【工业4.0】【管理壳】德国工业4.0基本单元、工业4.0这三年学不会的德国思维、工业4.0的赢家OPC UA
产业智能官：当工业互联网的热浪席卷华夏大地之时，德国人缺默默的苦心经营着“管理壳”、OPC UA等工业4.0关键技术和标准，通过以下几篇文章看看德国人打开工业4.0的方式。感谢原创作者的分析和分享。
德国工业4.0基本单元
真的有工业4.0的落地的具体路径吗？我们看到了大量的解决方案，却很少能够看到从底层构建的案例。智能制造的圈内人士对于德国工业4.0的架构RAMI4.0应该是耳熟能详的，但对工业4.0的基本组成单元“工业4.0基本单元”（I4.0 compennet），却是相对陌生。然而德国产业界和学术界，正是在这个可以落地的抓手上，进行了深入的开发实践。本文从工业4.0基本单元的内涵出发，看看德国如何实际运用，以及怎么进行开发。
实体资产的“虚拟化”
为便于参考架构模型表达工业4.0的空间，RAMI采用三维模型（见图1）。纵轴分成6个层级，从不同的视角表达诸如数据映射、功能描述、通信行为、硬件/资产或业务流程。这里借用了IT行业将复杂项目划分为若干个可以管理的部分的思维。左面的横轴表达产品生命周期及其所包含的价值链，可在参考架构模型中表示整个生命周期内的相关性（例如持续的数据采集之间的相关性）。右面的横轴表达工厂的功能性和响应性，即工厂功能的分层结构。
图1:德国工业4.0参考架构RAMI4.0
最为引人瞩目的是，RAMI将物理系统按照其功能特性，分层进行了虚拟映射。
按照IT和通信技术常用的方法，将纵轴自上而下划分为6个层级：经营业务、功能性、信息、通信、集成、资产。
资产层处于最底层，连同其上层集成层一起被用来对各种资产进行数字化的虚拟表达。用资产层来表达物理部件/硬件/软件/文件等实体，物理部件如直线运动的轴、金属部件、电路图、技术文件、历史记录等。
人也作为资产层的一部份，通过集成层与虚拟世界相链接。
资产与集成层的链接是无源（passive）连接。
图2:RAMI4.0和物理-数字化架构及递阶关系
图2清晰表达RAMI4.0和物理－数字化架构及递阶关系。把物理实体（包括硬件、软件、工程文件等）通过数字化演化为能在虚拟世界完整表达、通信、推理、判断、决策加工等，让控制信息和业务信息都能实时传递交换和处理，从而使企业中的各类资产都能互联、互操作。根据不同资产的作用，当它们数字化后相互之间的关联，应该按控制要求和业务要求构建它们之间的扁平化的通信递阶关系。
四大类资产变形记
工业4.0基本单元是一个描述信息物理系统CPS详细特性的模型。CPS是一种在生产环境中的真实物理对象，通过与其虚拟对象和过程进行联网通信的系统。在生产环境中，从生产系统和机械装备到装备中的各类模块，只要满足了上述这些特性，不管是硬件基本单元还是软件基本单元都具备和符合了工业4.0要求的能力。
成为工业4.0基本单元的一个先决条件是：它必须在整个生命周期内采集所有相关数据，存放在有该基本单元所承载的具有信息安全的电子容器内，并由它把这些数据提供给企业参与价值链的过程。
在工业4.0基本单元的模型中，这个电子容器称之为“管理壳”。
还有一个先决条件是：基本单元的真实对象必须具有通信能力，以及相应的数据和功能。这样，生产环境中的硬件单元和软件单元之间都能进行符合工业4.0要求的通信。
这里有四个工业4.0基本单元的例子。
一个是一整套机械装备作为工业4.0基本单元，这类工业4.0的基本单元是由机械制造厂商来实现的。它可能是一台机床、包装机或3D打印机等。
图3:工业4.0基本单元模型
一类是专门供应厂商提供的关键部件，也可看成是一类工业4.0基本单元，这是由部件制造厂商实现。它们往往可以分开登录，譬如可分别在资产管理系统和维护管理系统中登录。
第三类还可以把一些构成零部件看成是工业4.0基本单元，例如一个端子排：它不但是连通信号的接线，而且在整个机械装备的生命周期中还起着传输数据的作用。这种工业4.0基本单元的实现者往往是电气工程师或技术员。
第四类，也是非常有趣的是，软件也是生产系统中的重要资产，它们也是工业4.0基本单元。例如一个独立的规划或者工具性工程软件，甚至一个功能块库。其实现者可以是软件供应商，也可以是控制器应用程序的编程工程师等。
表1：实体资产向工业4.0单元转化
由图4可知，资产构成工业4.0基本单元（物理／非物理）的实体部分，管理壳构成工业4.0基本单元的虚拟部分，工业4.0的通信将各种基本单元加以连接。
图4:工业4.0基本单元的特性
图5:机械装置由各类IC4.0组成
任何一种机械装备其重要的部分原则上都是各类工业4.0基本单元组成。譬如图5中由端子排、伺服轴、机械装置和由这台机械装置加工出来的产品，如最常见的运动鞋。这些资产通过工业4.0的通信连接起来。机械装置则由在生产网络中的PLC进行控制。由此可以得出以下结论：工业4.0基本单元是网络化的基础元件，生产制造出来的产品的服务策略也因此建立了相互连接，因而即使没有实际的电子接口的元件也具有同等的权利，为建立业务价值的深度表达提供了可行的技术路径。
德国人如何构建基本单元
在以上顶层设计概念的基础上，就有可能为所有现有的工业资产提供数字化的实现。人们常说智能制造的基础是数字化，数字化的核心是建模。那么我们就来观察一下德国工业界是怎样进行这一过程的。
就像为地球上所有的大米粒都要编号一样，需要设计出全世界亿万数量级的工业资产的唯一标识及其链接方式，以便为今后对这些资产进行虚拟描述打好基础。
图6表述的就是这种统一的格式。标识符是URI，为每一种资产提供唯一的识别符，并与该资产对应的管理壳对应，该标识符既参照该资产的物理分类，又可链接该资产的管理壳，而管理壳的虚拟描述完全建立在其物理特性和相关数据之上。
图6 :资产进入数字化世界
用标准化的唯一标识符识别分类项和相关知识,已经有了国际标准进行指导。
图7 :按ISO29002-5分类资产和相关知识
而要真正实现工业4.0，需要在全世界范围内（注意：不仅仅在德国范围内）组织开发数量极大、类型众多的、标准化数字化的基本单元库。
