早在 2015年 4 月，工業(yè) 4.0 參考架構(gòu)模型（RAMI 4.0）在通信層實(shí)施方面僅推薦使用符合 IEC 62541 標(biāo)準(zhǔn)的 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）。2016 年 11 月，工業(yè) 4.0 組織就發(fā)布了“基本實(shí)現(xiàn)”、“準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)”或“完全實(shí)現(xiàn)” 不同級(jí)別的產(chǎn)品分類(lèi)和推廣列表。為適應(yīng)“工業(yè) 4.0 通信”標(biāo)準(zhǔn)，即使是最低類(lèi)別產(chǎn)品也必須能夠通過(guò) TCP/UDP 或 IP 在網(wǎng)絡(luò)上尋址，并至少要集成 OPC UA 信息模型。因此，任何被宣傳為“適用于工業(yè) 4.0”的產(chǎn)品都必須具有 OPC UA 功能（集成或通過(guò)網(wǎng)關(guān)）。同時(shí)，產(chǎn)品列表也強(qiáng)調(diào)了 OPC UA 的信息建模屬性。
OPC UA 不僅僅是通信協(xié)議 — 它包含更多
很多中小企業(yè)并不重視信息建模，因?yàn)檫@些中小企業(yè)總喜歡拿 OPC UA 和其它協(xié)議（如 MQTT）進(jìn)行比較，并想當(dāng)然地認(rèn)為它具有局限性，因此，我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到諸如“OPC UA 無(wú)法直接與云通訊，是嗎？”等類(lèi)似的問(wèn)題。
SoA 在 IT 界早已不是新鮮事了，然而現(xiàn)在，SoA 已一直延伸到“物”本身。這就是 OPC UA 的用武之地，它為工業(yè)互操作性提供了框架。機(jī)器和設(shè)備制造商描述其系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮男畔ⅲ⒍x訪問(wèn)權(quán)限以及集成信息安全功能。2016 年 4 月，德國(guó) BSI（聯(lián)邦信息技術(shù)研究所或聯(lián)邦信息安全局）對(duì) OPC UA 的數(shù)據(jù)安全進(jìn)行了全面的分析之后公布了極為肯定的意見(jiàn)。這是因?yàn)闄C(jī)器制造商保持對(duì)數(shù)據(jù)的完全控制，即他們可以以有針對(duì)性和可控的方式分發(fā)數(shù)據(jù)，從而讓他們能夠參與到大數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析中。
為了交換數(shù)據(jù)，OPC UA 結(jié)合兩種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景：
– 客戶(hù)端-服務(wù)器模式，OPC UA 客戶(hù)端訪問(wèn) OPC UA 服務(wù)器的專(zhuān)用服務(wù)。這種對(duì)等方式提供了信息安全和確定的信息交換，但對(duì)連接數(shù)量有限制。
– 發(fā)布者-訂閱者模式，其中 OPC UA 服務(wù)器通過(guò)配置信息子集可供任意數(shù)量的訂閱者使用。這種廣播機(jī)制提供了一個(gè)無(wú)需信息確認(rèn)的“即發(fā)即棄”的信息交換方式。
OPC UA 提供了這兩種通訊機(jī)制，但更重要的一點(diǎn)是：它獨(dú)立于實(shí)際通訊協(xié)議。TCP 和 HTTPS 可用于客戶(hù)端-服務(wù)器模式，而 UDP、AMQP 和 MQTT 可用于發(fā)布-訂閱模式。因此，“是 OPC UA 或 AMQP 還是MQTT”的問(wèn)題從 OPC 基金會(huì)的觀點(diǎn)來(lái)看無(wú)關(guān)緊要。由于最小的微控制器可能沒(méi)有足夠的資源實(shí)現(xiàn)完整的 OPC UA，因此設(shè)備可以通過(guò) MQTT 或 AMQP 以“OPC UA 兼容”的方式提供數(shù)據(jù)，從而使其更輕松地集成到另一端。畢竟，統(tǒng)一信息模型和數(shù)據(jù)的含義是實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 的關(guān)鍵。
趨勢(shì)：信息模型
