增材制造进入产业化, umati（通用接口）标准的重要性

| 3DScienceValley · 2022/06/30

近年来，3D打印-增材制造业一直被看好，工业4.0指日可待。现实情况是，增材制造等流程的关键部分仍然严重依赖手动流程。而只有增材制造工艺能够成功集成到未来高度自动化的工业流程链中，才能发挥潜力，真正意义上进入产业化。这正是 VDMA （德国机械设备制造业联合会）成员多年来系统地努力的目标。

OPC UA
© umati

当前3D打印-增材制造在医疗、航空航天等工业制造企业获得了蓬勃的发展，这些行业要求产品具有的可追溯性，那就需要将数字化流程链中的每个步骤连接起来，提供关键流程控制、关联数据流和可追溯性功能。根据的市场了解，在现实生产中，很多设备之间的接口并没有统一的标准，这使得数据的交互变得非常困难。

在迈向智能化的增材与减材融合的工厂的路途中，当前的局限不仅仅是增材设备之间缺乏统一的通用接口标准，减材设备之间也缺乏统一的通用接口标准。在这方面，umati（通用接口）标准的重要性正在浮现。

增材制造发展阶段
© 白皮书

实现敏捷自动化的关键里程碑

在各种机器和技术组件之间实施数据标准化是实现敏捷自动化的关键里程碑。合作伙伴和 VDW （德国机床制造商协会）共同创造了 umati，umati 标准从标准定义开始就内化了这一目标，这使他们处于独特的位置，可以在未来几年兑现自动化的承诺。

umati 是基于 OPC UA 的开放式标准，目前适用于全球机床用户，它用于探索未来制造业的新潜力，在推进增材制造的开放式标准方面的努力正在加速。

VDW（德国机床制造商协会）是 OPC 基金会的成员，因此隶属 OPC UA 社区。它使机床和外围设备能够连接到客户特定的 IT 生态系统——连接简单、安全且无缝。

在传统制造业，VDW正在推动国际公认的 OPC-UA 接口标准的使用以及与 umati 的数据通信，以实现网络化。VDW正在逐步实现从设计到材料处理再到后处理的流程链自动化，并将用于光学全方位流程控制的解决方案集成到机器和系统中，以实现可重复的质量。

在过去的几年中，增材制造技术和材料取得了重大进展——但即使是世界上的大部分顶级的生产企业仍然使用手动流程来处理大部分调度和质量控制。这是因为工作的复杂性，缺乏最佳实践以及独立机器数据系统的开发。

了解到一旦例如umati 的这些标准到位并投入使用 – 将大量其他流程简化并且生产成本下降。用于3D打印-增材制造的设备也是如此——交换和共享信息越容易，制造的效率就越高。

涉及生产的所有行业的公司都需要通用机器接口，以确保清晰的数据收集、简化的通信渠道和不同机器类型的控制。Umati 使机器供应商能够提供连接接口，以便轻松连接到客户特定的软件解决方案。

为什么（机器）通信是关键

虽然可以通过多种方式提高制造效率，但最稳定的流程是通过自动化通信流程来完成的。这就是精益生产线所完成的。所有生产步骤都标准化为稳定的数据流。这样，即使生产中的某些组件发生了切换，价值链仍会收到完整的信息内容，因此可以有效地做出决策。这有助于提高产能利用率、确保质量并创建更灵活的流程。

但是为了让机器能够传输数据并提高效率，需要一个连接接口。过去已经开发了不同的方法来简化车间数据流（例如 REST API、MTConnect）。

不幸的是，它们都没有实现通用的即插即用解决方案。它们要么缺乏特异性（例如，没有明确定义端点），要么缺乏功能（例如，仅支持单向通信）。这限制了它们跨行业使用的能力，特别是当生产环境中有多台机器时。考虑到典型的3D打印-增材制造服务机构拥有来自四到八家供应商的 3D 打印机，在流程的后期，需要可以找到相同数量的后处理站，以及用于管理工作的质量保证系统和软件。

为全面工业 4.0 自动化做准备

自 2018 年以来，VDW联合工作组由来自 10 多个国家的 70 家公司发起了umati（通用机床接口）标准这项倡议。

VDW认识到建立全球认可标准是一项重大挑战，因此使用 OPC UA 作为基础交付方法。OPC UA 已经使用服务器-客户端模型来查找数据、读取和写入新操作、执行任务并提供数据和事件通知。这使 umati 能够通过使用 OPC UA 的基础架构“跨越”多个竞争标准。

OPC UA 的主要现有功能是：

独立平台：适合嵌入各种机器类型并在基于云的软件基础架构中使用。

安全的：支持加密、身份验证和审计

可扩展：可以在不影响现有应用程序的情况下添加新功能

综合信息建模：允许定义和管理增材制造和工业 4.0 所需的复杂信息流。

应该交流什么（机器）数据？

umati 的主要初始任务是定义标准化语义，嵌入现有的 OPC UA 信息模型中。这是通过在现有 OPC UA 格式之上为服务器和客户端创建数据结构的通用方式来实现的。这种选择还有助于最大限度地降低供应商在实施系统时的风险，因为 OPC UA 已经作为数据标准进行了测试和验证。

一旦完全定义，umati 将是通用的，因此可以轻松链接不同的机器类型和应用程序。它简化了与多个供应商的机器连接任务，还减少了连接到其他 OPC UA 集成的工作，即使他们没有添加 umati。

2020 年年中的官方 umati 版本将涵盖以下：

识别不同制造商的机器
概览正在运行的生产
作业中的零件概览
作业运行时间概览
设备状态概述
即将进行的手动活动概述
错误和警告概述
为 KPI 计算提供信息
为媒体和能源使用统计提供数据
提供刀具数据概览（对于CNC数控设备）

对于未来的版本，预计会有更高的功能：

经营状况
有关零件和材料的信息
受控数据管理
机器对机器通信（自动化系统）
作业档案管理
零部件生命周期信息
过程分析/质量保证

通过将所有这些信息放入不同生产机器的通用界面中，可以轻松地在机器和软件应用程序之间跟踪和移动关键参数。当涵盖所有这些用例时，数据集将涵盖工业 4.0 制造的用例。

正如《3D打印与第四次工业革命-第二版》提到的智能制造作为新一代的物质生产技术，与新一代人工智能技术深度融合，形成真正的新一代智能制造技术，进而成为第四次工业革命的核心技术引擎。以精微材料为起点、以数字化控制为手段，创造性地实现了在零件制造过程的同时在制备材料、制备材料的同时在制造零件，将传统上材料选择制备和工艺加工的串行过程转变为成性和成形的并行过程。

在不久的未来，增材制造与减材制造将无缝的衔接在一起，形成了一个唇齿相依的工艺融合的时代，而设备的通用接口标准的重要性或许才刚刚显现出来。

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