首頁 > 新聞資訊 國內(nèi)首次解讀，IIoT背后潛伏的游戲規(guī)則顛覆者摘要：工業(yè)控制器等設備有沒有可能也貼上“開放”的標簽？有沒有可能朝著接口開放化、硬件標準化、軟件通用化、網(wǎng)絡智能化的方向邁進？UAP是其中的一次前瞻性嘗試，本文將是國內(nèi)首次為你揭開UAP的面紗。關鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)想要落地，眼下之急，是很多割裂和壁壘亟待克服。比如在通訊領域，為了解決標準以太網(wǎng)具有不確定性、無法用于工業(yè)現(xiàn)場的弊病，各個公司都開發(fā)了自己的專屬現(xiàn)場總線或者工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，但彼此之間互不兼容，造成了明顯的市場割據(jù)。TSN和OPC-UA等技術體系的快速發(fā)展，實現(xiàn)了通訊標準與技術服務商的解耦，擴展了通用化組件的應用范疇。
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其實在工業(yè)界，還有更讓人頭痛的隱疾。典型的工業(yè)控制器，比如PLC(可編程邏輯控制器)、DCS(分布式控制系統(tǒng))的操作系統(tǒng)都是異構的、I/O輸入輸出設備也是異構的，各個供應商的專有架構很難融合。因此工業(yè)企業(yè)大多“住在”一個由不同供應商使用特定軟硬件創(chuàng)造，需要耗費額外的資源和財力管理各種不同設備的異構環(huán)境中。工業(yè)控制器等設備有沒有可能也貼上“開放”的標簽?有沒有可能朝著接口開放化、硬件標準化、軟件通用化、網(wǎng)絡智能化的方向邁進?面對這樣一個雖艱險但誘人的方向，革新的勢力正在默默探索和推進，UAP(Unified Automation Platform，統(tǒng)一自動化平臺)是其中的一次前瞻性嘗試。本文將是國內(nèi)首次為你揭開UAP的面紗。?UAP解決什么問題?精通工業(yè)控制需要身懷各種絕技。因為在大型工業(yè)控制系統(tǒng)中，往往存在數(shù)百甚至上千個異構的硬件模塊單元，他們分別來自不同自動化廠商。西門子、施耐德、三菱、歐姆龍…他們使用的操作系統(tǒng)五花八門，比如各種經(jīng)過裁剪的實時操作系統(tǒng)，VxWorks、Lynx、QNX、RT-Linux…還有Windows Embedded。各家的編程軟件也不相同，比如西門子用TIA Portal、施耐德用Unity、TwidoSuite、羅克韋爾用Studio 5000、三菱用GX Developer、歐姆龍用Sysmac Studio。這些控制器擔任著工廠生產(chǎn)線上“大腦”的重任，可以說是自動化的穩(wěn)定性之基礎和智能化之核心。如果把“Opening Soon”擺在一貫顯示“We’re Closed”的控制器出沒的地方，總有一種違和感。
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人為制造的割據(jù)勢力，令工業(yè)控制器很長時間內(nèi)無法沖破傳統(tǒng)的封閉架構，觸及到開放融合和敏捷開發(fā)帶來的紅利。因此，推進UAP統(tǒng)一自動化平臺的好處是顯而易見的：首先，控制器最大限度的采用通用化的硬件，盡可能解除了傳統(tǒng)專用設備的綁定和局限。其次，工程不再需要依賴任何特定的硬件和拓撲，實現(xiàn)硬件與軟件解耦，兩者相互獨立。工程師只使用一種工具就能配置所有的控制應用、HMI/SCADA系統(tǒng)和I/O連接，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIoT應用程序提供所需的基礎架構。控制器相關的軟件和程序可以實現(xiàn)規(guī)模化管理，尤其在迭代或升級過程中，降低成本和提高效率。最后，通訊走向標準化，通過南向接口，化解來自不同供應商組件之間的互操作性難題;通過北向接口，開發(fā)豐富的應用和服務，創(chuàng)造將云原生、DevOps等IT技術融入OT的可能性，享受由工藝技術更新和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的各種創(chuàng)新。
