Canonical Message Service vs UNS：智能制造系统中的两种语义集成路径 - 实践

系统可扩展性与自动化程度的基础。围绕这一目标，业界出现了两种典型路径：就是在智能制造系统（Smart Manufacturing System, SMS）走向高度互联与自治的过程中，“语义统一”成为贯穿设备层、产线层、工厂层到企业层的核心课题。无论是构建工业互联网平台、打造数字孪生，还是推进 AI 工厂（AI-native Factory），信息模型的一致性、消息结构的统一性都Canonical Message Service（规范化消息服务，CMS） 与 Unified Namespace（统一命名空间，UNS）。两者都旨在解决异构体系的数据集成与语义协调问题，但在架构思想、契约机制与企业落地价值上有所不同。

一、Canonical Message Service：基于“统一消息格式契约”的传统集成逻辑

Canonical Message Service起源于企业集成平台（EAI/ESB）的思想：
不同架构只要遵守一组统一的Canonical Data Model（CDM），即可通过中间件相互通信。其核心理念是：

• 定义企业级统一消息格式（Canonical Model）
如工单、物料、设备状态、质量结果等都定义一个“规范版本”。

• 系统 → Canonical 的转换（Adapter/Mapping）
每个架构负责将自己的本地格式映射到 Canonical.

• 通过消息总线实现发布 / 订阅
如 JMS、Kafka、RabbitMQ 等。

CMS 的优势在于：

1. 高度契约化
所有生产体系都以同一种消息结构沟通，降低集成复杂度。

2. 可控性强
中心团队统一治理 CDM，能确保一致性与质量。

3. 适用于稳定流程的业务
如 ERP、MES、质量架构、供应链架构等相对稳定的领域。

但其在智能制造的落地中面临几个结构性问题：

• Canonical Model 通常难以覆盖 OT 侧的高速变化语义：设备型号、工艺步骤、状态标签变更频繁。

• 映射成本随系统数量呈指数上升：设备越多，Adapter 越多。

• CDM 的治理周期长，不适合灵活迭代：尤其是 AI 赋能、OT 低延迟场景。

因此，CMS 更像是企业级信息集成的“高精度、低频”的方式，适用于计划层、业务层，而非现场实时素材层。

二、Unified Namespace：面向工厂语义的“数据原生组织方式”

Unified Namespace（UNS）是随着智能制造与 MQTT/Sparkplug B 的普及兴起的一种模式。其理念不是“统一格式”，而是“统一语义结构（Namespace）”：

企业所有业务对象、设备对象、事件对象，都在一个可浏览、可订阅、可查询的语义命名空间中实时呈现。

UNS 的核心特点包括：

• 以工厂语义为中心，而非数据格式为中心
例如 ISA-95、S88、PackML、OPC UA 信息模型等成为命名空间的骨架。

• 即插即用，设备或系统以原生语义发布数据
不必须强行映射到 Canonical Model。

• 高实时性与高可观测性
所有生产事件可在 UNS 中直接观察、推送并被 AI/Agent 订阅。

• 主题层级（Topic Hierarchy）成为“工厂数字镜像”
如 Factory/Line/Unit/Equipment/State.

UNS 的优势在智能制造场景中尤为明显：

1. 快速集成 OT/IT
不需要重建繁琐 Canonical Model，可直接用 ISA-95/S88/PackML 作为语义约束。

2. 天然支持实时与事件驱动
适用于 AI Agent、异常检测、数字孪生、排产优化等。

3. 可处理大规模设备与高频时序数据。

4. 语义自描述，支持可观测性与自适应 AI 工厂。

但 UNS 也有挑战：

• 并不强制统一消息结构，因此系统间共享复杂业务数据时需要约定规范。

• 依赖良好的命名空间治理能力（ACL、命名策略、语义层级约束）。

• 应该企业具备一定 OT/IT 跨界能力。

三、CMS vs UNS：核心差异

维度	Canonical Message Service (CMS)	Unified Namespace (UNS)
本质	统一消息格式（CDM）	统一语义结构（Namespace）
约束方式	强契约（格式统一）	弱契约（语义统一）
适用层级	ERP/MES/质量/供应链等业务层	实时生产层就是OT/IT 全域，尤其
扩展性	随设备数增加成本上升	随主题扩展线性增长，扩展性高
治理难度	需要强中台治理	需要语义和ACL治理
实时性	中等	高
典型技术	ESB、Kafka、JSON Schema、Avro	MQTT、Sparkplug B、OPC UA、ISA-95/S88

总结一句：

CMS 解决“企业平台之间如何理解彼此”，UNS 解决“整个工厂如何在统一语义中自组织”。

四、如何在智能制造中选择？

：就是1. 如果你的目标

• ERP 与 MES 的集成

• 供应链材料协同

• 跨工厂的业务流程编排
→ 优先选择 CMS（Canonical Model），因为业务数据结构稳定、强契约更适用。

2. 假如你的目标是：

• 实时生产数据采集

• AI/Agent 驱动的智能工厂

• 大量设备、线体、工位的语义治理

• 构建工厂级数字孪生或事件驱动架构
→ 优先选择 UNS，因为它为动态 OT 语义和实时事件而设计。

3. 最佳实践：CMS × UNS 混合架构

在先进的智能制造体系中，越来越多企业采取如下分层：

• UNS 负责工厂级语义与实时事件（基于 ISA-95 / S88 / PackML）

• CMS 负责业务系统之间的稳定数据契约（如订单、质量记录）

这种模式类似于：

• UNS 是“工厂实时语义层”

• “企业稳定业务层”就是CMS

两者并不冲突，而是互补。

五、结语

在智能制造从自动化走向智能化的转折期，资料的“格式统一”（CMS）与“语义统一”（UNS）同样重要，但承担不同责任。
CMS 强调稳定性和契约，UNS 强调实时性和语义映射。
企业应基于生产特性与IT治理能力，构建分层语义架构，使二者形成协同，而非二选一。