隨著工業化和資訊化融合的程序不斷推進,工業化加快向數字化、網路化、智慧化方向發展,資訊化加快向雲端計算、大資料、人工智慧方向演進,二者形成歷史性融合趨勢。
在政策上,先後出臺的《關於深化製造業與網際網路融合發展的指導意見》《關於深化「網際網路+先進製造業」發展工業網際網路的指導意見》,標誌著中國兩化融合政策體系基本形成。工業和網際網路創新融合成必然趨勢,將共同促進以消費驅動生產和銷售的精準營銷和個性化定製,為重塑生產過程,為製造業添磚加瓦。
工業領域涉及的硬體裝置種類眾多,軟體分類和介面協議不一,開發者技術門檻較高。且工業封閉的專有自動化平臺不利於多元化自動化系統整合,隨著 IT 技術日新月異的發展,在兩化融合的過程中,可能存在「IT 不理解 OT」「OT 不理解 IT」等障礙,行業亟待開放、互操作的 IT/OT 融合解決方案。
在 IT 領域,由於開源、雲端計算等技術的應用,有大量通用、開源的平臺快速實現各類應用。然而由於傳統控制領域相對封閉,一直以來其技術架構可滿足自身特徵即可,儘管自動化系統廠商提供硬體 PLC、感測器、變頻器、運動控制卡、HMI 軟體、電纜、SCADA 等技術,但各廠家存在不相容現象。
其次,由於工業領域的複雜性,對系統架構的穩定性、可靠性、安全性要求極高。此處與網際網路要求的資訊保安不同的是,工業領域必須保證生產中的人員和財產安全,所以在架構演進上是自下往上推進,需先保證資料連線、傳輸可靠、資訊成功採集後,再考慮優化智慧演算法等。這與 IT 領域的期待的頂層設計、敏捷開發截然不同。
在兩化融合的過程中,IT 與 OT 的技術架構設計、程式設計方式、系統使用習慣、技術術語存在差異性,將可能導致重重壁壘。例如當 IT 工程師將大資料、AI、容器、微服務等新技術,幻想使用相同的技術架構有效應用在工業領域,可能首先就發現難以獲取自動控制系統中的資料,面臨「大資料沒有資料」的尷尬。
該如何利用 IT 前沿技術來助力發掘 OT 價值?
回顧以往 IT 領域的發展,從大型機到小型機、再到微型機、PC 機、手機,從「軟體吞噬世界」到「開源吞噬世界」,我們觀察到,均是從傳統軟硬一體專用系統,演進到軟體解耦的開放系統,幫助企業和開發者提高原有的工程開發和運營效率。
對此,施耐德電氣高階副總裁、工業自動化業務中國區負責人龐邢健表示,「推動工業自動化達到更高水平的關鍵因素不僅僅是合適且靈活的硬體架構,更是可複用可移植的軟體體系。隨著計算能力和互聯互通能力的不斷提高,軟體驅動的工業自動化已經成為可能。我們認為實現軟硬體解耦,可互操作、可移植的應用軟體將成為工業發展的主要推動力量。」由此可見,欲加速 IT、OT 融合,離不開開放自動化。
開放性標準 IEC61499, 連線 OT 「最後一公里」
擁有 38 年 IT 從業經驗資深技術專家姚遠曾在《理想的開放自動化》一文中談到,應在以下方面發力:建立更加開放通訊協議和資訊模型、標準化的設計語言及其運行環境、軟硬體解耦、與 IT 技術充分融合、跨平臺 HMI 等。
他進一步介紹到,從 IT 工程師的角度來看,IEC61499 標準主要解決分散式工業控制系統的開發而設計。其主要特點有:一是面向分散式工業測量與控制的標準,是一種分散式系統程式設計方式;二是基於事件的概念,使程式設計具有確定性和實時性。
作為開放性標準,IEC61499 標準中規範的功能塊是一種圖形化的資料流程式設計方法。在工業控制領域,很早以前就引入了圖形化程式設計梯形圖,隨後添加了功能塊方式、結構化文字等,形成 IEC61131-3 標準,IEC61499 就在這種圖形化程式設計基礎上發展起來的分散式系統程式設計方式。
IEC61499 標準採用了面向物件程式設計的程式設計理念和軟體元件化思想。由於未指定程式語言,可使用 C++ 等多語言來編寫,同時相容 IEC61131-3 的程式語言。IEC61499 標準的應用程式程式設計類似於 IEC61131 標準中的 CFC,但其圖形顯示能力大大提升了可讀性。
如此一來,IT 工程師以功能塊庫的形式為 OT 領域提供增值服務的軟體,用的依然是 OT 工程師所熟悉的方法,故 IEC61499 被稱為連線 OT 「最後一公里」。
如今,IEC61499 標準誕生有 15 年了,原來是學術研究居多,真正應用到商品化,在工業領域裡長期運營的系統較少,其中專注 IEC 61499 的應用開發和產業化的 nxtControl 是其中的佼佼者。
