《木制品表面涂饰设备信息模型规范》团体标准 编制说明

1、PAGE PAGE 10中国林产工业协会团体标准木制品表面涂饰设备 信息模型规范征求意见稿编制说明标准名称：木制品表面涂饰设备 信息模型规范标准归口：中国林产工业协会标准化技术委员会负责起草单位：广东瀚秋智能装备股份有限公司2022年7月25日一、工作简况1 任务来源项目名称为木制品表面涂饰设备 信息模型规范，于2022年4月完成标准草案和编制说明，并于2022年5月提交中国林产工业协会。2022年7月5日通过立项评审，立项批复林产协标202223号，团标计划编号CNFPIA 2022013。2 制定意义随着信息变革时代的到来，工业领域信息化竞争日益加剧。智能制造迎来了全球热潮。面对制造业信息

2、革命带来的机遇与挑战，为紧跟时代发展潮流，抓住产业变革机遇, 中国于2015年发布了中国制造2025和国家智能制造标准体系建设指南，重点推进制造装备业向数字化、信息化和智能制造方向发展，而制造系统内信息的互联互通是实现智能制造的关键基础。木制品表面涂饰设备的互联互通指在工业网络结构内实现设备与设备之间、设备与生产管理系统间有效信息共享交互。互联是指采用统一的传输介质、物理接口和网络总线协议标准，实现系统之间数据的有效传输，针对物理层和数据链路层；互通面向应用层，是指在同一网络中使用统一的语义互操作标准，设备和系统能够一致地解析所传输的信息或数据，实现统一的语义互联，进行统一的软件操作。目前，木

3、制品表面涂饰数字化车间内设备控制系统基本采用基于实时以太网的工业控制网络，例如PROFINET、CANopen、EtherCAT等现场总线系统，具有统一的传输介质、物理接口和MAC层，使得网络具有统一性，从而解决了互联问题。但这些装备一般都来自不同的厂商，搭载了不同控制系统和现场总线，因此即使在支持实时以太网的系统中，仍有许多产品或系统存在本质差异，无法相互兼容；同时，现场总线系统也无法为自身的功能或其他复杂系统的功能提供语义性的描述。因此为达到木制品表面涂饰车间网络化、智能化的目的，实现设备间互联互通和互操作就需要一个完整、准确、有效的共享标准，通过共享标准使得车间内的所有信息基于一个标准协

4、议，并通过标准化的数据类型、数据内容和数据信息结构，建立异构网络语义互操作的规范和标准，构建起一个完整、准确、有效的设备信息模型，并实现从设备模型到生产线和车间信息模型的继承拓展。本标准以构建木制品表面涂饰设备的专用信息模型为主要研究内容，为木制品数字化车间内设备与设备、设备与管理系统间的互联互通和互操作提供标准的数据类型、数据内容和数据信息结构，从而使得木制品表面涂饰数字化车间内的应用编程接口、通信协议以及的接口文件格式得到统一，实现异构系统之间的互联互通与互操作，以降低车间系统架构的复杂性和系统集成难度，进而促进整个木制品数控设备制造产业升级换代和向数字化、信息化和智能制造方向的发展。3

5、OPC UA标准在智能制造信息互联互通中的应用现状OPC统一架构（OPC unified architecture，简称OPC UA）是OPC基金会创建的最新一代用于工业通讯的数据交互标准规范，独立于制造商和平台。其使用了一种优化的基于TCP的二进制协议完成数据交换；另外支持WEB服务和HTTP，可通过优化的SOAP传输XML，使用通用的80端口来进行数据传输。由此可见，OPC UA不仅具有在物理层和数据链路层实现通信互联的功能，同时也具备了将数据上传至Internet的能力。同时，OPC UA采用基于语义和面向服务的架构，提供面向对象的信息建模方法，可将一个具体对象所有相关的数值、单位、操作