进行这项涉及面极广的组织工程，首先要保护工程领域的核心功能性（例如气动工程、焊接等）；其次要造就具有最大化的灵活性，同时又能保护每个公司的信息网络；再次是为了采购、系统集成工程、维护等需要，必须持续地提高可互操作性和客户的利益。不过面对的现实却是如何使各个公司的标准、不同的数据格式和产品性能数据的集合实施合理的开放；为建立工业4.0基本单元的知识库，在各个公司的利益和公众利益之间取得平衡，‘两厢情愿’地淡化公司标准和查找性质集合。好在国际工业标准化组织已经建立了这方面的国际标准IEC61360/ISO13584，只要严格遵循这个标准，就能够有组织有规则地进行。
图8示出许多标准作为管理壳的领域／子模型的样板。例如管理壳可遵照IEC TR 62794和IEC 62832 数字工厂；标识可参照ISO 29005 或 URI唯一ID；通信可遵照IEC61784工业通信规约第二章以太网；能效依据ISO/IEC 20140-5；信息安全参照IEC 62443 网络和系统的信息安全等。
图8 :管理壳的领域／子模型的样板标准
图9是管理壳、子模型、性质、复杂数据和功能的示范内容。从可视的角度看，一个经标识的资产其管理壳也是经标识的，都是显性化的知识，即表征这个资产的性质。而其数据和功能都是可通过APIs被语义化存取的。资产的运行时数据都遵照严格而统一的格式表达性质的集合（图示中子模型1是能效，子模型2是安全，子模型3是钻孔）。而有关数据和功能的运行时的数据则按照不同的互补的数据格式。
图9:资产对应的管理壳的内容
真实场景的示范
下面给出一个简单的场景描述以市场为导向的资产数字化的交互过程（见图10）。图中示出3个工业4.0基本单元（生产工作站），它们之间通过符合工业4.0的通信连接，并且还与假定的MES生产调度执行系统项连接。这3个工作站都有相同的子模型，但有不同的标识符和不同的性质数据。
图10:简单场景的举例
这导致每个工作站有不同的行为，并在数字化资产的基础上进行讨论、意见交换，以获得共识来完成原型设计。
图11给出这个示范实验的识别。报头由两部分构成：管理壳标识部分和资产标识部分；而报文则包括MES连接子模型的识别符，能效子模型、钻孔子模型和文档子模型的识别符。
图11:简单场景实验的识别表
还可以进一步给出这个示范实验的性质数据表。由子模型描述简单数据。接下去各行描述仿真钻孔时间，钻头直径，钻头进给速度，钻孔深度和工件材质。而要得出这些性质定义和性质特性的具体办法是由领域专家开会议定的规范，导入标准化的子模型，这些子模型需要是领域公认的参照。
“工业4.0语言”横空出世
对于复杂的工业4.0基本单元，可以是由简单基本单元的叠加，并且允许进行分布式的工程设计。例如图12所描述的装配体资产（其管理壳标识为装配体123）是由轴X、轴Y、轴Z和装卡夹具4个简单工业4.0基本单元组成，通过符合工业4.0的通信连接。虚线框所标即是这个装配体资产的边界。
该装配体的管理壳包括装配体资产的标识、管理壳，P&ID图子模型，线路图子模型，机械CAD子模型和IEC的互连图子模型。
图12:复杂工业4.0基本单元由简单基本单元构成
复杂的工业4.0基本单元可能涉及到不同的工程专业，这是建立复杂基本单元首先要考虑的。由德国电气行业协会ZVEI组织支持开发的OpenAAS是第一个管理壳的参考实现（详见图13）。它是专为开发团组设立的开放型智能体项目，不仅仅开源，而且可以经由GitHub进行深度学习（DL）。第一个管理壳的参考实现是按照ICT规范（通用建模语言）、基于免费的OPC UA而发展出来。
图13:openAAS是管理壳的第一个参考实现
德国亚琛RWTH大学在此基础上，已经实现了在管理壳中形成不同模型的完整知识连接。
另外，德国工业4.0平台的本体工作组UAG正在创建“工业4.0的语言”。
这是用来实现工业4.0基本单元之间的互连互通，见图14。从图中可以看出，每个工业4.0基本单元的管理壳由互动管理程序、基本本体、基本单元管理程序和若干子模型构成。各个基本单元的互动管理程序之间执行通用的互动模式，进行基本单元所含子模型等的自描述、合同管理、对话、机器人控制、基本单元控制等。
图14：本体工作组创建“工业4.0的语言”
小结
当我们在概念自身的含义上还在纠缠的时候，德国工业4.0已经在工厂资产的数字化进行了深入的探索。工业4.0的框架体系RAMI4.0发表之后，两年不到的时间，德国工业界已经完成工业4.0基本单元的示范开发，为各类实体资产的数字化从而映射至虚拟环境，并实现完整表达、通信、推理、决策加工等，打下了坚实的基础。这是德国工业4.0的明修栈道，功夫很细，动静很小，研究者也难免清苦，远比不上轰轰烈烈的示范工程，但这才是一个国家未来工业的地基，这才是企业互联制造的根本，这才我们当下最需要仔细打磨的地方。
作者简介
彭瑜：教授，PLCopen中国组织名誉主席，中国自动化学会仪表和装置专委会名誉委员，上海工业自动化仪表研究院顾问，工信部智能制造标准化建设工作组专家。
编审
林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司
德国工业4.0这三年｜学不会的德国思维
工业4.0在全球引起了热浪，但没有一个国家，像德国这样，成立专门的机构进行深耕细挖。整个工业体系，都围绕工业4.0进行构建。如此抽象的一个概念，硬是被德国人一笔一划地描绘出来。
德国工业思维，看得见，却未必学得会。
工业4.0的金字塔司令部
德国成立的工业4.0平台，是“工业数字化”数字生态系统的中心枢纽，来自150多个组织的350多名利益相关者，参与平台的工作。而它的核心是各个工作组，通过各领域专家的协同、中小企业的支持，以及组织开展国际合作，从而将各种专业知识汇聚在一起。
它采用了一种扁平的决策机制：从顶层的工业4.0平台，到中间的标准化委员会（Standardization Council Industrie4.0, SCI4.0）和面向企业的实验室网络（Lab Networks Industrie4.0, LNI4.0）。这是一个从上到下、从下到上的三元治理结构。
图1：金字塔型决策机制
但在一开始，工业4.0平台也是一种“乱糟糟”的结构。
图2：早期工业4.0平台的结构（2016）
（来源：德国工业4.0成绩单）
对比2016年的工业4.0平台，就知道这两年，工业4.0平台的组织结构进行了精致的进化。
