
架构
图
4
C/S
架构与架构
Pub/Sub
为了使信息在来自不同厂商的发布者和订阅者
之间的自由传递
，
在
MOM
模型的基础上开发了多种
协议
，
其中使用最为广泛的方案是高级消息队列协
议
(
AMQP
)
和消息队列遥测传输
(
MQTT)o
其中
，
AMQP
提供了更多安全方面的功能
［
61-62，
］
MQTT
则需
要消耗的资源更少
，［
适用于硬件资源受限的情况
63-64
］
。
Pub/Sub
的
OPC
UA
实现机制可用于制造车间中
实现横向的互联互通
，
同一产线中不同设备间的互
相通信对工序协同
、
故障避免等具有重要意义
。
另
外
，
Pub/Sub
结合
AMQP
与
MQTT
技术
，
为设备上云
提供了支持
。
作为
OPC
UA未来
较新内容
，
Pub/Sub
将会得到更多的研究与更广泛的应用
。
4.2
时间敏感网络
OPC
UA
无法保证数据传输时的实时性
，限制了
OPC
UA
的使用场合
，
由此
，
时间敏感网络
(
TSN
)
-
5
-
结合
OPCUA
应运而生阿
。
TSN
是对以太网标准的扩
展
，
工作在
ISO/OSI
七层模型中的数据链路层
提供
了
3
个核心功能
：
时间同步
、
流量调度以及系统配
置
［
66
］
。设
OPC
UA
与
TSN
结合可以显著提升实时性
，
备或系统响应更加迅速
；
对底层的大量数据
，
TSN
能
有效减轻传输时的网络负担
。目前
，
针对
OPC
UA
与
TSN
相结合的研究与应用已经得到了一定的进展
，
各
芯片制造商与设备制造商纷纷提出
TSN
解决方案
［，
67
］
Julius
P
等
［
68
］
提出
了一种基于
open62541
的
OPC
UA
Pub/Sub
结合
TSN
的方法
，
多家国际组织和知名厂商
联合发布了
OPC［
UATSN
。
智能制造测试床
69
］与
TSN
OPC
UA
组合应用具有很好的应用前景
。
4.3
其他方面研究展望
针对上文中提到的当前
OPC
UA
应用时存在的问
题
，
未来将会不断地有相关的研究
，
如不断地建立
应用于各行各业中的基于
OPC
UA
的信息模型
、
在各
种嵌入式系统加入当前
OPC
UA
通讯功能等
。
其次
，
工业现场已经存在大量的通讯协议
，
协议转换中间
件的开发具有一定的必要性
，
如
ModbusTCP
协议的
OPC
UA
中间件
［
70
］
。
数据的安全问题是工业物联网的
巨大隐患
，
对
OPC
UA
安全机制的进一步研究
，
如应
用于移动终端的身份认证方法皿
、
更加优越的加密方
法
［
72
］
等具有很强的研究价值
。
最后
，
如今各种新的技
术不断出现
，、
云架构
［［
7374
］
5G
与
OPCUA
技术相结合
进行应用也应该得到关注
。
5
结束语
随着信息时代的到来
，
人们对信息共享的需求
越来越高
，
也促使着制造工厂向智能制造的方向发
展
。
OPCUA
技术作为实现智能制造中互联互通的一
个关键技术
，，
对制造现场的多源异构数据
其不仅
能够实现高效的传输
，
还能通过信息建模实现数据
语义的统一
，
进而实现多源异构数据的解析
。
通过
OPC
UA
技术
，
来自不同厂家的设备可以通过标准的
技术入口直接相互联通
，
实现即插即用
。
OPCUA
是
一种面向未来的工业通信技术
，
面对当前制造业转
型的机遇与挑战
，
应该对
OPCUA
技术予以高度重
视
，
关注其应用与发展
。
参考文献
：
［
1
］Industry4.0
Mahtoand
M,Cotteleer
M
J.
manufacturing
ecosys
tems
exploring
the
world［］
of
connected.
enterprises
M
Deloitte
University
Press,2016.
［2025J
2
］
周济
.
智能制造是
“
中国制造主攻方向
”企业观察
［
］
.
家
,2019(11):54-55.
202150
年01第
月
机电工程技术
卷第
01
期
国吕书玉戴新发
，
马中
，
，
等
.
云控制系统研究现状综述
[J/OL].
计
算机应用研
究
：
1-8[2020-12-30].
/10.19734/j
.
[20]VD
Tan
V,YooWebser
A
S,Yi
Mtowards
J.
framework
OPC
vice
for
processand
monitoring
control[C]//Proceedings
of
IEEE
Conference
onProcessingWeb
Advanced
Language
and
issn.1001-3695.2020.06.0158.