6、方式、历史等信息以统一的架构与模式进行标准封装。OPC UA也支持其他组织或供应商在OPC UA基础或者OPC UA信息模型基础上为特定领域定义专用的信息模型，如此即可实现在不同领域内的设备底层的数据采集、设备互操作等横向信息集成；并可实现设备与SCADA、SCADA与MES、设备与云端的垂直信息集成。目前，以OPC UA标准为代表的标准化信息建模技术在工业装备领域已经有了广泛研究。OPC UA的开发规范和标准接口的国家标准OPC统一架构（8个部分）（标准号：GB/T 33863-2017）已于2018年2月1日正式实施，该标准规定了OPC UA的地址空间模型、服务、信息模型、数据访问等OPC

7、 UA建模的基本架构及信息模型的映射和封装标准。数字化车间互联网络架构的国家标准基于OPC UA的数字化车间互联网络架构（标准号：GB/T 38869-2020）也已于2021年2月1号开始实施，该标准规定了现场设备与设备之间、设备与可编程控制设备之间、可编程设备与MES、ERP之间的集成与信息交换的架构与信息模型的基本示例。数控装备互联互通及互操作的设备描述模型向其他通信协议模型映射的规则和流程的国家标准GB/T 39561.3-2020数控装备互联互通及互操作第3部分：面向实现的模型映射已于2021年7月1日开始实施，该标准规定了数控设备互联互通及互操作设备描述模型向MTConnect、O

8、PC UA等通信协议信息模型的映射。国内外特别是一些专业协会已针对OPC UA在不同领域的互联互通信息标准模型的制定及应用进行了大量研究。已完成的部分标准规范如下表所示：信息模型OPC UA标准规范及简述ADI分析仪器设备OPC 10020-UA for Analyzer DevicesISA-95企业信息集成标准OPC 10030-UA for ISA-95PLCopenOPC 30000-UA for PLC AutomationML生产系统描述建模标准OPC 30040-UA for AutomationMLAutoID（自动识别系统）OPC 30010-UA for AutoID De

9、vicesPackML包装机械集成标准OPC 30050-UA for PackMLTMC烟草机械OPC 30060-UA for Tobacco MachinesMTConnect机床数据连接OPC 30070-1-UA for MTconnect Part1:Device ModelPADIM流程自动化设备信息模型OPC 30081-UA for Process Automation DevicesFDT现场设备集成OPC 30090-UA for Field Device ToolSercos工业以太网OPC 30100-UA for SecosDevicesPOWERLINK工业以太网

10、OPC 30110-UA for POWERLINKFROPINET工业以太网OPC 30110-UA for PROFINETRobotics机器人OPC 40010-1-UA for Robotics，Part1 Vertical IntegrationMachineVision机器视觉OPC 40100-1-UA for Companion Specification Part1CNC数控系统OPC 40502-UA for CNC在木材加工领域，根据2019年汉诺威国际林业木工展览会（LIGNA 2019）的相关报道，针对数字化发展的趋势，德国机械设备制造业联合会和欧洲木材加工机械制造

11、商正基于OPC UA制定木材加工行业信息互联互通的相关标准，意在解决目前数字化趋势下木材加工设备间数据信息不兼容的问题。综上所述，OPC UA已是国际上形成共识的、被认定为满足工业4.0需求的技术规范，是一套集信息模型定义、服务与通讯标准为一体的标准化技术框架。4 OPC UA标准在木制品表面涂饰设备信息模型规范中的应用特点木制品表面涂饰属于传统离散型制造业，其生产过程具有工艺要求复杂、设备种类繁多、过程复杂等特点，基于OPC UA标准的木制品表面涂饰的信息共享标准，具有一下特点：（1）基于OPC UA标准建立的信息模型具有一致性和普适性 OPC UA标准的基本架构应包括了语法、规范（例如地址