目前工业4.0共有六个工作组，包括第一工作组WG1，主要是参考架构、标准和规范，主席来自ABB；第二工作组则是技术与应用场景，主席来自菲尼克斯；第三工作组是互联系统的安全性，主席来自博世公司；第四工作组是法律框架，主席来自蒂森克虏伯；第五工作组是就业、教育与培训，主席来自德国金属工业协会；第六工作组是工业4.0的数字化商业模型，主席来自埃森哲咨询公司。
2016年4月，在柏林成立了德国工业4.0标准化委员会（SCI4.0），目标就是协调国际标准组织。SCI负责跟这些密密麻麻的国际组织，进行对标和连接，从而最终建立德国自己的工业4.0的技术路线图和标准架构。这个组织最大的特点就是跨领域，它很好地结合了机械、电气和IT领域，因此，受到广泛的欢迎。
图3：标准环生的工业4.0
而对待不同的国家战略，SCI有条不紊地跟中国智能制造、美国工业互联网联盟IIC、日本IVI协会、法国、意大利、澳大利亚都建立了合作机制。
最下面是工业4.0实验室网络（LNI4.0），负责具体落实标准的测试、实验和反馈。这是一个面向企业、面向落地的应用型组织。它最大限度地把德国工业4.0所有能达成的共识，用实践和落地的方式，传递给了德国中小企业。
图4：三元治理的循环
有了这三者的分工，工业4.0可以在各个层面上，轻松对接。既推动德国企业的相互联系，又大大促进国际交流。目前德国工业4.0已经跟中国、美国IIC、日本工业价值链IVI、澳大利亚、法国和意大利等，都建立了双边对接关系。中德两国于2015年5月成立了中德智能制造/工业4.0标准化工作组。目前已在参考模型互认、信息安全和功能安全、工业网络与边缘计算、案例、预测性维护、人工智能应用，以及工业4.0组件/管理壳/数字双胞胎等方面开展合作交流。
可以说，德国精确地构建了一个面向工业4.0的顶层治理结构。
如德国战车一样的精准。
向工业互联网拓展：基于价值的服务VBS（Value-based scenario）
在工业4.0的大背景下，人们渐渐意识到，要实现制造业数字化，除了技术驱动的自下而上的方法外，还必须通过自上而下的驱动方式。后者来自业务场景和商业模式的驱动，从而衍生出很多的技术应用实例。而这些实例，同样是获得新产品、解决方案和服务，以及标准化的基础。
如何在技术层面上以实例的形式描述参与者与技术系统的相互作用。已经通过工业4.0平台的具体应用场景来设定考虑范围。
德国工业4.0 平台提出了一种新的想法：基于价值的服务（Value-based scenario， VBS），即基于场景出发，考虑数字工业服务的价值。
在考虑产品是一台机器设备的情况下，传统只有两类角色：设备供应商和设备拥有者。
图5：基于价值的服务应用场景VBS
然而工业互联网的广泛应用，使得这个最传统的应用场景，正在引入两个额外的角色：服务平台运营商和数据驱动型服务商。
那么在将来，谁将完成这些额外的业务角色？是机器的供应商，还是机器的拥有者。这个问题随着数字技术的引入，众多的第三方已经蜂拥而至。这也是工业互联网平台最令人困惑的一点：每家供应商角色，都在模糊，而且都在交叉。
德国工业4.0平台认为，基于VBS的应用场景的推进，是深化工业4.0的重要基石。
德国问什么是数字商业模式
什么是数字商业模式？
这个问题还需要回答吗？德国人并不这么想。
德国工业4.0对价值创造的贡献，正在聚焦于两个点上：一个是行动机制，一个是数字商业模式的架构。政府、科学家、商业协会和社会合作伙伴都在讨论围绕着德国工业可带来的附加值，以及如何提高德国的竞争力和生活质量的问题。
德国工业4.0平台组，专门增加了第6个数字商业模式工作组，以需求解决这些问题，并通过不同利益攸关方之间的有条理的讨论，为采取行动提供动力。
图6：数字商业模式的创新驱动力
2018年4月
德国工业4.0平台找到了两个基础。一个是根据Osterwalder和Pigneur(2010)对商业模式的定义，即商业模式是描述组织如何创建、交付和捕获价值的基本原理。这通常包括价值主张、价值创造架构、合作伙伴网络。第二个是根据Jaekel(2015)的看法，价值创造架构中的数字业务模式的特点是专注于数据和分析，并通过平台将其合作伙伴网络组织为一个可扩展的生态系统。这与价值主张（产品和服务）和利润模式（成本结构和收入）的转变密切相关。
那么第6工作中的任务之一，就是研究如何将这一定义应用于产品制造。
真是一个新奇的任务。相对于国内制造而言，最常谈的就是“新制造”和“新模式”。然而无人知道背后的内涵究竟是什么。而德国人第一个想到的就是先确定概念基础，取得“共识起点”。
德国人提供了一些答案，值得注意的一点是：“通过提高软件在产品中的份额——通常与平台的使用相结合，会加强更大的可扩展性。”
图7：体验成为基石之一
工作组郑重提醒德国制造商，一定要把重点从“产品和生产”扩展到“基于数据服务的运行机制”，即“智能产品+智能服务+新体验”。智能服务就是基于数据产生的新价值，例如，无人驾驶不会发生事故的车辆。
图8：数字商业模式的新思维
推动数字商业模式转变的基石，是智能产品、平台、生态系统和数字双胞胎。而所有这些背后是通过底层技术来实现更强大的连通性、更快的速度和更小的尺寸。
数据的质量(“原材料”)、操作系统和治理结构决定了关键的不同。为了提供尽可能好的运营环境，需要正确的监管和以人为本的关键驱动因素。
图9：德国工业4.0进展
管理壳：万物有外衣
工业4.0组件是为了实现将各项资产集成到信息世界应运而生的。这里的资产包括所有为实现工业4.0解决方案而需要“连接”的内容，例如，机器及其零部件；供应材料、零件和产品；图纸、布线图等交换的文件；合同和订单等。
而将这些工业4.0组件，进行数字化表达的最有价值的转化方式，就是德国工业4.0平台提出的管理壳。企业的各种资产的数字化形式，通过资产管理壳（Asset Administration Shell, AAS）来表达。
工业4.0组件中，通过管理壳来实现数字化集成。它可以将资产集成到工业4.0通信中；为资产的所有信息提供受控访问；是标准化并且安全的通信接口；支持在没有通信接口的情况下，使用条形码或二维码来集成“被动”资产；并且在网络中是可寻址的，可以对资产进行明确的识别。可以说，管理壳是工业4.0组件的“互联网表达器”。
图10：符合IEC PAS 63088标准的管理壳