[4]
(2018.
国家智能制造标准体系建设指南年版
)[J]
机械工业标
准化与质量
,2018(12):7-14.
Information,China:IEEE,2008.
Technology
[21]
Zhou
Xinbin,Tong.
in
Peng
Application
of
multi-sensor
fuzzy
[5]formationalgorithm
fusionindustrial
中国电子技术标准化研究院
.
工业物联网互联互通白皮书
[R/OL].(2018-09-17)
[2020-12-21].
/images
/editor/20180917/.
sys-
in
safety
monitoring
tem[J].
Safety
122(11):356-375.
Science,
2020,
[22]
communication
Kim
W,Sung
M.
OPC
UA
framework
for
PLC-based
industrial
IoT
application:Posterartificialintelligence
Abstract[C]//The B,Houal.
Second
intelligent
internationalFrontiers
,2017.of
[6]
LiW,etApplications
B,Yu
of
in
manufacturing®
review
卩].
Information
Technology
&
automated
Electronictheengineering
UA
Engineering,2017,
18(1).OPC
[7]and
Hyoungal. systems[C]//2008
SIEEE
K,Ju
YSmart
L,SangSu
C,etof
manufacturing:Past
research,presentfutureEmergingand
findings,and Technologies
directions[J].
Internationalon
Journal
ofry
Precision
Engineering
and
Manufacturing-Green
Technology,2016,3(1).
[8]
柳林燕
，
杜宏祥汪惠芬
,.
，
等
车间生产过程数字孪生系统构建
及应用
[J].,
计算机集成制造系统
2019,25(06):1536-1545.
[9]
卢志远马鹏飞
，
,
肖江林
，
等
.
基于机床信息的加工过程刀具磨
损状态在线监测
[J].
中国机械工程
,2019,30(02):220-225.
[10]of
X,Qinmobilethe
Lisurvey
Z,Zhou
A
Y.
edge
computing
in
industrial
internet[C]//2019Conference
7th
International
on
In
formation1040-1046.
Communication
andNetworks
(ICICN).Macao:IEEE,
2019.
[11]Adolphs
al.
P,Bedenbender
H,Dirzus
D,et
Status/inh2010/
report-refer
encemodel
architecture[28]
industrieMiriam4.0
4.0(RAMI4.0)S.OPC[M].
[C]//VDI-Ver-
ein
DeutscherZVEI-German
Ingenieureand
eV
Electrical
Manufacturers
,2017.
[12]
郭井宽
，
杨家荣
.
应用于过程控制的对象连接与嵌入技术在
工业互联网中的应用
[J].
上海电气技术
,2020,13(3):68-71.
[13]
赵宴辉
，
聂亚杰李海平
，
王永丽
,
.OPC
UA
技术综述
[J].
舰船防
化
,2010(2):33-37.
[14]
张军应用
,.Kepware
邹益仁 崔晓明
.OPC[D].:
XML-DA
网关的设计与实现实现监控系统的数据访问
[J]
.[31]
计算机应
用研究
,2005,8(7):253-256
[15][32]of
C
MahnkeN.
W,Leitner Kunidirectional
Design
SJung
H,Damm[M].
M.K,Young
OPC
统一架构
北京
:J
机
械工业出版社
,2011.
[16]M,Hensel
GraubeUAand
S,Iatrou
C.Conver-
InformationOPC
models
in
and
theirIEEE
advantages 2017.
andon
disadvantages[C]//IEEE
Internation
al[33]
Conference .
onTechnologies
Emerging
and
Factory
Automa
tion
IEEE,2018.
[17]for
model
OPC
UA
information
IEC
61131-3[EB/OL].
[2020-12-31].
/system/files/downloads/art_.
plcopen_opcua_information_model_for_iec_61131
-3_version_
.
[18]OPCarchitecture
internals[C]//Proceedings
Neitzel
L.
unified
of AnnualCon
ISA
Conference
on
4th
Emerging
Technologies
ference.
Houston,USA,2004.
[19]smart[36]
on
Iman
.
A,Jens
B,Benjamin
M,et,
al.，[J].
SOA
manufacturing
utilitiesidentification,data
for
access
and
control[J].
Procedia
CIRP,2018,67.
[23]
Schleipen
M.
supporting
production
monitoringcontrol
International
Conference
Facto
g,2008.
[24]
王立平邵珠峰等
，
张兆坤
,
，
.
机床制造加工数字化车间信息
模型及其应用研究
[J].
机械工程学报
,2019,55(9):154-165.
[25]
integrated
BeckmanCIM-OSA:
D.
computer
manufactur
ing-open
system
architecture[J].
