剛剛過去的11月，對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)而言并不平凡，發(fā)生了很多可能一石激起千層浪的標(biāo)志性事件。這些事件均由IT企業(yè)引領(lǐng)，積極將IT與OT推向融合。
這是我在【物女心經(jīng)】專欄寫的第270篇文章。
剛剛過去的11月，對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)而言并不平凡，發(fā)生了很多可能一石激起千層浪的標(biāo)志性事件。這些事件均由IT企業(yè)引領(lǐng)，積極將IT與OT推向融合。
第一件，開源軟硬件平臺(tái)Arduino發(fā)布了其首款具有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)功能的微型PLC。該P(yáng)LC可以借助Arduino大量靈活、易用的開源軟硬件資源，實(shí)現(xiàn)快速部署。這款產(chǎn)品的問世，推動(dòng)工業(yè)控制系統(tǒng)的白盒化更進(jìn)一步。
第二件，Marvell推出了一系列旨在將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)引入工業(yè)環(huán)境的芯片，搭載多種安全功能并提供對(duì)TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的支持。該系列芯片的發(fā)布具有里程碑式的意義，表明標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP進(jìn)入工業(yè)體系的時(shí)機(jī)趨近成熟，IT與OT正在走向真正的融合。
第三件，Analog Devices、ARM、亞馬遜云服務(wù)、貝加萊、施耐德電氣和德州儀器等公司，正在一起合作基于開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS構(gòu)建OPC UA over TSN。這項(xiàng)行動(dòng)的重點(diǎn)是將OPC UA over TSN的能力進(jìn)一步下沉，從控制器、工業(yè)PC、HMI等設(shè)備，繼續(xù)下探到功耗和算力更加受限的傳感器和執(zhí)行器，也就是將OPC UA over TSN這條IT企業(yè)直達(dá)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特快通道，修建得更加徹底。
這些事件在國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道，這篇文章我們分別來進(jìn)行解讀。
白盒化，工業(yè)控制的開源征程
工業(yè)中一直存在設(shè)備、協(xié)議、操作系統(tǒng)、編程軟件緊密綁定的情況。自從在1970年代PLC（可編程邏輯控制器）和DCS（分布式控制系統(tǒng)）進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域之后，控制層的自動(dòng)化硬件和軟件結(jié)構(gòu)從未變動(dòng)，一直圍繞著捆綁式的自動(dòng)化硬件和軟件在演進(jìn)。
這與1970年代的小型計(jì)算機(jī)市場(chǎng)非常類似，當(dāng)時(shí)幾乎每一個(gè)小型機(jī)的供應(yīng)商都是以硬件軟件捆綁的應(yīng)用方式和軟件工具，以及自己的渠道伙伴和軟件供應(yīng)商進(jìn)入和占領(lǐng)市場(chǎng)。
工業(yè)設(shè)備的白盒化這個(gè)趨勢(shì)在很多場(chǎng)景中發(fā)生，典型的包括流程工業(yè)、離散控制等。
在流程工業(yè)，開放過程自動(dòng)化架構(gòu)OPA標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基本輸入輸出，及監(jiān)管控制功能塊的執(zhí)行。在離散控制，統(tǒng)一自動(dòng)化平臺(tái)UAP讓控制器可以最大限度的采用通用化的硬件，推進(jìn)硬件與軟件解耦，并使得通訊走向標(biāo)準(zhǔn)化。
Arduino推出的這款名為Opta的可編程邏輯控制器（PLC），推動(dòng)工業(yè)控制系統(tǒng)的白盒化更進(jìn)一步。
Opta的基本功能包括支持標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-3 PLC語言，通過Modbus TCP（以太網(wǎng)）和Modbus RTU（串行RS485）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線集成，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、Wi-Fi、BLE實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接，通過Arduino Cloud進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，支持OTA固件更新和設(shè)備管理。
根據(jù)Arduino業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人在LinkedIn帖子上發(fā)布的信息，Opta售價(jià)將低于200歐元，精簡(jiǎn)版本的起步價(jià)為122歐元。
工程師們展示了使用Opta實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和樓宇控制的案例。比如將Opta與稱重傳感器、視覺系統(tǒng)結(jié)合使用，完成包裝箱在傳送帶上的運(yùn)輸和填充。
Opta使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP進(jìn)行時(shí)鐘同步，并自動(dòng)在包裝上打印時(shí)間信息。Opta的實(shí)時(shí)監(jiān)控通過BLE接入本地HMI，或者直連Arduino Cloud完成。其內(nèi)置的機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以檢測(cè)異常情況的發(fā)生，并基于預(yù)測(cè)性維護(hù)來確保產(chǎn)線無憂。
工業(yè)設(shè)備白盒化的推進(jìn)，亦將對(duì)行業(yè)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。通過其搭載的多種連接功能和機(jī)器學(xué)習(xí)，Opta的推出解鎖了大量IT工程師實(shí)現(xiàn)OT工業(yè)控制的能力，也讓很多OT工程師能夠輕松調(diào)用豐富的IT資源。
車同軌，IT與OT走向真正融合
時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。日常生活中，幾乎每個(gè)人都使用過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)或者Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，在我們下載超大文件或者進(jìn)行語音通話的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)丟包、變慢或卡頓的情況。這些問題在平時(shí)可能沒什么大不了，但是一旦類似問題發(fā)生于工廠車間，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故或者人身危險(xiǎn)。
因此在工業(yè)領(lǐng)域，用戶對(duì)于通信的低延遲和確定性有著很嚴(yán)苛的要求，可行方案是通過引入時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)來解決這個(gè)問題。