从2015年开始，德国一直围绕着管理壳，做各种模型描述和标准覆盖。这些相互交织的模型，加上来自企业的实践，正在将德国制造的产品推进到赛博（Cyber）空间中去。德国最以为荣的机器，很快就会变成带有数字双胞胎的机器。德国机器的数字化就绪度，抬头可见。
图11：德国管理壳
在2018年11月德国纽伦堡展会上，德国公布了管理壳的最新进展。
图12：管理壳在物联网平台上的应用
管理壳可以覆盖生产、制造系统和业务的全部生命周期。下面以发动机为例，介绍管理壳中包含的相关内容。首先在工程阶段，管理壳会考虑各项功能。例如，发动机的扭矩和轴高等性能将放入管理壳中。下一步，选择制造商提供的某一特定类型（type）的发动机，有关此类发动机的更多信息将被添加到管理壳中。接下来，发动机制造商提供一个组件用以对发动机进行计算和模拟， 从而对上一步的选型进行模拟和确认。在调试阶段，发动机会被订购，发动机类型（type）会变为带有序列号的发动机实物（instance），该序列号是这一发动机所特有的数据。这样，管理壳进一步得到丰富。在发动机运行阶段，测量的温度，振动等运行参数也会记录在管理壳中。对发动机进行维护保养的数据也会记录在管理壳中。发动机使用寿命终止后，会更换新的发动机。更换后，新发动机的类型（type）&实物（instance）的所有信息都将被记录在管理壳中。供应商、工程合作伙伴、系统集成商、运营商和服务合作伙伴等价值链中的所有合作伙伴都可以交换管理壳中的信息。
目前工业4.0平台已发布的管理壳成果物包括：管理壳框架、工业4.0组件之间的关系、管理壳作为基于工业4.0通信的倡议，以及管理壳的安全性等。
图13：管理壳的实施思路
可以说，德国管理壳，是以工业4.0顶层架构RAMI4.0做为“针”，以各种技术标准作为“线”，密密麻麻地为德国机器缝制的一个软猬甲。而RAMI4.0和管理壳，都是由第一工作组：参考架构、标准和规范负责研发。
图14：管理壳的工业伙伴众多
这是德国机器未来的新战袍，也许令人想到机甲战士。如果考虑德国工业4.0平台组，不遗余力地与各国进行对接。德国这些管理壳，很快也会成为机器制造的国际性管理壳，那么在数字空间中，数字双胞胎的基因将由这些管理壳确定。它们的标签是“德国造”。这也是德国工业所有数字双胞胎的大本营。
人工智能的发展
人工智能是德国最有挫败感的一个领域，也是工业4.0平台的重点。德国主要的人工智能研究机构包括德国人工智能研究中心（DFKI）、弗劳恩霍夫研究院、马普协会、莱布尼兹协会，以及众多高校。
2017年9月，联邦教育部启动了一个称为“学习系统PLS”（Plattform Learning Systems）的人工智能平台，这是继“工业4.0”平台之后，德国政府推出的第二个以数字化为主题的研发平台。这项计划是通过开发和应用“学习系统”，使未来的工作和生产更加灵活和节省资源，提高工作效率和生活品质，促进经济、交通和能源供应等领域的可持续发展。
2018年11月15日，德国联邦政府正式发布了《人工智能（Künstliche Intelligenz）战略》，口号是“AI Made in Germany”，从而将人工智能的重要性提升到了国家的高度。
德国人工智能战略，确立了十二个行动领域，强调科研、竞赛、中小企业推进等方面。以科研为例，联邦政府正在德国建立一个广泛、跨学科、具有国际竞争力的人工智能生态系统。通过为优秀的科研者提供良好的基础，以期望在人工智能获得最佳智力，并且“驱动”创新力。
人工智能战略还确定了十四个目标，最令人印象深刻的是，德国人工智能战略期望“德国制造的人工智能（AI）”成为全球公认的品质标志。
德国联邦政府发布的“人工智能战略”旨在扩大德国在工业4.0领域的强势地位，并成为工业AI应用领域的领导者。因此，工业4.0平台已将人工智能纳入其工作计划。平台主要研究新的数字商业模式，分析人工智能背景下的法律框架，并强调AI在提升技能方面的作用。为了发挥协同作用，工业4.0平台与学习系统平台PLS合作开展活动。通过对AI领域的全面研究，针对AI的工业应用提出具体建议，特别是针对中小企业的用例和场景。
目前，工业4.0平台上正在研究AI的工业应用案例，包括订单控制的生产、自适应工厂、自组织的自适应物流、基于价值的服务、产品交付的透明化与自适应性、生产中的人机交互技术、智能生产中的智能产品研发、创新产品研发、无缝且动态的工厂工程等。
图15：泛在AI的工业应用
（source：Christoph Legat, SCI4.0, 2018.11）
在德国工业4.0数字商业模式工作组，正在警告德国制造商，仅仅有Know-how是不够的，必须把数据应用考虑进来，这是成为未来制造业赢家的关键因素。而人工智能是关键的一个驱动力。
这对于以德国工艺而自豪的德国制造，是一个严厉的提醒。而“人工智能德国造”对工业4.0而言，将是一个带有复兴使命的严肃话题。
工业4.0的小石头
许多人追逐工业4.0，都是围绕着技术和理念。但实际上，德国工业4.0平台进行了全面的探索，工业4.0田地里的每一块石头，都被仔细地翻过了。
数字工业所需要的劳动力是一个重要方向，工业4.0平台在2017年专门推出了人才指南，许多企业也纷纷推出工业4.0人才的培训手册。
安全，也是德国工业4.0从来没有放弃过的话题。早在2016年就发布了《工业4.0安全指南》，给出关于安全的一些简单的基本原则。如减少部件，设计可靠的组件和模块；检测机制，需要设计早期预警和控制方式；建造，需要设计出受攻击后的恢复体系。赛博安全，也是重点。另外，数据主权是许多企业关心的重点。为了提供理想的数据安全框架，在德国联邦教研部资助下，在2016年1月，弗劳恩霍夫启动“工业数据空间IDS”计划。这是面向工业大数据的旗舰项目，由十二个协会旗下的研究所共同承担研发任务 ，目的在于凝聚各方的研发力量解决工业4.0的数据共享的重大难题，比如，位于慕尼黑的弗劳恩霍夫应用集成信息安全研究所（AISEC）负责提供工业4.0跨领域数据可信任共享和信息安全等。同时，还创建了一个非盈利组织——工业数据空间协会，初始成员有42家，包括蒂森克虏伯、博世、舍弗勒、大众等。每个成员需要实现一种商业驱动用户案例。
2017年德国联邦教育与研究部 (BMBF)批准了500万欧元的资助，进一步资助“数据空间”第二阶段的计划，目的就是寻求这一架构的国际化应用。德国不管迈出哪一步，都会念念不忘与国际化的标准对接。