International
Journalof
Com
puter
Integrated
Manufacturing,1989,
2(2):94-105.
[26]
王民
，
曹鹏军
,
宋铠钰
，
等
.UA
基于
OPC
的数控机床制造数字
化车间信息交互模型
[J].
北京工业大学学报
,2018,
44(7):
[27]Thepower
Luckham
D.events[EB/OL].
of
[2020-12-20].
.
工业
开放平台通信统一架构
UA
实践
北京
;
机械工业出版社
,
2019.
[29]
全国金属切削机床标准化技术委员会
.GB/T
37928-2019
数
字化车间机床制造信息模型
[S].
北京中国标准出版社
:
,
2019.
[30].
邱云北京
基于
OPC
UA
技术的智慧农业的研究与应用
[D].:
中国科学技术大学
,2017.
哈尔滨
哈尔滨理工大学
,2012.
ByoungH,
security
getway
system
UA
forof
secureOPC
monitoring
data[C]//Information
Communication
Technology
gence(ICTC),2017Conference
International
中华人民共和国工业和信息化部
智能制造基础核心国标
《
OPC
统一架构
》发布国际授权实验室落户我国
[EB/OL].
[2020.12.20].
/xwdt/gxdt/sjdt/art/2020/
[34]
汪松松彭来湖
，，
戴宁
，
等
.
基于工业互联网的针织机械互联
互通结构研究纺织学报
[J]
.
,
2020,41(1):165-173.
[35]
戴京京史仲平
，
吕奎
，
.BioJN
发酵技术服务系统
PC
端的设计
、
开发及应用
[J/OL].1-11
食品与发酵工业
:
[2020
-
12-27].
/10.13995/.11-1802
/ts.024716.
庞宇
赵凡琪吴骏
智能船舶集成平台的研究与设计
船
舶
,2019,30(5):105-115.
[37]
黄惠群
,
刘晓龙
，
马杰
.
基于
OPC
统一架构技术的盾构实时监
・
6
•
张宪民
，OPC
等的多源异构数据传输与解析技术
：
智能制造中基于
UA
测系统城市轨道交通研究
[J]
.,
2019,22(4):94-97.
[38] :
江城
.
OPC
UA[D]
信息模型及其应用太原
.
太原科技大学
,
2014.
[39] .
陈兵
基于
OPC
UA
的地铁综合监控系统关键模块的研究与
实现
[D].:
西安西安电子科技大学
,2017.
[40]
李锋张坤
，
，
原丽娜
.
基于
OPC
UA
的纺织智能染整车间信息
模型研究与实现
[J].
纺织学报
,2020,41(2):149-154.
[41]
代亚男
.
基于
OPC
UA
的智能工厂数据中心关键技术研究与
应用西安
[D].
:
西安理工大学
,201
8.
[42]
夏琴香等
，
张少波程秀全
,
，
.
面向模具装备制造业数字化车
间互联互通技术的研究现状
[J].
模具工业
,2020,46(12):
17-21.
[43]
谢春秋
.UA
基于
OPC
的数控机床远程监控系统研究
[D].
兰
州
:
兰州理工大学
,2017.
[44] 828D
张弛
.
基于
OPC
UA
的
数控机床群远程监控系统设计
[D].2013.
兰州
：
兰州理工大学
,201
8.
[45]
秦仁凯
..
基于夏玲月杨宏庆
OPCIOT
,
UAnetIC
规范的数控系统数据统一接口的研究
[D]:
.
武汉华中科技大学
,2017.
[46] .
孙勇基于
，
黄达力王麟琨的典型塑性成形机床
,
，
等
OPC
UA
设备模型的研究与应用
[J].,
锻压技术
2020,45
(6)
:122-129.
[47]
丁国龙
，
邱兆祥基于
,
汤明俊
，
等
.
OPC
UAPC
的轧辊磨床端
数控软件开发
[J].
机床与液压
,2020,48(14):78-82.
[48] [EB/OL].
宋庭新
，
李轲
.
基于
OPC
UA/tsn/
的智能制造车间数据通信技术
及应用
[J]
.
中国机械工程
,2020,31(14):1693-1699.
[49]
徐建明董建伟
，，
俞俊铭等基于云平台的机器人监控系统
,
.
设计
[J].
高技术通讯
,2020,30(9):938-948.
[50] .
沈南燕
，
凤泽元李静
，
，
等
基于
OPC
UA
架构的工业机器人数
据采集系统
[J].,2020,33(
工业控制计算机
2):9-10.
[51] Factory
BureauEconomic
UnitedEmerging
States
ofSurvey,Current-cost
aver
age
ageTSN+OPC
atfixed[J].
yearby
endindustrial[EB/
ofprivate[69]
assets
OL].