12、空间与层次结构、数据类型、复杂数据规范等）和信息模型的封装方法等基本准则，从而保证了模型架构的一致性。同时，信息模型架构应可灵活继承和扩展，针对木制品表面涂饰不同设备需求，采用面向对象的方法，进行数据封装，较完整地描述复杂过程和系统，建立符合设备工艺需求的信息模型和规范。并且兼顾了信息建模软件是否完备，信息模型存储的文件格式在不同操作系统和运行平台的适配性等问题。（2）OPC UA标准在OT与IT的融合中具有较好的可实施性与经济性基于OPC UA标准完成的木制品表面涂饰设备信息模型规范文件应可以被IT端读取或者嵌入到PLC或DCS等可编程控制设备或控制器中，设备开发商通过固件升级和较少工作量的

13、软件程序开发即可完成信息模型和规范服务接口的开发部署工作。软件集成商和木制品终端企业在进行信息化集成时，调用相关服务接口即能够实现对数控装备的统一集成和使用，从而保证在数字化车间实现纵向和横向信息集成的可实施性，实现OT与IT的快速融合，并且不会显著增加数据信息互联互通在终端用户的经济成本。（3）OPC UA标准在与先进检测方法与控制方式集成时具有快速性和灵活性目前，多轴机器人与机器视觉检测在木制品加工行业中具有越来越广泛的应用，可以实现在保证生产效率与加工、检测精度的前提下大幅降低人力、生产成本，因此木制品表面涂饰设备的互联互通规范与协议也必须考虑与机器人和机器视觉现有互联互通规范的协调一致

14、，从而实现先进检测方法与控制手段的快速集成，并且保持高度的灵活性。（4）OPC UA标准在数据信息互操作中具有较高的安全性目前，现有的现场总线协议的数据在工业以太网上基本上都是以明文形式进行数据包传递，没有做任何的安全设计。OPC UA标准则采用了互联网标准使用的安全技术，使用加密，签名，用户认证，权限访问控制，会话管理等方式一层一层完成深度防御，满足了完整性、机密性、可用性等三大安全需求。实现了使用数字签名的数据确认和严密的消息加密，使数据信息交互实现安全互连。5 起草小组的组建2021年12月标准编制工作启动后，成立了以广东瀚秋智能装备股份有限公司牵头，中国林业科学研究院木材工业研究所、山

15、东楷模居品制造有限公司等单位，参与的标准编制小组着手开始标准初稿的编制工作。本标准起草单位：广东瀚秋智能装备股份有限公司、中国林业科学研究院木材工业研究所、南京林业大学、湖北豪尔特智能装备有限公司、广东磨克科技有限公司、广东顺德迪峰机械有限公司、浙江圣奥家具制造有限公司、河南恒大索菲亚家居有限责任公司、浙江王牌门业有限公司。本标准主要起草人：付秋霞、林斌、杨显涛、张翼冲、侯晓鹏、李博、安源、王霄、吴智慧、冯鑫浩、廖宗军、潘凌云、谢清、陈勇、何炽东、何利明。6 标准起草小组的前期工作基础编制小组通过有序分工查阅国内外相关的文献资料，并进行整理和汇总，结合前期工作基础，同时借鉴其他产业的相关经验，

16、初步确定包括基于OPC UA的木制品表面涂饰设备信息集成互联网络架构要求、基于OPC UA的木制品表面涂饰设备信息模型中的信息元素、建模规则、地址空间如何映射等基本要求。2021年12月至2022年2月，完编制小组成基于OPC UA的木制品表面涂饰设备信息模型XML格式接口文件的编写与开发，通过加载到西门子S7-1200控制器中进行PLC程序开发；完成基于OPC UA标准规范的上位机测试软件开发，实现了OPC UA服务器查找、节点浏览，变量读写、变量注册读、变量注册写、变量订阅等功能，在木制品表面涂饰生产线上进行相关测试。通过在标准各参与单位的联合测试和应用示范验证，证明了标准草案中相关技术路

17、线的可行性与可操作性，并对标准草案中的内容和结构进一步明确、归纳与整理，于2022年2月完成草案稿编写。在草案稿的基础上，通过多次视频会议交流与共同方式，对草案稿中的内容进一步修改和调整，于2022年5月形成标准草案，提交中国林产工业协会。7 标准编制原则根据木制品表面涂饰设备运行过程中信息化和智能化应用的需求，在现有的信息资源和相关标准研究成果的基础上，研制了该标准。具体的编制原则如下：规范性：本标准的起草按照 GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写给出的规则，鉴于本标准的技术特点，重点参考了GB/T 33863（所有部分） OPC统一架构、GB/T 388