同样，为了解决工业4.0领域中的复杂法律问题，德国联邦经济与能源部于2017年4月开始推出第一版工业4.0法律架构“Ju-RAMI 4.0”。”Ju”是德语中“法律”单词的开头字母。工业4.0，居然也有一个法律龙骨。这个构思，实在是超过工业界的想象。
小结
在德国，工业4.0已经不需要成为一个振奋人心的口号，它正在成为一个单调的专业动作。所有的专业动作，无论是高尔夫还是台球，对一般人而言都是好奇、振奋的，而对于训练有素的专业选手，这是一种安静而乏味的打磨。
工业的进步课，其实是一种沉静的积累，而不是运动的冲刷。工业4.0正在被严谨的德国人，按照一台精密机器的方式建造。这台机器，一天一天，一年一年在缓慢地成长。总有一天，整个世界的工业，会再次被这样一个工业战车所惊讶。
最值得惊讶的是，它是在大家的注视之下成长的。然而，它长出来的样子，却与大家想象和模仿的，都不一样。
作者简介
林雪萍：北京联讯动力咨询公司总经理 南山工业书院创始人
韦 莎：中国电子技术标准化研究院 物联网研究中心应用技术研究室主任
OPC UA——工业4.0的赢家
当前在德国，开放平台通信统一架构OPC UA的标准被公认为是一种有前途的、实现持续信息交换的方法。因此它已经成为工业4.0未来标准的主要候选者。德国机械制造协会VDMA与Fraunhofer IOSB发布了针对中小型机械制造企业如何在今后导入OPC UA及其迁移的可能策略的导则。导则明确的强调，OPC UA不是自动化实时通信的另一个标准，而是一种为目前尚处于信息孤岛的设备之间建立附加通信通道的工具。在工业4.0中，其主要任务为新的服务提供信息传输，而不是替代现有的实时通信协议。由于OPC UA只是实现新的客户场景的工具，所以没有必要等待客户对OPC UA提出明确要求才开始行动。特别是对于成套设备和机械制造厂商，应面该考虑的是实现这些场景大部分要建立在独立于供应商的基础上，而且保证信息交换的可互操作性。
图1给出用于工业4.0通信的OPC UA工具箱，包括以下各列（自左至右）：传输、信息安全、信息存取、伙伴规范和扩展信息模型。众所周知，OPC UA是一种面向服务的架构SOA，为机械数据（诸如设备描述、测量数值、参数和控制变量）信息交换的标准化构建了合乎工业要求的平台。这里再一次强调指出，在工业4.0的环境下运用OPC UA，目的不是要取代机械装置内业已普遍使用的确定性通信的手段，而是为不同生产厂商生产的成套装置、机械设备和部件之间提供一种统一的通信方式。
图1：用于工业4.0通信的OPC UA工具箱
作为OPC UA工具箱中的各个要素，传输层实现采用不同通信协议和通信类型的信息存取，但这些不同的通信协议和通信类型必须有一个共同的基础，即采用互联网协议（IP）。因此OPC UA要求网络的基础架构一定要赋有IP通信的能力。OPC UA兼容IPV4和IPV6.当前OPC UA基于客户端－服务器（C/S）和发布－订阅（pub／sub）通信机制，如图2所示。OPC UA的应用程序可同时并行地使用这两种通信机制。一个OPC UA的应用程序在同一时刻，既可以作为服务器、客户端，也可以作为发布端和订阅端。其发现的功能性使它能发现OPC UA服务器及其功能性。未来它将支持运用时间敏感联网TSN技术的确定性通信。
客户端－服务器通信直接实现客户端和服务器之间的数据交换，消息的接收是被确认的。发布端－订阅端通信类型适合于间接的数据交换，发送者和接收者无需彼此知晓，也无需同时被激活。它适合于大量的传感器与一个接收器相通信的场景（例如云端的状态监控和优化服务），或一个发送端和多个接收端的场景。一台注塑机可以同时向公司的多个不同的服务器（如可视化、MES或节能系统）发送其材料用量和能源使用量的测量值，就是后面那种应用场景。
图2：OPC UA的通信机制
信息安全是OPC UA的一个关键要素，是一种必须在构建软件平台的早期就必须认真考虑的问题。信息安全的机制必须覆盖传输层、信息存取和发现机制等多个方面。信息安全机制要求对通信参与者的身份和存取权进行管理。为加强和改善身份识别，身份管理赋予对OPC UA应用程序进行授权的能力。身份管理既可以对每一个OPC UA应用程序进行管理，又可采用全公司的公共密钥基础架构（PKI）进行管理。PKI可以对身份进行发布、分配和测试。
信息存取包括调用读写变量的类函数和观察事件。
伙伴规范和扩展信息模型----信息模型表述由节点构成的网络以及这些节点的关系。而节点可以用来表达具有不同特性的复杂对象，譬如设备、机械装置、成套装置。在OPC UA中对象可以容纳变量、类函数和事件。OPC UA信息模型可以表述任意的分层检索，此外，还可表述类型和节点的实例。对节点加以标准化时可带有类型，这样就能够进行信息存取，而与特定节点的实例无关。例如一种注塑机的类型包括注塑机所有的通用变量、类函数和事件。类型和类型的实例都是信息模型的一部分。由此OPC UA的应用程序就具有了在无需事先知晓的情况下理解复杂节点的能力。如果由两个厂商制造了同一类型的机械设备，这两种实现代表了两种实例。统一的信息存取通过两个厂家的同一类型完成。没有必要对特定厂家的信息进行存取。这就允许应用程序的开发可以独立进行，而无需顾及设备、机械和系统。例如一台注塑机可以用包括一个类函数“启动任务”、一个变量“当前的功耗”和事件“温度已达到”等信息来描述。
图3：OPC UA按逻辑分层
图3将图1所示的OPC UA工具箱的要素映射到OPC UA规范的逻辑分层。通过信息存取使得信息模型可被使用。而OPC UA的应用程序可按通信要求让信息模型作为服务器或发布端，以及用作客户端或订阅端。传输层描述信息存取层的技术关系，发现层则描述将OPC UA服务器列表的可能性。一般在诸如现场设备、控制器、台式计算机或IT服务器等设备中，采用OPC UA服务器作为信息的发送源。在图3中列出三种OPC UA的信息模型：设备的信息模型、伙伴规范和扩展信息模型。设备的信息模型及其集成（即设备集成）构成伙伴规范和扩展信息模型的基础。它包括设备模型（性能和功能性）、通信模型（通信的拓扑结构）和集成模型（设备集成的规则）。表1列出有关工业自动化方面的若干伙伴规范。
表1：OPC UA的工业自动化伙伴协议概貌
