剛剛過去的11月，對于工業互聯網而言并不平凡，發生了很多可能一石激起千層浪的標志性事件。這些事件均由IT企業引領，積極將IT與OT推向融合。
這是我(wo)在【物女心經】專(zhuan)欄寫的第270篇文章。
剛(gang)(gang)剛(gang)(gang)過去的(de)11月，對于工業互聯網而(er)言并不平凡，發生了很多可能一石(shi)激起千層浪的(de)標(biao)志(zhi)性事件。這(zhe)些事件均由IT企業引領，積極將IT與OT推向融合(he)。
第一件，開源軟硬件平臺Arduino發布了其首款具有工業物聯網功能的微型PLC。該PLC可以借助Arduino大量靈活、易用的開源軟硬件資源，實現快速部署。這款產品的問世，推動工業控制系統的白盒化更進一步。
第二件，Marvell推出了一系列旨在將標準以太網引入工業環境的芯片，搭載多種安全功能并提供對TSN時間敏感網絡的支持。該系列芯片的發布具有里程碑式的意義，表明標準互聯網協議IP進入工業體系的時機趨近成熟，IT與OT正在走向真正的融合。
第三件，Analog Devices、ARM、亞馬遜云(yun)服務、貝加萊、施耐德(de)電氣和(he)德(de)州(zhou)儀(yi)器等公(gong)司(si)，正在一(yi)起合作(zuo)(zuo)基于開源實(shi)時操作(zuo)(zuo)系統FreeRTOS構建OPC UA over TSN。這項(xiang)行動的(de)重點(dian)是(shi)將OPC UA over TSN的(de)能力進一(yi)步下(xia)沉，從控制(zhi)器、工(gong)業PC、HMI等設備，繼(ji)續下(xia)探到功耗(hao)和(he)算(suan)力更加受限的(de)傳感(gan)器和(he)執行器，也就是(shi)將OPC UA over TSN這條IT企業直達(da)工(gong)業現場的(de)特快通道，修建得更加徹(che)底。
這(zhe)些事(shi)件在國(guo)內鮮有報道(dao)，這(zhe)篇文章我們分別來進行解讀(du)。
白盒(he)化，工(gong)業控(kong)制的開源征(zheng)程
工(gong)業中一(yi)直存在設備、協議、操作系統(tong)、編(bian)程(cheng)(cheng)軟件(jian)(jian)緊(jin)密綁定的情(qing)況。自從在1970年代(dai)PLC（可(ke)編(bian)程(cheng)(cheng)邏(luo)輯控(kong)制(zhi)器）和(he)DCS（分布(bu)式控(kong)制(zhi)系統(tong)）進入工(gong)業領域之(zhi)后，控(kong)制(zhi)層(ceng)的自動化硬件(jian)(jian)和(he)軟件(jian)(jian)結構從未(wei)變動，一(yi)直圍繞著捆綁式的自動化硬件(jian)(jian)和(he)軟件(jian)(jian)在演進。
這與1970年(nian)代的(de)小(xiao)型計算機市場非常(chang)類(lei)似(si)，當時(shi)幾乎(hu)每一個小(xiao)型機的(de)供(gong)應(ying)商都是以硬(ying)件軟件捆綁(bang)的(de)應(ying)用方式和軟件工具，以及自己的(de)渠道伙伴和軟件供(gong)應(ying)商進入(ru)和占領市場。
工業(ye)設備的白盒化這個趨勢在很多場(chang)景中發(fa)生，典型的包括流程工業(ye)、離散控制等。
在流(liu)程工業，開放(fang)過程自(zi)動化(hua)架構OPA標(biao)準化(hua)現場設備的基本輸入輸出(chu)，及監管(guan)控制(zhi)功(gong)能塊(kuai)的執行。在離散控制(zhi)，統一自(zi)動化(hua)平(ping)臺(tai)UAP讓控制(zhi)器可以最大限(xian)度(du)的采用通用化(hua)的硬件，推進硬件與軟(ruan)件解(jie)耦，并使(shi)得通訊走向標(biao)準化(hua)。