OPC UA 通過(guò)多種可擴(kuò)展協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全的傳輸，但由誰(shuí)來(lái)定義數(shù)據(jù)含義呢？諸如 AIM 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)協(xié)會(huì)（RFID 閱讀器，掃描儀等）、VDMA 的注塑機(jī)、機(jī)器人或機(jī)器視覺(jué)技術(shù)組、以及其他 35 個(gè) VDMA 涉足的行業(yè)已經(jīng)在 OPC UA 服務(wù)器中定義相關(guān)的信息，即所謂的 OPC UA 配套規(guī)范。對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，符合這種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并不意味著數(shù)據(jù)即可交換，因?yàn)槊總�(gè)制造商都可以在標(biāo)準(zhǔn)的最上層添加自己的特殊服務(wù)。智能設(shè)備必須能夠同時(shí)支持多種信息模型，如注塑機(jī)的專(zhuān)用功能，以及能源數(shù)據(jù)模型或 MES 接口模型。為了降低工程成本，這些適用特定行業(yè)或跨行業(yè)的信息模型會(huì)在未來(lái)有飛速發(fā)展。OPC UA 可能不會(huì)直接給工業(yè)設(shè)備供應(yīng)商帶來(lái)銷(xiāo)售額的增長(zhǎng)，但不支持 OPC UA 標(biāo)準(zhǔn)，銷(xiāo)售額肯定會(huì)大幅下降。
趨勢(shì)：SoA
目前開(kāi)發(fā)的大多數(shù)行業(yè)特定的信息模型不再基于位/字節(jié)屬性的交換，而是基于具有復(fù)雜參數(shù)的 SoA 服務(wù)。與 OPC UA 服務(wù)器通信時(shí)，OPC UA 客戶(hù)端不支持函數(shù)或者復(fù)雜參數(shù)的調(diào)用將日益受到限制。RFID 閱讀器將不再是通過(guò)位來(lái)激活讀寫(xiě)命令，而是使用可以由人類(lèi)讀懂的方式來(lái)調(diào)用函數(shù)：ReadTag、WriteTag 和 KillTag 等。OPC UA 是 SoA 實(shí)施模型的理想選擇，這也是為什么德國(guó)電氣電子信息技術(shù)委員會(huì)（DKE）將 OPC UA 列為唯一的 SoA 解決方案。
趨勢(shì)：服務(wù)到服務(wù)
OPC UA 提供從傳感器到企業(yè) IT 層的一致的可擴(kuò)展性，給自動(dòng)化金字塔帶來(lái)很大的沖擊。盡管這個(gè)金字塔將繼續(xù)存在于工廠的組織架構(gòu)中，但 OPC UA 完全繞過(guò)了通訊金字塔。設(shè)備可以直接或并行地將數(shù)據(jù)傳輸給 PLC、MES、ERP 系統(tǒng)或云端。供應(yīng)商在這里看到了新的商機(jī)。例如，制造商可以將條形碼或RFID預(yù)裝在設(shè)備上，客戶(hù)只需要掃描條形碼或讀取 RFID 信息即可付費(fèi)。
趨勢(shì)：基于芯片的 OPC UA
OPC UA 將繼續(xù)被集成到更小的設(shè)備和傳感器中。目前行業(yè)中使用的最小的 OPC UA 軟件解決方案只具備有限（但可讀）的功能，僅需 35 KB 的 RAM 和 240 KB 的閃存資源。現(xiàn)在，集成有 OPC UA 功能的第一批芯片已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，OPC UA 可以進(jìn)一步打入傳感器市場(chǎng)。因此，OPC UA 應(yīng)用已經(jīng)從自動(dòng)化的核心領(lǐng)域延伸到其它領(lǐng)域，如廚房電器等。
總結(jié)
OPC UA 已經(jīng)成為自動(dòng)化市場(chǎng)和工業(yè) 4.0 的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。若結(jié)合 TSN 通訊，OPC UA 也將具有實(shí)時(shí)性。這并不是在推廣另一種現(xiàn)場(chǎng)總線，而是為交換 SoA 服務(wù)提供一個(gè)可預(yù)測(cè)的時(shí)間基礎(chǔ)。同時(shí)，仍然存在一些挑戰(zhàn)，諸如復(fù)雜的 TSN 網(wǎng)絡(luò)的配置等一些難題尚未得到解決。因此，OPC 基金會(huì)目前還沒(méi)有積極推廣 OPC UA 和 TSN。然而，OPC UA 正覆蓋到越來(lái)越多的通信領(lǐng)域，使得供應(yīng)商越來(lái)越不容易判斷合適的應(yīng)用。產(chǎn)品將根據(jù)設(shè)備本身的特性或外部服務(wù)的功能而不是接口來(lái)進(jìn)行區(qū)分。未來(lái)，隨著 OPC UA 逐漸成為全球最大的互操作性生態(tài)系統(tǒng)的首選平臺(tái)，我們將會(huì)看到其它行業(yè)信息模型的快速發(fā)展。