在一个企业中，基于OPC UA的工业4.0的通信可以分成四个阶段逐步实现（见图4）：
图4：中小企业采用OPC UA升级的四个阶段
第一阶段 基于OPC UA的工业4.0的通信其基本前提是网络运行要建立在互联网协议（Internet Protocol，IP）的基础上。如果已经有了这个基于IP的网络，那么OPC UA就可作为来自不同制造厂生产的机械的信息存取的统一接口。在第一阶段中机械的相关参数或系统监控参数可用手动的方法集成到状态监控系统中。相比采用多种不同的通信解决方案，这一方法已经显现出其优越性。
第二阶段 通过采用标准化的信息模型（即所谓OPC UA的伙伴规范）可以取得用例（use case）的即插即用。由不同供应商制造的机械和成套设备，其核心的功能性都在细分行业制定的伙伴规范中予以同等的模型化，调用这些被模型化的功能就能够对这些机械完成统一的集成和使用。越来越多的操作人员要求这种可互操作性，例如来自塑料机械和橡胶机械行业和来自通过RFID自动识别的细分行业。在德国，一些零部件制造商、机械和成套设备制造厂商已经开始迈向工业4.0的通信。第一个成果是伙伴规范EUROMAP77，规范定义了塑料机械和橡胶机械的统一信息模型。该规范可以用来支持和帮助较小规模的公司理解信息模型所带来的好处。同时也为其它行业开发伙伴规范提供了一个合适的范例。
第三阶段 运用扩展的信息模型将所在企业独特的诀窍和需要保密的非标准功能性容纳在其中，为体现企业知识产权在性能和效益方面的优越提供方便。企业这方面的专有技术（例如机械装备的优化功能）将受到OPC UA基于规则的授权的精确保护。
第四阶段 资产管理壳AAS是作为工业4.0资产的基本单元及其虚拟表达。各个资产管理壳通过工业4.0的通信彼此进行相互作用。可以在OPC UA以及伙伴规范和扩展信息模型的基础上实现AAS，这就是工业4.0通信的升级迁移的第四阶段。AAS的核心概念以资产的性能为中心，这些性能可被理解为标准的词汇，利用这些性能不仅可以把信息模型（伙伴规范）中特定细分行业的关系予以标准化，还可涉及用在信息模型和工业4.0基本单元中的单独的术语。按照国际注册数据识别码（IRDI）规定的识别码对性能进行识别，因而使性能与不同的语言和细分行业的专用名称无关，不会因为语言和名称的差异而产生混淆。AAS运用IEC 61360国际标准对性能加以标准化。
企业采用OPC UA作为工业4.0的通信的迁移升级过程必须循序渐进，不可能一蹴而就。一方面是因为尽管OPC UA相对而言是工业4.0可以采用的通信技术中最有基础和最成熟的，但毕竟还在进一步发展的阶段，还有许多与正在开发的其它通信技术（如TSN）融合的工作要做；另一方面，企业的迁移升级首先要以企业对当前市场需求的响应作为首要的驱动因素，同时适当兼顾技术的发展趋势，制定一个合理的迁移策略。不妨依照上述的四个升级阶段来考虑。
在升级的第一阶段首先解决信息的存取问题，采用OPC UA作为信息存取的统一通信接口。其前提是创建基于IP的网络，例如以太网或无线网络（WIFI或5G）并完成配置组态。网络的创建必须一次完成，不宜分期创建。接下去将各种来自机械设备和成套装置的变量采用手动的办法订阅。譬如先实现基于这些变量的状态监控的场景，这既可以降低停机时间，让用户看到明显的利益，又在这个过程中满足了OPC UA的基本要求，配置了OPC UA工具箱的相关模块。
本地发现服务器（local discovery server, LDS）用来发现新扩展的在一台机械装置或成套设备上的OPC UA服务器。对此，LDS不要求进行附加的组态。而OPC UA客户端（如来自MES或其它的机械装置）可以用LDV来发现可用的OPC UA服务器和发现可供使用的信息安全选项。在这些信息的基础上，OPC UA客户端建立了与这些OPC UA服务器的连接。
接着要做的是全公司范围的身份管理，即身份授权。对每一个项目都必须针对IT信息安全对存取权进行组态，对身份进行管理。对每一个OPC UA应用程序的授权都需要验证识别。为了建立各个OPC UA应用程序之间的安全连接，这些应用程序必须相互证明其可信。第一步先用手动的方式建立身份授权，然后进行全公司级别的身份授权管理。
至此，各个OPC UA应用程序的通信便可以通过OPC UA的SOA安全地进行，用户可以浏览之前导入的基本模型、读写变量、调用类函数和订阅事件。系统（譬如ERP、MES和PLC）之间的通信可以采用手动组态，例如把某个由PLC处理的能源测量值定期地发往MES。
进入第二阶段为了开发标准的信息模型可以参照细分行业的OPC UA伙伴规范。
一般而言伙伴规范总是建立在设备或设备集成的信息模型之上。信息模型描述设备的通用特性和功能性，及其可能操作的拓扑结构。伙伴规范定义细分行业的设备及其应用，例如现场设备、PLC或某类机械装置。运用伙伴规范会提高可互操作性，并使用例做到即插即投入使用。在调试或改装时，系统集成和自动化公司目前都是要手动调试控制程序，这些调试一般都根据手册和非正式的记录信息数据表，对于不同的制造厂商这些手册和数据表各不相同。今后如果机械制造厂和成套设备厂都运用伙伴规范，那么就具备了对这些厂进行信息交换的存取能力。由于都是标准化的信息可资利用，要将一台新的机械集成到一个成套设备中去很容易，再也没有厂与厂之间的差异。这样要把部件、机械、成套设备集成到MES系统，就很方便。如果已经有了某个细分行业现成的伙伴规范，一定要使用；如果没有现成的伙伴规范，也可以建立一个新的信息模型，然后以伙伴规范的形式予以标准化。在德国机械制造商协会VDMA承担其为会员单位开发与OPC基金会合作的伙伴规范的工作。
表2给出OPC基金会有关OPC UA服务器的行规，根据设备的大小分别有纳型嵌入式（Nano Embedded） 、微型嵌入式和嵌入式服务器行规和标准服务器行规，功能性也有相当大的差别，因而对实现的硬件资源要求（如计算能力、内存等）也有很大差异。顺便指出，在OPC的概念中，OPC服务器是指提供数据的设备，OPC客户端是指使用数据的设备。
表2：OPC UA服务器的行规
第三阶段引入扩展伙伴规范，是为了在标准化信息模型和独立于制造厂的信息基本集合的基础上，体现不同制造厂的差异化的特性。例如有些机械设备可以提供基于制造厂的经验和专有技术的节能优化或者循环时间优化的功能，这些功能并没有标准化，那么便可以通过建立扩展信息模型以明确的方式提供。而OPC UA的信息模型对非授权的存取具有良好的保护。