18、69-2020 基于OPC UA的数字化车间互联网络架构、GB/T 39561.3-2020 数控装备互联互通及互操作第3部分：面向实现的模型映射、T/CNFPIA 10022021 木制品表面涂饰设备信息集成接口规范。科学性：调研研究现状，紧密结合木制品表面涂饰设备运行过程中信息化和智能化的应用需求，从木制品表面涂饰设备数据信息的互联互通需求出发，设置相关的技术规范，确保标准编制过程符合科学原则。二 标准主要内容及确定依据1 术语和定义在术语和定义中明确给出了“信息模型”、“数字化车间”、“信息集成”、“XML 结构”的定义。2 典型木制品表面涂饰生产线简图该部分以简图的形式介绍了典型木制品

19、表面涂饰生产线所包含的各功能单机设备以及各单机设备在生产线中的工艺顺序。3基于OPC UA的木制品表面涂饰设备信息集成互联网络架构当采用 OPC UA标准规范来实现制品表面涂饰设备信息集成时，OPC UA标准在木制品表面涂饰数字化车间中是如何实现的；各组成部分例如PLC、DCS控制器应当具备什么功能；信息模型的接口文件以何种方式进行交互；一些现场设备如果不具有该功能又应当如何才能集成到OPC UA标准中，以及这些设备在OPC UA标准中应承担的具体功能角色。针对上述问题，标准中的第5.1部分对“OPC UA实现形式”、5.2部分“基于OPC UA的互联网络架构”进行了规范。“OPC UA实现形

20、式”，规范了OPC UA服务器和客户端的实现方法基本要求；木制品表面涂饰数字化车间中的哪些组成部分可以是客户端，而哪些部分可以为服务器端。“基于OPC UA的互联网络架构”规范了基于OPC UA木制品表面涂饰数字化车间互联网络架构中单机设备信息模型的文件格式；PLC、DCS以及MES、SCADA系统的功能要求；对于不支持OPC UA的工艺单机设备如何集成到基于OPC UA的互联网络架构中。4基于OPC UA的木制品表面涂饰设备信息模型根据国标GB/T 33863（所有部分） OPC统一架构中的建模语法和相应规则来完成不同工艺功能的木制品表面涂饰设备的建模，通过模型描述木制品表面涂饰各功能单机设

21、备的结构信息，并为这些实际对象提供描述该其所包含的各种语义信息的类型节点，并在OPC UA地址空间中建立这些节点之间的彼此联系。 标准中的第6.2部分对木制品表面涂饰单机设备所应包含的信息元素进行了约定，详细的内容可参考中国林产工业协会团体标准木制品表面涂饰设备信息集成接口规范（T/CNFPIA 1002-2021）中第7部分“集成数据信息”中的相关内容。当确定设备信息模型和及其中的相关元素后，就需要根据OPC UA地址空间映射的规则，利用OPC UA的元模型来构造木制品表面涂饰生产线和各功能单机设备的OPC UA模型。因此标准中的第6.3部分规范了OPC UA地址空间中的木制品表面涂饰设备生产线及其与主要单机设备及其之间的相互关系，其所涉及到OPC UA模型中的相关类型在6.4“OPC UA类型定义” 给出详细的描述。木制品表面涂饰单机设备都会包含有设备标识信息、运行状态信息、制造能力信息、控制指令信息、模拟数据信息、生产数据信息、配方指令与配方数据信息，因此6.4.1“变量类型”中将这些信息定义为OPC UA模型中的变量类型，变量类型派生自BaseDataVariableType，木制品表面涂饰单机设备对象模型中可以调用这些变量类型，并完成实例化。将木制品表面涂饰生产线上的各种典型功能的单机设备定义为OPC UA模型中的对象