這是我的第(di)288篇(pian)專欄文章。
話說西門子、艾默生(sheng)、施耐德等老牌工業自(zi)動化企業，擁抱起最(zui)新技術趨勢(shi)來(lai)，那可比初創(chuang)企業還生(sheng)猛(meng)。
在文章《麥肯錫最新報告解讀工業自動化:未來屬于老牌企業西門子/ABB,還是互聯網巨頭亞馬遜/微軟?》中，我曾經提到如果虛擬PLC、工業人工智能、工(gong)業無線等技術取(qu)得突破性(xing)增長，那么工(gong)業自動化可能會快速跨越臨界點(dian)，從過(guo)去那個緩慢演進的(de)賽(sai)道，邁入即將快速發展的(de)康莊大(da)道。
現在臨界點的信號越來越強烈，自從今年4月份在德國舉辦的漢諾威工博會以來，市場方向正在快速變化，軟硬件解耦形成共識，發展勢頭強勁。
大量(liang)的知名企業(ye)，包(bao)括(kuo)西門(men)子、施耐德電氣、博世力(li)士樂、倍(bei)福等公司，都認為軟(ruan)硬件解(jie)(jie)耦(ou)是大勢所趨(qu)，推出了與硬件完全解(jie)(jie)耦(ou)的虛(xu)擬(ni)PLC產品。
尤其是西門子在漢諾(nuo)威上正式展示的首款虛(xu)擬工業控制器(qi)Simatic S7-1500V，可以認為是行業風向(xiang)標。
而且(qie)這種變化不(bu)僅發(fa)生在離(li)散制造領域，艾默生身(shen)先士(shi)卒，在流程(cheng)工業也掀起了一股解耦(ou)浪潮。
多家(jia)老牌工控(kong)企(qi)業帶頭，用(yong)行動(dong)說明：踐行“開放自動(dong)化(hua)”，大家(jia)是認(ren)真噠~~
可想而知，如果西門(men)子們的控制軟件(jian)可以在任何第三方標(biao)準硬(ying)件(jian)上運行(xing)，那么企業的競爭優(you)勢(shi)將會(hui)發生快速變(bian)遷。這將造成工業自動化發展范(fan)式的劇烈變(bian)化。
因此(ci)今天這(zhe)篇文章，我們來一起探討這(zhe)一波愈演愈烈的工業自動化軟硬件解(jie)耦浪潮。
開放自動化成為新共識
西門(men)子(zi)最新發布(bu)的這(zhe)款(kuan)虛擬PLC：Simatic S7-1500V，在國內目前(qian)鮮有報道。
這(zhe)款(kuan)PLC雖然沿用了Simatic S7-1500這(zhe)個產品編號(hao)，但它(ta)(ta)是與硬件解耦(ou)的，也就是說，它(ta)(ta)不需要(yao)在特定的硬件中(zhong)運行(xing)。
虛擬PLC超脫于傳統PLC的軟硬件強制綁定，實現了PLC的數字孿生。解耦(ou)之(zhi)后，虛擬(ni)PLC可(ke)以通過云端(duan)完成部署和管理，遠程控(kong)制(zhi)更(geng)加(jia)簡(jian)便。虛擬(ni)PLC更(geng)容(rong)易(yi)擴(kuo)展，開放的(de)數據接口意味著(zhu)它(ta)可(ke)以輕松被集成到其它(ta)IT系統之(zhi)中。
這樣做的好處很多：
首先，虛擬PLC能夠在很大程度上提高OT的靈活性。它讓工廠可(ke)以(yi)采用通(tong)用的IT設備進入(ru)生產線的控制環節，讓低成本的硬(ying)件也有可(ke)能(neng)采用更先進的自動(dong)化控制系統;
其次，最終用戶不用再被供應商鎖定，可以根據(ju)需求(qiu)進行硬件(jian)的選(xuan)擇和更換(huan);
第三，由此用戶也就擺脫了授權經銷商的束縛，不必(bi)在經過指定渠道購買硬件，減少了設(she)備采購的中間環(huan)節;
第四，用戶可以通過工業邊緣系統訪問虛擬PLC，更加便捷的實(shi)現遠程控(kong)制。
虛擬(ni)PLC讓OT與IT之(zhi)間(jian)的(de)橋梁更為清晰和(he)貫通。IT工程師可以在自己熟悉的(de)環境中完成PLC的(de)操作，打通OT與IT之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)閡，讓兩(liang)者的(de)融合真正發生。
雖然這款虛擬PLC是西門子的(de)(de)首款，但是西門子并不是第一個擁抱開(kai)放自(zi)動化(hua)的(de)(de)企業。施耐(nai)德(de)電(dian)氣(qi)、博世力士樂、倍福等公司(si)，都認為軟硬件(jian)解(jie)耦是大(da)勢所(suo)趨，推出了與硬件(jian)完全解(jie)耦的(de)(de)虛擬PLC產品。
在推出虛(xu)擬(ni)PLC的(de)(de)同時，已經(jing)有客戶積極嘗試并為其買單。比如奧迪，正在工(gong)廠(chang)中使(shi)用虛(xu)擬(ni)PLC實現更加靈活的(de)(de)工(gong)業控制。