这里顺便指出，OPC UA服务器可以容纳多个信息模型，标准信息模型和扩展信息模型可同时存在于一个OPC UA的应用程序中。
OPC UA满足工业4.0通信的要求。由图5可知，基于OPC UA的工业4.0通信可以用在工业4.0参考架构模型RAMI4.0的分层递阶维度中所有层级的通信。OPC UA可以实现从最小的传感器到跨企业各层级的通信。在RAMI4.0的另一维度，基于OPC UA的SOA信息存取运用于通信层，而伙伴规范和扩展信息模型属于信息层的范畴。OPC UA也适合用于工业4.0基本单元的通信，以及连接设备（资产）与资产管理壳AAS。这后面一种情况则体现在集成层。
图5：OPC UA在RAMI4.0中的位置
结束语
从目前的推进形势观察，符合工业4.0要求的通信要获得全面成熟的应用，或许还要十年左右的时间。这不仅仅是因为许多相关的技术还处于开发、试验阶段，因为许多标准尚待开发制定和国际化，还因为涉及各主要工业国家和新兴工业国家相关法律的制定和通信运营商之间的协商。工业4.0所要求的通信毕竟是前所未有的通信集成，牵涉到万物（包括软件和硬件）和企业、人员的互联。当然还有政治因素，全球化和反全球化的斗争目前大有愈演愈烈之势，可能对此也会产生难以预料的影响。
作者简介
作 者
彭 瑜：上海工业自动化仪表研究院，PLCopen中国组织
编 审
孟采菽：《知识自动化》主编
工业互联中不得不谈的OPC UA
对于OPC UA和TSN技术，目前越发受到了产业的重视，关于工业互联网中的关键的规范与标准OPC UA必须予以充分了解，有时候真让人感慨，为什么那么多人，那么多号称工业互联网的公司在推进工业互联网，却鲜有人关注OPC UA这么重要的话题，这篇文章草稿倒是有很久了，发给丁研同学参考，给予了不少意见，特别分享给大家。
Q1.一定需要OPC UA吗？
没有OPC UA也并非不可以实现最为重要的互联中的“语义互操作"功能的，在这个方面也有诸如FDT/DTM面向流程工业，以及DDS、oneM2M、Web Service等方式在不同层面来实现，但是考虑到以下几点，采用OPC UA就有其必要性：
（1）.功能融合：机理模型、机器视觉、预防性维护、控制逻辑、工业协议适配等彼此独立且碎片化的功能，需要借助OPC UA统一架构进行融合，从而使这些以异构化功能串联在一起，形成多样化的应用场景。
（2）.经济性需求：如果没有统一的语义操作规范，对于IT访问OT而言，就会意味着大量的编程接口，这样就无法实现IT访问OT的经济性—这是关键，伟大的规划如果缺乏经济性都是无法推动的，什么工业4.0，工业互联网，都是没有前途。
（3）.软件模块化设计需求：由于行业属性、厂商特征千变万化，使得基于SoA的OPC UA提供了模块化软件设计的便利，SoA即面向服务，服务独立于数据本身，仅是以需要进行读取OPC UA Server中的数据即可，这样便于程序的模块化设计，独立于数据与传输，仅需访问接口。
（4）.标准与规范：即使没有OPC UA连接也是可以实现的，只是会需要不同的公司针对不同的项目去编程，而这个工作如果有标准与规范，可以大幅度降低企业的开发消耗的时间—想想全国的智能制造项目可以省多少开发调试时间，就觉得好有必要的感觉吧？
事实上，并非没有其它的规范，或者也可以自行定义语义规范，考虑到其它已有的规范的局限性，以及OPC UA积极的吸收其它规范并统一化，结合目前众多厂商已经共识聚焦在OPC UA，并且OPC UA基金会的中立性和非盈利组织特性，这几个原因使得OPC UA在某种意义上是已经达成的共识性规范。
Q2.为什么说信息模型是OPC UA的核心？
OPCUA信息模型是数字孪生技术落地的重要组成部分，在工业4.0参考架构中，数字孪生被称为资产管理壳。资产管理壳（又称工业4.0组件）是构成CPS系统的基本组织单位，该基本单位通过将各类资产（物理资产与软件资产）套上一层数字外壳的方式，从而构建虚实融合的CPS数字空间。
图1-OPC UA是数字孪生技术落地的信息连接剂
工业现场的资产由“人机料法环”构成，这些资产可划分为物质型与非物质型两类：物质型资产（又称物理型资产）包括生产性装备、物料、摄像头、仓储设备、扫码枪、传感器、自动化系统等；非物质资产（又称软件资产）包括生产工艺、控制算法、分析算法、报警逻辑、数据文件等，如图2所示。
图2-OPC UA在资产管理方面的角色扮演
由于各类资产的异构化特性，因此需要借助标准化的数字外壳将它们彼此融合。数字外壳由信息、通讯、功能与业务四部分组成，信息用于对资产进行描述，并实时体现资产的状态：当资产的状态发生变化时，资产管理壳的信息也会随之发生改变；通讯用于将各类数字外壳串联在一起，从而确保各类“虚体”与“实体”的彼此联动，实现虚实融合；功能是用户开发的控制算法、视觉分析算法及协议解析逻辑；业务是自动化工程师根据实际现场所组态而成的工程。
图3-OPC UA的信息模型及通讯功能是实现资产管理壳信息层与通讯层的落地技术。
OPCUA提供了语义互操作能力，也提供了不同的传输机制，方法与调用，但是，OPC UA的核心主要体现在信息模型上，信息模型可以理解为 “协同”而需要沟通的信息构建的模型，相较于传统的单机生产而言，信息模型是为了降低在系统配置、互操作方面的时间与精力消耗，进而降低系统的工程成本，事实上除了时间的消耗，不匹配的信息会导致各种出错的风险，以及不能匹配的功能。
Q3.OPCUA支持哪些传输机制？
图4来自Uwe Steinkrauss在2018年展会上关于OPC UA传输机制和信息模型扩展的架构，我们可以看到，OPC UA支持传统的Client/Server传输模式，为了响应更为广泛的大数据、云计算应用模式也融入了Pub/Sub的机制，如MQTT,AMQP,UDP都是属于Pub/Sub机制，Pub/Sub机制主要是为了增强信息交互的效率和实时性，包括TSN也被理解为一种Pub/Sub的支持通信方式。
图4-OPC UA的传输机制与模型扩展
[Source:Uwe Steinkrauss,OPC UA TechnicalIntroduction-basic concept, Automatica Munich,2018]