Arduino推出的(de)這款名為(wei)Opta的(de)可編程邏輯控(kong)制器（PLC），推動(dong)工業控(kong)制系統的(de)白(bai)盒化(hua)更進一步。
Opta的(de)基本(ben)功能包括支持標準(zhun)IEC 61131-3 PLC語言(yan)，通(tong)過(guo)Modbus TCP（以太網(wang)(wang)）和Modbus RTU（串行(xing)RS485）進行(xing)現場總線(xian)集成，通(tong)過(guo)標準(zhun)以太網(wang)(wang)、Wi-Fi、BLE實現工業互聯網(wang)(wang)連接，通(tong)過(guo)Arduino Cloud進行(xing)實時遠程(cheng)監控(kong)，支持OTA固件更新和設備管理(li)。
根據Arduino業務(wu)負責人在(zai)LinkedIn帖子上發(fa)布(bu)的(de)信息，Opta售價將(jiang)低于200歐元，精簡版本的(de)起步價為122歐元。
工程師們展示了(le)使用Opta實現工業自動化和(he)樓(lou)宇(yu)控制的案例。比(bi)如(ru)將Opta與稱重傳感器(qi)、視覺系統結合使用，完成(cheng)包(bao)裝箱在傳送帶上的運輸(shu)和(he)填(tian)充。
Opta使用(yong)網絡(luo)時(shi)間協議NTP進行時(shi)鐘同步，并自動(dong)在包(bao)裝上打印時(shi)間信息。Opta的實時(shi)監控通過BLE接入(ru)本地(di)HMI，或者直(zhi)連(lian)Arduino Cloud完成(cheng)。其內(nei)置的機(ji)器學習算法可以檢測異(yi)常情況的發生，并基于預測性維護來確保產線無憂。
工(gong)業設備白盒化的(de)(de)推(tui)進，亦(yi)將對行(xing)業格局(ju)產(chan)生深遠(yuan)影響(xiang)。通過其搭載的(de)(de)多種(zhong)連接功能(neng)和機(ji)器學(xue)習，Opta的(de)(de)推(tui)出解鎖了大量IT工(gong)程師實現OT工(gong)業控制的(de)(de)能(neng)力，也(ye)讓很多OT工(gong)程師能(neng)夠輕松(song)調用豐(feng)富的(de)(de)IT資源。
車同軌，IT與(yu)OT走向(xiang)真正(zheng)融合(he)
時(shi)間敏(min)感網絡(luo)對(dui)于工(gong)業領域的(de)應用至關重要。日常生活(huo)中，幾乎每個人(ren)都(dou)使用過標準以太網或(huo)者(zhe)Wi-Fi網絡(luo)進行(xing)通信，在我們下載超大文件或(huo)者(zhe)進行(xing)語音(yin)通話的(de)過程中，可能(neng)會出現(xian)丟包、變慢(man)或(huo)卡頓的(de)情況。這些問(wen)題在平(ping)時(shi)可能(neng)沒(mei)什么(me)大不了，但是(shi)一旦類似問(wen)題發(fa)生于工(gong)廠車間，就可能(neng)導致嚴(yan)重事(shi)故(gu)或(huo)者(zhe)人(ren)身危險。
因此在工業領(ling)域，用戶對于通信的(de)低(di)延(yan)遲(chi)和確(que)定性有(you)著很嚴苛的(de)要求(qiu)，可行方案是通過引(yin)入時間敏感網絡來解決這個問題。
Marvell新推(tui)出了將標(biao)準(zhun)以太網引入(ru)工業環境的(de)(de)芯(xin)片，具體方案(an)由Prestera交換機(ji)和(he)Alaska PHY收發器組成，借助(zhu)TSN將標(biao)準(zhun)以太網擴展到工廠的(de)(de)車間中。