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想象一下，工業(yè)自動化金字塔架構中的控制層，也就是PLC和DCS出沒的領域，將變得越來越開放。這種變化無疑是顛覆性的，對于傳統(tǒng)自動化廠商來說，這并不是好消息。因此中小玩家，根本無力撼動這個固化的市場。UAP之所以值得關注，因為其背后的推動者是主流廠商，施耐德。根據(jù)Contemporary Control的報道，1968年，作為相近時期PLC的發(fā)明者之一，Dick Morley及其團隊研制成功并推出了全球第一臺PLC--莫迪康084，打造了工業(yè)自動化史上最重要的發(fā)明之一。后來，施耐德收購莫迪康品牌，聯(lián)手創(chuàng)造了多款經(jīng)典PLC產(chǎn)品。如今，施耐德默默的推進UAP這個大膽的想法，相關研發(fā)尚處于靜默期，據(jù)悉2020年左右將會逐步推向市場。根據(jù)國內(nèi)工業(yè)自動化市場的發(fā)展歷程，上世紀80-90年代為PLC等產(chǎn)品的導入期，2000年前后PLC迎來高速增長期，按照PLC普遍10-15年的生命周期，未來3-5年將迎來PLC和DCS更新?lián)Q代的高峰，也將是UAP等新技術發(fā)展的重要窗口期，將對行業(yè)格局產(chǎn)生深遠影響。
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根據(jù)公開信息顯示，施耐德的這項秘密計劃尚處探索階段，該公司選擇率先從流程工業(yè)起步，經(jīng)由開放過程自動化架構OPA(Open Process Automation)落地，數(shù)年之后才會逐漸擴展到離散工業(yè)，演進為貫穿整個自動化領域的UAP。OPA的進展如何?讀懂了OPA，便讀懂了UAP。為什么選擇從流程工業(yè)起步?這里借鑒上海工業(yè)自動化儀表研究院彭瑜老師的觀點，“離散”的招數(shù)，“流程”早就見過了。他曾經(jīng)提及美國工業(yè)圈的一種說法：在實現(xiàn)工業(yè)4.0的進程中，流程工業(yè)已經(jīng)在飛行，而離散制造業(yè)還在辦登機手續(xù)。以OPC UA技術為例，最早就是運用于流程工業(yè)，并取得顯著成效后才被引入離散制造業(yè)。因此從流程工業(yè)起步，是一種可行且靠譜的做法。施耐德和埃森克美孚，作為開放過程自動化社區(qū)OPAF的核心成員，致力于推進OPA架構，標準化現(xiàn)場設備的基本輸入輸出，及監(jiān)管控制功能塊的執(zhí)行。OPA的成功需要調(diào)動最廣泛的力量，目前OPAF社區(qū)已有超過110個成員，包括最終用戶、軟硬件供應商、系統(tǒng)集成商等。為什么美孚也是開放自動化的重要力量之一?因為油氣項目普遍非常龐大，工廠歷史悠久，各個“朝代”的控制系統(tǒng)迭代周期不齊，老舊和新秀系統(tǒng)并存，面對成百上千的異構控制設備，流程行業(yè)比誰都頭疼。同時因為使用量大，話語權亦強，實現(xiàn)的效益有利于鎖定在企業(yè)內(nèi)部。OPAF正在進行的工作，運用最新的云計算技術重新定義DCS和PLC，還包括與優(yōu)化運營密切相關的先進控制和MES。從2016年啟動至今，現(xiàn)在開放過程自動化OPA架構已經(jīng)從概念階段，進入技術原型項目的落地階段。項目中的功能主要通過DCS和PLC控制器來實現(xiàn)，這些不同大小的控制器每個可以支持大約100-1,000個功能塊。美孚認為自動化系統(tǒng)應該力求“極簡”，使用更多、更緊湊的分布式控制器。這些小型化的硬件設備每個可以控制1-2個閉環(huán)，從而創(chuàng)建用于流程自動化的微型服務。OPA系統(tǒng)架構圖
此次原型項目的目標在于，基于標準的OPA架構，驗證軟硬件的解耦、應用程序開發(fā)與執(zhí)行相互分離的可行性和先進性。證明了多廠商設備無需借助網(wǎng)關或轉(zhuǎn)換器，完成互可操作的可行性。支持在廠商之間無需修改底層邏輯，自由更換組件的可行性、配置和應用的可移植性，以及應用開發(fā)的靈活性。
參加OPA驗證項目的廠商包括：R. STAHL、施耐德、英特爾、NXT(被施耐德收購)、ABB、AspenTech、ANSYS以及Wind River等。
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?尤其值得注意的是在2017年被施耐德收購的NXT，該公司是基于IEC 61499標準的自動化解決方案提供商。IEC 61499標準雖然并不廣為所知，但其對應的是當今幾乎全部應用中的分布式自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了硬件與軟件的分離。NXT把所有相關的自動化任務，集成于一個統(tǒng)一的方案之內(nèi)，可以說打造了一款最為高效、最節(jié)約成本的分布式自動化架構工程工具。新的NXT軟件現(xiàn)已集成到施耐德的新一代物聯(lián)網(wǎng)架構EcoStruxure中，作為邊緣控制層的一部分。