[2020-12-20].gov/iTable/
www.
bea.iTableHtml.
cfm?reqid=10&step=3&isuri=1，
&
1003=142.
[52]/
OL]
IDG
EnterpriseComputing
Cloud,2019,38(1):
Survey,
2016
[EB
.
[2020-12-20].
/document/329518100/
IDG-Enterprise-2016-Cloud-Computing-Survey.
[53]
edsystemsand
Wilson
G
computer
architecture[M].
2001.
[54]Theinternetof
S,KarnouskosC.
HallerS,Schroth
things
in
an
enterprise
context[J].IgakukaiZasshi,
Nihon
Kyukyu
2008,20，
:871-881.
(11)
[55]
JanV,Mulligan
H,TsiatsisC,et
al.
From
machine-to-machine
to internetaintelli-
the
ofIntroduction
things:
to
new
age
of
gence[M].
Academic
2014.
Press,
[56]
J,Jasperneitethe
Imtiaz
J.
Scalability
of
OPC-UA
down
to
chip
level
enables
"Internet
of
Things"[C]//IEEE
International
Conference
on
Industrial
Informatics.
IEEE,
2013.
[57]ofsmart
LeeS,KimC,Leeus
J.sensor
Development
a
system
ingUA[P].
OPC
Advances
in
Mobile
Computing
&
Multimedia,
2017.
・
7
・
[58],.
刘洋发布
，
刘明哲徐皑冬
，
等
基于消息代理的
OPC
UA
/
订阅
模式研究与实现
[J].
高技术通讯
,2018,28(6)
:553-559.
[59],
杨军平孙志敏
，
赵巧玲
.OPCUA
技术在工业物联网中的应
用及趋势
[J]
.
新技术新工艺
,2020(11):1-5.
[60]Unified
Architecturefounda-
OPCPartOPC
14
:
PubSub[S].
tion.2018.
[61]Advanced
Standard
OASISQueuing
Message
Protocol
AMQP
Version
1.0[S].
OASIS,2012.
[62]Acomparative
P,Perez
LuzuriagaM,et
evalua
Jal.
E,Boronat
tionandand
ofAMQP
MQTTunstable
protocols
over
mobile
networks[C]//ConsumerCommunications
and
Networking
Con-
ference(CCNC),2015
,
2015.
[63]KimH,DCorrelation
LeeS,Hong
K,etanalysis
al.
ofMQTT
loss
andlevel[C]//The
delay
accordingInternational
to
QoS
Conference(ICOIN).IEEE,
Information
on
Networking
2013
[64]
，
邓梧鹏
德国赫优讯
设备级物联
网嵌入式产品的研究与应用
[J].
国內外机电一体化技术
,
2019,22(5):46-52.
[65]BrucknerOPC
D,Stanica introduction
M
P,Blair
R,et
al.
Anto
UA
TSN
for
industrialcommunication
systems[J].
Proceedings
of
the
2019(99):1-11.
IEEE,
[66]
IEEETSN
标准官方网站
iec-ieee-60802/.
[67]
[J].
熊伟
.OPC
UA
over
TSN
技术路线及分析
工业控制计算
机
,2020,33(2):22-25.
[68]P,Open
Source
JuliusOPC
AndreasE,
Siddharth
R,
et
al.
UA
PubSub
overfor
TSN
RealtimeCommunication[C]//
Industrial
Technologies
in
Automation(ETFA),2018.
边缘计算产业联盟发布
UA
智能制造测试床
自动化博览
,
2018(5):3.
[70]，
石春竹
柴处处
兰培霖一种支持
,
等
.
ModbusTCP
协议的
OPC
UA
服务器中间件
[J].
信息技术与网络安全
54-57.
[71]R-ECC
杨东升高珊珊
，
,
尹震宇
，
等
.
面向智能产线的
身份认
证方法
[J].
计算机系统应用
,2020,29(9):260-265.
[72]:
张雪
.OPC
UA
加密安全研究与加密客户端开发重庆
[D]
.
重
庆邮电大学
,2020.
[73]
王亚辉
，
郑联语
樊伟云架构下基于标准语义模型和复杂事
.
件处理的制造车间数据采集与融合
[J]
.
计算机集成制造系
统
,2019,25(12):3103-3115.
[74]
夏文霞庞伶俐
，
,
李冬冬
，
等
.OPC
UA
与
5G
融合在工业测试床
的应用
[J].
制造业自动化
,2020,42(7):74-78.
第一作者简介男，
：，，
张宪民博士
(
1964-
)
，
教授博士研
究生导师
，机器人机
研究领域为精密装备与现代控制技术
、
构学
、
机器视觉等
。
(编辑
：
王智圣)
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