這一系列芯片的發(fa)布(bu)，具有里(li)程碑式的意義(yi)。一般意義(yi)上的工業以太(tai)網，都對標準以太(tai)網協議進(jin)行了某種(zhong)定(ding)制，不是真正意義(yi)上的使(shi)用以太(tai)網以及標準IP技術進(jin)行通訊(xun)。
該系列(lie)芯(xin)片(pian)的(de)問世表明標準互聯(lian)網(wang)協(xie)議IP進(jin)入工(gong)業(ye)體系的(de)時(shi)機趨近成(cheng)熟，一顆芯(xin)片(pian)可(ke)以同時(shi)支持IT與(yu)OT多(duo)種通訊(xun)需求，從而降低(di)了成(cheng)本，IT與(yu)OT正在走向真正的(de)融合。根據研究機構預(yu)測，到2026年(nian)基于(yu)TSN的(de)工(gong)業(ye)以太網(wang)交換(huan)機，其市場(chang)占(zhan)有率將從不到15%增(zeng)長到趨近50%，工(gong)業(ye)以太網(wang)的(de)總(zong)市場(chang)規模也(ye)將攀升至17億美元。
考慮到工業通訊(xun)設(she)備的生命周期普遍長達(da)20~30年，因此基于標準(zhun)IT技術的以太網(wang)引入(ru)工業尚需時日，不(bu)過一旦標準(zhun)以太網(wang)在工業領域普及(ji)，將(jiang)會引發(fa)更(geng)大(da)范(fan)圍的變化。
因為(wei)(wei)IT網絡具(ju)備更加全面的(de)特性(xing)與功能，具(ju)有總體擁有成本(ben)低、使用簡單的(de)明顯優勢。使用非(fei)標(biao)準的(de)工業通(tong)訊協議，芯(xin)(xin)片價格(ge)在(zai)幾歐元(yuan)的(de)量(liang)級，而TSN和標(biao)準以太網的(de)芯(xin)(xin)片，售價存在(zai)縮(suo)減到十分(fen)之一(yi)的(de)潛力。況且通(tong)用的(de)網絡、存儲、計算資源更為(wei)(wei)經濟(ji)，過去龐(pang)大的(de)工業網絡基礎(chu)設施投入的(de)必要性(xing)正在(zai)減弱。
可(ke)以預(yu)測，TSN與標準IP技術的結合(he)，將為IT與OT的融合(he)建(jian)立統一的通訊“高速公路”。
書(shu)同(tong)文，OPC UA觸達(da)現(xian)場層
在文章《TSN聯手OPC UA，將是阿里(li)、騰訊、華為們(men)直達工(gong)業4.0的(de)特(te)快(kuai)通(tong)道》中，我曾(ceng)經提到過OPC UA over TSN的(de)重(zhong)要作用。
TSN與OPC UA聯手(shou)，正在(zai)(zai)嘗試改寫工業通(tong)訊的底層架構。由TSN與OPC UA鋪成的“特快通(tong)道(dao)”，有可能(neng)讓一直(zhi)在(zai)(zai)工業物聯網領域懸空的互聯網企業、IT企業們(men)直(zhi)達工業現場層。
OPC UA是OPC基(ji)金會提供(gong)的(de)新(xin)一代技(ji)術，提供(gong)安(an)全、可(ke)靠并獨立(li)于廠(chang)商的(de)數(shu)據傳輸，跨(kua)越制(zhi)造(zao)層(ceng)(ceng)級、生產計(ji)劃層(ceng)(ceng)級和ERP層(ceng)(ceng)級。通過OPC UA ，所有(you)需要(yao)的(de)數(shu)據信息在任(ren)何時間、任(ren)何地點、對(dui)每(mei)(mei)個授權(quan)的(de)應(ying)用(yong)、每(mei)(mei)個授權(quan)的(de)人員都可(ke)使用(yong)。這種功能獨立(li)于制(zhi)造(zao)廠(chang)商的(de)原始(shi)應(ying)用(yong)、編程語言和操作系統等軟硬件屬性。