據(jù)聞，施耐德正在考慮是否將NXT軟件開源，以獲得更為廣泛的應用。軟件正在吞噬世界，工業(yè)領域的研究機構ARC Advisory Group對OPA的前景持有相當樂觀的態(tài)度。ARC分析師認為，開放是一個必然趨勢，OPA整合了工業(yè)控制領域的各種開放力量，這種整合代表了新技術從獨立摸索走向商業(yè)化融合落地階段的轉(zhuǎn)變。ARC資深咨詢專家Harrry Frobes評論說：“自從在1970年代PLC和DCS進入自動化領域之后，控制層的自動化硬件和軟件結(jié)構從沒變動，一直圍繞著捆綁式的自動化硬件和軟件在演進。這與1970年代的小型計算機市場非常類似：當時，幾乎每一個小型機的供應商都是以硬件軟件捆綁的應用方式和軟件工具，以及自己的渠道伙伴和軟件供應商進入和占領市場。OPA已經(jīng)對這一高度垂直集成的業(yè)務模型形成威脅，極有可能使其接近它使命的終點。”
難度有多大?鐵打的趨勢，流水的領域。與工業(yè)OT領域的演進模式雷同，CT領域的“基站”正處于從封閉到開放的轉(zhuǎn)折點上，若提取兩者的“公約項”進行得失分析，則頗具借鑒價值。2018年6月，全球知名的5家運營商共同簽署文件，成立O-RAN聯(lián)盟，后來擴展到12家。其目標是推動Open RAN，即無線接入網(wǎng)設備的接口開放化、硬件標準化、軟件開源化和網(wǎng)絡智能化。這一做法讓CT領域可以利用通用器件的規(guī)模效應，降低基站硬件的綜合成本，同時激勵軟件和硬件創(chuàng)新。一石激起千層浪，圍繞O-RAN的創(chuàng)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。隨著Open RAN的持續(xù)推進，2019年2月底，中興通訊宣布與中國移動研究院簽署O-RAN開放智能無線網(wǎng)絡研究合作備忘錄。雖有不少廠商在積極推進Open RAN，但目前的解決方案大多停留在demo階段，離真正商用還有較長的路要走。UAP相比O-RAN，其實現(xiàn)難度有過之而無不及。首先，O-RAN的主要推動力量是運營商，具有充足市場話語權和前期投入的財務實力，但在推進中仍遇重重困難。而UAP不僅技術本身面臨很多不確定性，且背后的推動助力并不那么“強勢”，它是否能夠取得業(yè)界知名企業(yè)的廣泛支持，以及能否順利推進，還屬未知。其次，O-RAN和UAP同樣推崇硬件的通用化，顛覆原有的市場格局，讓更多的新生力量參與角逐。但工業(yè)領域?qū)τ布煽啃院头€(wěn)定性的要求較高，一般的中小玩家很難入局，即便產(chǎn)品面世也還需要經(jīng)歷長期的業(yè)界嚴格測試，才會獲得這場高配游戲的入場券。這個少則5年，普遍8-10年的漫長市場準入周期，并非一般玩家所能承擔。再次， UAP意味著硬件的差異化迅速縮小，自動化廠家需要通過應用和服務實現(xiàn)商業(yè)價值。而工業(yè)領域?qū)τ陂_放型生態(tài)的建設剛剛起步，開發(fā)者數(shù)量嚴嚴嚴重不足，幾乎沒有企業(yè)能夠做到DevOps，人才缺口或又成為企業(yè)創(chuàng)新的一大挑戰(zhàn)。最后，工業(yè)界有自己的演進步調(diào)，UAP的推進策略和節(jié)奏尤為關鍵。雖然從流程工業(yè)起步是個不錯的開端，但其中的關鍵技術是否成熟，各個階段的研發(fā)成果是否能夠順利發(fā)布，落地項目是否能夠達到市場預期，還需要建立清醒的認識，用事實說話。
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硬件的標準化、軟件的通用化…很多在IT領域看似輕而易舉的事情，放到CT或者OT就變成難于上青天，這與行業(yè)本身對技術、對結(jié)果以及行業(yè)全局的嚴苛屬性高度相關。
凡是有意義的事都有挑戰(zhàn)，凡有挑戰(zhàn)的事都要經(jīng)過長長的不確定性方能層層剝開。
解決工業(yè)中普遍存在的異構難題，推進控制系統(tǒng)的開放化，是不容置疑的發(fā)展趨勢，星辰大海遲早會到達。在UAP這個充滿挑戰(zhàn)的機遇面前，有一些人已經(jīng)起步，你是否看好，或者有獨到見解、或更深的思考?
本文小結(jié)：
一小批人正在給工業(yè)控制器等設備貼上“開放”的標簽，推動PLC、DCS朝著接口開放化、硬件標準化、軟件通用化、網(wǎng)絡智能化的方向邁進。
作為UAP的率先嘗試，開放過程自動化OPA架構已經(jīng)從概念階段，進入技術原型項目的落地階段。
UAP面臨重重困難，最終能否實現(xiàn)，還需要建立清醒的認識，用事實說話。
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