Marvell新推出了將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)引入工業(yè)環(huán)境的芯片，具體方案由Prestera交換機(jī)和Alaska PHY收發(fā)器組成，借助TSN將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)擴(kuò)展到工廠的車間中。
這一系列芯片的發(fā)布，具有里程碑式的意義。一般意義上的工業(yè)以太網(wǎng)，都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行了某種定制，不是真正意義上的使用以太網(wǎng)以及標(biāo)準(zhǔn)IP技術(shù)進(jìn)行通訊。
該系列芯片的問世表明標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP進(jìn)入工業(yè)體系的時(shí)機(jī)趨近成熟，一顆芯片可以同時(shí)支持IT與OT多種通訊需求，從而降低了成本，IT與OT正在走向真正的融合。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2026年基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其市場(chǎng)占有率將從不到15%增長(zhǎng)到趨近50%，工業(yè)以太網(wǎng)的總市場(chǎng)規(guī)模也將攀升至17億美元。
考慮到工業(yè)通訊設(shè)備的生命周期普遍長(zhǎng)達(dá)20~30年，因此基于標(biāo)準(zhǔn)IT技術(shù)的以太網(wǎng)引入工業(yè)尚需時(shí)日，不過一旦標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普及，將會(huì)引發(fā)更大范圍的變化。
因?yàn)镮T網(wǎng)絡(luò)具備更加全面的特性與功能，具有總體擁有成本低、使用簡(jiǎn)單的明顯優(yōu)勢(shì)。使用非標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通訊協(xié)議，芯片價(jià)格在幾歐元的量級(jí)，而TSN和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的芯片，售價(jià)存在縮減到十分之一的潛力。況且通用的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算資源更為經(jīng)濟(jì)，過去龐大的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施投入的必要性正在減弱。
可以預(yù)測(cè)，TSN與標(biāo)準(zhǔn)IP技術(shù)的結(jié)合，將為IT與OT的融合建立統(tǒng)一的通訊“高速公路”。
書同文，OPC UA觸達(dá)現(xiàn)場(chǎng)層
在文章《TSN聯(lián)手OPC UA，將是阿里、騰訊、華為們直達(dá)工業(yè)4.0的特快通道》中，我曾經(jīng)提到過OPC UA over TSN的重要作用。
TSN與OPC UA聯(lián)手，正在嘗試改寫工業(yè)通訊的底層架構(gòu)。由TSN與OPC UA鋪成的“特快通道”，有可能讓一直在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域懸空的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、IT企業(yè)們直達(dá)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層。
OPC UA是OPC基金會(huì)提供的新一代技術(shù)，提供安全、可靠并獨(dú)立于廠商的數(shù)據(jù)傳輸，跨越制造層級(jí)、生產(chǎn)計(jì)劃層級(jí)和ERP層級(jí)。通過OPC UA ，所有需要的數(shù)據(jù)信息在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、對(duì)每個(gè)授權(quán)的應(yīng)用、每個(gè)授權(quán)的人員都可使用。這種功能獨(dú)立于制造廠商的原始應(yīng)用、編程語言和操作系統(tǒng)等軟硬件屬性。
OPC UA over TSN，其中TSN解決數(shù)據(jù)獲得的問題，OPC UA解決語義解析的問題。兩者搭配，傳統(tǒng)工業(yè)的金字塔架構(gòu)在很大概率上會(huì)被直接打破，變成扁平化結(jié)構(gòu)，不用再經(jīng)過層層設(shè)備，數(shù)據(jù)獲得可以直接“跳步”貫穿到數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用。
如今，OPC UA over TSN 又有了最新進(jìn)展。Analog Devices、ARM、亞馬遜云服務(wù)、貝加萊、施耐德電氣和德州儀器等公司，正在一起合作基于開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS構(gòu)建OPC UA over TSN。
原本OPC UA 僅能覆蓋內(nèi)含CPU的控制設(shè)備，比如PLC、工業(yè)PC、HMI人機(jī)界面或者SCADA，因其對(duì)設(shè)備的算力和內(nèi)存具有較高的要求。而本項(xiàng)行動(dòng)的重點(diǎn)恰恰是將OPC UA over TSN的能力進(jìn)一步下沉，從控制器、工業(yè)PC、HMI等設(shè)備，繼續(xù)下探到功耗和算力更加受限的傳感器和執(zhí)行器。
該行動(dòng)將解鎖大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)OPC UA over TSN的支持，從而在整個(gè)工業(yè)體系中建立更加廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，也就是將OPC UA over TSN這條IT企業(yè)直達(dá)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特快通道，修建得更加徹底。
OPC UA作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕y(tǒng)一格式，無論是傳感器層還是云平臺(tái)層都可以部署，保持全棧信息模型的統(tǒng)一。因?yàn)闊o論產(chǎn)品類型、品牌和功能等差異如何存在，均可輕而易舉的實(shí)現(xiàn)從下到上的貫穿和整合。
寫在最后
白盒化、車同軌、書同文，工業(yè)企業(yè)如何把握這些機(jī)遇？
AI+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，作為產(chǎn)業(yè)智能化的新范式，將怎樣推進(jìn)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型？
后疫情時(shí)代，工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的手段有哪些？
?為了更好的回答上述問題，2022年12月7日，一年一度的產(chǎn)業(yè)盛會(huì)【中國(guó)AIoT產(chǎn)業(yè)年會(huì)暨2023智能產(chǎn)業(yè)前瞻洞察大典】將在深圳召開。
在年會(huì)中，我們即將發(fā)布《2023年中國(guó)AIoT產(chǎn)業(yè)全景圖譜——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)子圖譜》，并且圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最新發(fā)展趨勢(shì)，我們特別設(shè)置了系列演講環(huán)節(jié)，分享和交流前瞻的產(chǎn)業(yè)方向、技術(shù)趨勢(shì)以及應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展提供新價(jià)值、提供新動(dòng)力。