OPC UA over TSN，其中TSN解(jie)決(jue)數據獲(huo)得(de)的(de)問題，OPC UA解(jie)決(jue)語(yu)義解(jie)析的(de)問題。兩者搭配，傳統(tong)工(gong)業的(de)金(jin)字塔架構在很(hen)大概率上會被直接打破，變成(cheng)扁(bian)平化(hua)結(jie)構，不用再經過層層設備(bei)，數據獲(huo)得(de)可以(yi)直接“跳(tiao)步”貫(guan)穿到數據分(fen)析和應用。
如今，OPC UA over TSN 又有了(le)最新進展。Analog Devices、ARM、亞馬遜云(yun)服(fu)務、貝加萊、施耐德(de)電氣和德(de)州儀器等公司，正在一起合作(zuo)(zuo)基于開源實時操作(zuo)(zuo)系(xi)統FreeRTOS構建OPC UA over TSN。
原本(ben)OPC UA 僅能覆蓋內含CPU的控(kong)(kong)制設(she)備(bei)，比如(ru)PLC、工業PC、HMI人機(ji)界面(mian)或者SCADA，因其對設(she)備(bei)的算力和內存具有較(jiao)高的要求。而本(ben)項行動的重點恰(qia)恰(qia)是(shi)將OPC UA over TSN的能力進一(yi)步下(xia)沉，從(cong)控(kong)(kong)制器、工業PC、HMI等設(she)備(bei)，繼續下(xia)探(tan)到功耗和算力更加受限的傳感器和執行器。
該行動將解(jie)鎖大量的現場設備對(dui)OPC UA over TSN的支持，從而在(zai)整個工業體系中建立(li)更(geng)加(jia)廣泛的生態系統，也就是將OPC UA over TSN這條IT企業直(zhi)達工業現場的特快通道(dao)，修建得更(geng)加(jia)徹底。
OPC UA作為(wei)一種數據傳輸的(de)(de)統一格式，無(wu)論是(shi)傳感器層(ceng)還是(shi)云(yun)平臺(tai)層(ceng)都可以部(bu)署，保持(chi)全棧信息模型的(de)(de)統一。因為(wei)無(wu)論產品(pin)類型、品(pin)牌和(he)功能等差(cha)異如(ru)何存在，均可輕而(er)易舉的(de)(de)實現從下到上的(de)(de)貫穿和(he)整合。
寫在最(zui)后
白盒化、車同(tong)軌、書同(tong)文(wen)，工業企(qi)業如何把握這些機遇？
AI+工業互聯網，作為產業智能化的新范式，將怎(zen)樣推進企(qi)業的數字(zi)化轉型？
后疫情時代，工業(ye)企(qi)業(ye)實現高質量發展的手段有哪些？
?為了更好的回答上述問題，2022年12月7日，一年一度的產業盛會【中國(guo)AIoT產業(ye)年會暨2023智能產業(ye)前瞻洞察大典(dian)】將在深圳召開。
在年(nian)會中(zhong)，我們(men)(men)即將發布《2023年(nian)中(zhong)國AIoT產(chan)業全(quan)景圖譜——工業互(hu)聯網子圖譜》，并(bing)且圍繞(rao)工業互(hu)聯網的最新(xin)發展趨(qu)勢(shi)，我們(men)(men)特別設置了系列演講(jiang)環節，分享和(he)交流前瞻的產(chan)業方向、技(ji)術趨(qu)勢(shi)以及應用(yong)場景實踐經(jing)驗，為產(chan)業升級發展提(ti)供新(xin)價(jia)值、提(ti)供新(xin)動(dong)力。