2017 年,施耐德電氣獨具慧眼收購 nxtControl 後,成立由機器自動化、工廠自動化和過程自動化的產品管理和研發人員組成的「孵化器」組織,結合施耐德電氣和nxtControl 的技術,推出「即插即用」的開放性平臺——EcoStruxure 開放自動化平臺,這是以軟體為中心的全新工業自動化系統,開放的平臺將軟體與硬體解耦,從根本上提高系統的敏捷性和可擴展性,有效降低 IT 向 OT 技術融合的難度,解決工業物聯網裡「研發的最後一公里」。
近半個世紀厚積,EcoStruxure 開放自動化平臺出鞘
早在 1978 年,施耐德電氣發明世界首個工業開放通訊協議 Modbus,如今已成為工業通訊領域的業界標準。
1996 年,推出基於 TCP/IP 乙太網的Modbus TCP,這是第一個成為國際標準的 Modbus 乙太網協議。
上世紀九十年代提出「透明工廠」理念,旨在通過開放的網路、控制器、軟體幫助企業打通從 IT 到 OT,從 OT 到 IT 的資料。
積累近半個世紀在自動化開放的經驗,2020年底,施耐德電氣重磅推出 EcoStruxure 開放自動化平臺(EcoStruxure Automation Expert)。該平臺不能簡單理解為一個軟體,而是軟硬體的系統。提供一體化的開發工具用來開發工業自動化應用程式,提供系列自動化硬體,如支援分散式控制的ATV系列變頻器等;擁有統一的標準運行環境,可以運行在基於Linux/Windows 的IPC、基於 Linux的嵌入式裝置上,還提供庫檔案等。
所以EcoStruxure 開放自動化平臺能帶來:
1、在獨立於底層硬體基礎構架的情況下,採用以資產為中心、可移植且在使用過程中得到驗證的軟體元件,來構建自動化應用程式。
2、允許使用者將應用程式分配到所選的任何系統硬體構架,且只需少量甚至無需任何額外的程式設計工作。
3、支援現有軟體最佳實踐,簡化可與IT系統互操作的自動化應用程式的創建過程。
4、支援面向資產的動態建模,並以圖形化的開發方式對整個系統從建模到開發再到部署,輕鬆實現。
5、支援傳統的自動控制功能的實現,也支援基於資料分析的高階應用軟體,例如先進過程控制APC,預測性維護等,將這些應用軟體部署在邊緣側。
通過對硬體和軟體全生命週期的解耦,EcoStruxure 開放自動化平臺支援使用以資產為中心、可移植、經驗證可使用的軟體元件來構建自動化應用程式,而無需依賴底層硬體基礎設施。這種以軟體為中心的方法大大降低了成本,同時提升效能,並通過自動化執行低價值任務及消除工具之間的任務重複,使工程師得以自由創新。
通過與預測性維護、數字孿生和其他先進技術的輕鬆整合,EcoStruxure 開放自動化平臺能夠逐步改善資產和人員效率,如:
儘管推出時間不到一年,ARC 在《開放自動化之路》中指出,施耐德電氣 EcoStruxure 開放自動化平臺基於開放自動化的願景和 IEC 61499 標準,既是高效的控制系統設計工具,又是未來時代的前驅,自動化軟體在可移植性和硬體獨立性方面將達到全新水平。
在剛結束的施耐德電氣綠色智慧製造創新峰會上,施耐德電氣釋出最新 V21.1 版 EcoStruxure 開放自動化平臺,該版本提供了全新的中文版本選項,增強型資訊保安、診斷、發現和偵錯等功能和擴展庫。
同時堅定以軟體為資產核心,面向未來工業的下一代技術,EcoStruxure 開放自動化平臺將幫助具備不同自動化基礎的企業助力快速實現數字化轉型,提供涵蓋食品飲料、物流等多個行業豐富的可複用的行業庫,實現效率、靈活性和可持續性的提高。
例如在幫助 Synesis 公司轉型上,EcoStruxure 開放自動化平臺在結合數字孿生技術,通過建立實體資產的虛擬複製體,增強自動化軟體的功能性,有效節省工程師至少 50% 花在軟體開發上的時間。
食品加工行業規模最大的技術供應商之一基伊埃集團(GEA),聚焦於技術、元件和可持續的解決方案,以滿足不同終端使用者市場的複雜生產流程對上市時間及敏捷性的高要求。EcoStruxure 開放自動化平臺簡化其 IT 與 OT 之間的整合,使基伊埃及其客戶的敏捷性顯著提升,這正是食品行業尤為需要的。
施耐德電氣全球高階副總裁,下一代自動化負責人Fabrice Jadot 表示:「V21.1 版 EcoStruxure 開放自動化平臺是我們在助力製造商通過數字化方式推動工業自動化,最終實現階躍式提升過程中的一個重要里程碑。如今的業務在面對瞬息萬變的市場和環境變化時,必須實現迅速響應,並儘快降低潛在風險。」
在實現打通IT、OT 融合的道路上,期待更多開發者和使用者共同參與進 EcoStruxure 開放自動化平臺,共建生態。
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