Q4:是否需要不同行业的信息模型的集成？
这个问题也是被讨论到的，因为不同行业具有非常大的特殊性，例如：塑料工业可能会关注模具，而机床可能会关注主轴的信息，对于制药行业则关注审计追踪的功能，从这个角度来说，每个行业都有其独特属性，连接的必要性似乎不大，有些人觉得仅各个行业去做自己的信息模型即可，无需把他们统一起来。
但是
在一个大型的工厂里，典型的例如电子制造业，其工厂内就包含了注塑机的塑料件成型，钣金成型，以及后道产品包装，以及物流，这个对于一个工厂而言，各种垂直行业的信息模型都是可能需要的，那么，这就是OPC UA伙伴信息模型要解决的问题，与之对应的信息模型如下表：
表1-OPC UA的伙伴信息模型（行规）
Q5.在实现工业4.0中OPC UA扮演什么角色？
实际上，在RAMI4.0参考架构中，关于信息的传输、安全、信息访问、行规、扩展信息模型等均采用OPC UA来实现，通过OPC UA将不同的传输机制予以集成、安全机制纳入其架构、基础信息模型、垂直行业信息模型，使得OPC UA能够成为各个不同单元的数据交互的统一规范。
图5-通过OPC UA的工业4.0通信实现
[Source: VDMA,Industrial 4.0 Communicationguideline based on OPC UA,2017]
图5比较全面的描述了OPCUA在实现整个工业4.0架构中的角色，涵盖：
（1）.在多个垂直层级（机器,产线,运营，支持）
（2）.多种应用场景：传输问题，安全通信，信息访问，行规问题；
（3）.全流程的数据交互问题：
图6是ZVEI在2017年就管理壳的结构文档，阐述了数据在工厂从供应商的设备级规划、设计、虚拟调试、生产再到机器制造商的全流程，再到整个工厂的全流程，从数字化设计、运营维护各层级，全流程的数据流如何被传输，基于管理壳的数据架构设计，而管理壳又被定义通过OPC UA来传输。
图6-管理壳涵盖整个智能制造的各个环节
Source:ZVEI,Structure of AdministrationShell,Continuation of theDevelopment of the Reference Model for the Industrie 4.0 Component,2017.9.5
Q.6OPC UA实现的业务与信息层次架构如何？
OPC UA的业务功能采用基于信息模型的“搭积木”方式进行构建，其核心思路是通过标准化的基础模型组件拼装成不同行业的领域模型组件；而后再由领域专家、实施工程师根据实际需求，使用领域模型组装出各场景的应用模型（如图7所示）。
图7-OPC UA的搭积木构建的信息架构（丁研提供）
OPC UA是实现资产管理壳的落地技术，采用该架构进行工业软件功能定义的过程如下：
（1）OPC UA负责制定一套通用、抽象且可扩展的信息模型（OPC UA基础信息模型）；
（2）各行业协会针对OPCUA基础模型进行扩展性定义，从而形成OPC UA行规模型；
（3）各工业软件厂商的开发人员，通过对行规模型的使用与二次开发，形成针对某一类应用场景的解决方案模型；
工程师在进行工程实施时，将使用已有的领域模型与解决方案模型，拼装出最终的应用场景模型（即应用场景的功能）。
图8-OPC UA信息模型实现层次结构（丁研提供）
图8即从OPC UA基础模型、行规（垂直行业）、厂商模型、应用模型四个层级进行了全景描述，相信此图可以清晰的为我们阐明OPC UA在整个工业互联中的角色。
它扮演的是一个粘合剂的角色，连接不同的软件单元，使得数据可以在不同的单元间进行传输，分享。
Q7.设备与资产的管理如何进行？
之前有朋友提及工业产线的编码问题，即，如何对不同的资产进行管理，包括了被加工的产品管理问题，其实，对于资产管理，OPCUA提供了AutoID的伙伴信息模型，通过AutoID(图9)，这些设备的信息，包括条码、二维码、RFID等多种形式进入产线的待加工产品，以及产线设备本身（如控制器、电机）等均可被管理，因此我们可以在信息模型中可以看到通过管理壳中的资产管理，预测性维护，能源管理即可将产线相关数据进行采集。
图9-OPC UA扩展AutoID信息模型用于资产信息输入
当然，AutoID只是一个具体的资产管理输入的环节，而对于资产管理本身是需要了解到Admistration Shell的，图10是一个通用的管理壳结构，通过这个结构，数据可以被交互，当然，传输的方式是通过OPC UA的机制，这个是在各个版本的管理壳架构中都有描述的（ZVEI,Fraunhofer,Industries4.0组织等在过去几年发布了多个版本关于管理壳的介绍，可自行检索）。
图10-RAMI4.0架构中的信息标签举例
例如：针对电气系统的管理壳包括了诸如PLC、伺服驱动、气动执行机构等，其包括了设计、手册的基本组件，然后包括定位、磨损、能耗等数据的传输。
Q8.PLCopen与OPC UA的关系如何？
PLCopen提供了针对自动化系统程序开发的标准与规范，PLCopen与OPC基金会联合开发的IEC 61131-3的OPC UA信息模型和相应的OPC UA的客户端和服务端的功能块规范，就可以用在由产品层和现场设备层，乃至控制设备层、车间层、工厂层、企业层，以及跨企业连接层中运用，起到符合工业4.0所要求的分布式、扁平化的通信作用。
通过使得PLCopen的Motion用于协同运动控制，完成产线的开发，同时通过PLCopen的OPC UA模块也可以将不同的机器在垂直和水平方向进行连接，从图11可知，PLCopen OPC UA主要体现在现场设备的互联（M2M）以及产线级、工作单元（工厂级）的连接。
图11-PLCopen与OPC UA的融合解决工厂信息集成问题
（Source:彭瑜,关于PLCopen在工业4.0中扮演的角色）
感谢来自和利时的研发经理丁研先生的修改意见，尤其是Q2和Q6基本上选择采用丁研的文档，在过去的几年里经常就OPC UA问题请教并交流，他对OPC UA的开发实践使得他对OPC UA的理解更为深刻，此文应该属于两个人合并的稿子，特别声明，并致谢丁研先生。
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