從19世紀50年代第一臺數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)到現(xiàn)代開放式數(shù)控系統(tǒng)，期間經(jīng)歷了多次重大變化，但是這些變化都局限在單機的功能和單元技術(shù)的革新和升級。設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進展緩慢。

近年來，出現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)層次的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，包括全系統(tǒng)、半成品和核心軟件，見下表。例如，德國的ISG公司僅提供數(shù)控軟件知識產(chǎn)權(quán)，由用戶自行配置或二次開發(fā)形成自己品牌的數(shù)控產(chǎn)品。美國國家標準與技術(shù)研究院NIST及其他開源組織可提供開源的LinuxCNC數(shù)控軟件，用戶可免費得到其源代碼，并可在GNU共享協(xié)議下進行開發(fā)。德國的PA(PowerAutomation)公司、倍福(Beckhoff)公司則提供模塊化的數(shù)控系統(tǒng)平臺，由用戶自行配置后形成自己品牌的數(shù)控產(chǎn)品。美國DeltaTau公司提供PMAC運動控制卡和相關(guān)軟件，由用戶開發(fā)組成自己的數(shù)控系統(tǒng)等。

下面的表格描述了數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)方式的變化：數(shù)控系統(tǒng)的互聯(lián)方式從最早的串行通信逐步升級為以太網(wǎng)通信。不同類型(品牌)的數(shù)控系統(tǒng)的通訊端口、通訊協(xié)議千差萬別。從表1還可以看出，在不同的時期，不同的階段，數(shù)控系統(tǒng)廠家設(shè)計并提供了面向不同應用目標的通訊方式和通訊協(xié)議。比如最早期的I/O方式用于和其他設(shè)備進行握手和工作協(xié)同。在第二階段的串口通訊時期(其實這個技術(shù)目前還有很多國內(nèi)外廠商正在使用)，主要是由于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存偏小，在遇到大程序時進行在線的NC文件下載，即最基礎(chǔ)的DNC功能，這種方式由于其技術(shù)門檻低，簡單、易行、低成本而被國內(nèi)數(shù)控廠商所廣泛使用，但是這也同時限制了國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應用，功能極為有限。第三階段，類似Fanuc、Siemens等中高端數(shù)控系統(tǒng)都配備了以太網(wǎng)接口，比如西門子數(shù)控系統(tǒng)提供基于OPC的標準化局域網(wǎng)通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)采集和文件傳輸往標準化靠攏，但是這個階段的系統(tǒng)設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計依然局限于局域網(wǎng)應用，更多的還是基于傳統(tǒng)的DNC設(shè)計思想，這個時期的數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)功能主要針對數(shù)據(jù)上傳和下載(如備份/恢復，NC程序下載和上傳，參數(shù)設(shè)定等)以滿足點對點或者局域網(wǎng)的互聯(lián)應用目標，但在互聯(lián)網(wǎng)時代到來時上述功能及其協(xié)議的形式卻又顯得有些捉襟見肘。

數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)方式的變化

以1996年發(fā)布的OPC協(xié)議為例，其最初目的是把PLC特定的協(xié)議(如Modbus，Profibus總線等)抽象為標準化的接口，通過以太網(wǎng)向HMI/MES等系統(tǒng)提供標準化的連接通訊支持，這種面向局域網(wǎng)的通信存在如下缺點：平臺局限、防火墻穿透困難、OPC無法支持互聯(lián)網(wǎng)、安全功能弱、數(shù)據(jù)完整性無法確保。

1、平臺局限，跨平臺幾乎無法實現(xiàn)。OPC基于微軟的COM/DCOM技術(shù)開發(fā)，只能運行于Windows系統(tǒng)，在如今工業(yè)控制領(lǐng)域流行的Linux等嵌入式平臺上無法支持，并且2002年初微軟宣布停止COM技術(shù)的研發(fā)，OPC的技術(shù)基礎(chǔ)面臨淘汰。

2、防火墻穿透困難，OPC通信在跨越計算機邊界時很難完成，用戶需要在防火墻中打開很多端口才能夠讓DCOM通信穿越，這嚴重影響了整個網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

3、對Web等互聯(lián)網(wǎng)應用的支持缺失，OPC無法支持互聯(lián)網(wǎng)，

4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持弱，OPC無法支持類似結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等復雜數(shù)據(jù)規(guī)范。

5、安全功能弱，類似設(shè)備認證、數(shù)據(jù)加密等網(wǎng)絡(luò)應用中非常重要的安全功能在老式OPC協(xié)議中并未設(shè)計。

6、數(shù)據(jù)完整性無法確保，在通信中斷或者異常時，OPC協(xié)議并無法確保傳輸數(shù)據(jù)的準確送達，數(shù)據(jù)通信常常會因此損壞并無法找回。

針對上述缺點，第四階段的通訊設(shè)計出現(xiàn)了OPCUA和MTConnect等面向互聯(lián)網(wǎng)應用的協(xié)議設(shè)計。

OPCUA為OPC基金會在原有OPC協(xié)議的基礎(chǔ)上進行了擴展和升級，首先解決了操作系統(tǒng)平臺的依賴問題，并且對互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應用提供了更多的支持。OPCUA通過隧道技術(shù)解決了網(wǎng)絡(luò)安全及防火墻穿透等問題，并支持發(fā)布訂閱等面向互聯(lián)網(wǎng)應用的新興通訊技術(shù)，其技術(shù)框架如圖2所示。

MTConnect是由美國機械制造技術(shù)協(xié)會(AMT)發(fā)起，聯(lián)合美國通用電氣等世界領(lǐng)先制造企業(yè)制定的開源、免費的機床通信標準，旨在提升來自不同制造商、軟件商的制造裝備、設(shè)備和軟件應用之間的互操作性。其技術(shù)框架如圖3所示。但是，各大數(shù)控廠商的系統(tǒng)架構(gòu)不同，參數(shù)、文件命名規(guī)范甚至操作系統(tǒng)都不盡相同，想要對數(shù)量龐大的數(shù)控設(shè)備進行統(tǒng)一的規(guī)范，并且使得數(shù)量龐大的類似ERP、MES等客戶端廠商進行統(tǒng)一規(guī)范并使得相關(guān)應用得以協(xié)同工作依然是一個漫漫長征路。

MTConnect協(xié)議僅僅針對客戶端與設(shè)備的通訊進行了約定，但是并未對互聯(lián)網(wǎng)端的應用及其協(xié)調(diào)互通接口進行約定，其問題的根本與OPCUA一樣，本質(zhì)上還是基于點對點的通訊問題解決，但是互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應用需求不僅僅局限于此。因而MTConnect的協(xié)議需要一套云端應用的規(guī)范來進行合理的補充，才能夠使得數(shù)控機床的互聯(lián)網(wǎng)應用得以真正順暢實現(xiàn)。