奧迪工(gong)廠中有(you)數百個(ge)PLC，由(you)大量(liang)工(gong)程(cheng)師來對它們(men)進行管理。而部署了(le)虛擬PLC之后，工(gong)業控制器(qi)硬件位于(yu)統一的機房運行，升級和維護(hu)更(geng)加便利(li)，成本也更(geng)加可控。以前PLC如(ru)果(guo)出(chu)現問題或(huo)者需要安裝(zhuang)更(geng)新，工(gong)程(cheng)師往(wang)(wang)往(wang)(wang)到(dao)現場才能(neng)解決，現在(zai)奧迪的工(gong)程(cheng)師們(men)“躺平”在(zai)家就能(neng)應對多種PLC疑難(nan)雜癥。
從傳統(tong)PLC切(qie)換到(dao)虛擬PLC的過程(cheng)也并不復雜，如果是之前使用(yong)過全集成自動(dong)化博(bo)途(TIA Portal)的用(yong)戶，按照奧迪(di)和西門子的說(shuo)法(fa)，只需要(yao)點擊(ji)10次(據稱工程(cheng)師(shi)們掰著手指數(shu)過)就能實現切(qie)換，業務不會中斷。
未來工廠(chang)的終極(ji)目標是實現機器設備的自主生產，虛擬PLC讓(rang)我們朝向這(zhe)一愿景又更近一步。
虛擬化(hua)的潘多(duo)拉之盒一旦開(kai)啟(qi)，更多(duo)可能就會發生(sheng)，看到了這一趨勢，流程工業的企業也在蠢蠢欲動。
比如艾(ai)(ai)默(mo)生(sheng)就公布了“無界自(zi)動化”的架(jia)構愿景。艾(ai)(ai)默(mo)生(sheng)的軟件定(ding)義(yi)自(zi)動化架(jia)構，建立在Plantweb數字生(sheng)態系統的基礎上。
艾默生(sheng)對行業(ye)的(de)(de)判斷與西(xi)門子、麥肯錫、施耐德(de)等極為(wei)一致，他(ta)們(men)認為(wei)目前工(gong)業(ye)正(zheng)處于(yu)一個關鍵的(de)(de)臨界點邊緣(yuan)，一個遵循(xun)“老辦(ban)法(fa)”還是(shi)勇敢(gan)擁抱“技術驅動(dong)未來”的(de)(de)十字路口。在這個關鍵期，OT與IT應該更加緊(jin)密的(de)(de)結合，艾默生(sheng)打破了(le)過去的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)化分層，允許用戶可以跨層訪問數據，并由此提(ti)出軟件定(ding)義自(zi)(zi)動(dong)化的(de)(de)新(xin)架構，跨越云端、邊緣(yuan)和現場，消(xiao)除功能孤島，形成“無界自(zi)(zi)動(dong)化”平(ping)臺(tai)。
不僅工(gong)業(ye)自(zi)動化領域的企業(ye)看到(dao)了(le)虛擬(ni)PLC的價(jia)值，IT公司也在積極響應。
英特爾(er)正與VMware合作，優(you)化工(gong)廠底層的(de)基礎設(she)施，讓(rang)虛(xu)擬PLC能夠(gou)(gou)處理確定性控(kong)制周期時間<1ms的(de)場景，使得虛(xu)擬PLC能夠(gou)(gou)更(geng)加貼(tie)近(jin)工(gong)廠實踐(jian)。
PLC即服務，一個新階段的開啟
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OT就變成難于上青天。這與行業本身(shen)對技術、對結果(guo)以及行業全局的嚴苛屬(shu)性高度(du)相(xiang)關。
好在(zai)，這種局面(mian)正在(zai)快速改觀。
開放自動化，意味著過去各大廠商引以為傲的各種絕技，需要重塑。
過(guo)去，在大型工業控制系(xi)統(tong)中，往往存(cun)在數百甚至上千個異(yi)構的硬件模塊單元(yuan)，他們分別來(lai)自不同自動化廠商。
西門(men)子、施耐德(de)、三菱、歐姆龍…他(ta)們使(shi)用的(de)操(cao)作系統(tong)(tong)五花(hua)八門(men)，比如各(ge)種(zhong)經(jing)過裁(cai)剪的(de)實時操(cao)作系統(tong)(tong)，VxWorks、Lynx、QNX、RT-Linux…還有Windows Embedded。
各家的編程(cheng)軟件也不相同，比如西門子用(yong)TIA Portal、施耐德用(yong)Unity、TwidoSuite、羅(luo)克韋爾(er)用(yong)Studio 5000、三菱(ling)用(yong)GX Developer、歐(ou)姆龍用(yong)Sysmac Studio。
這(zhe)些控(kong)制器擔(dan)任(ren)著工廠生(sheng)產線上“大腦”的重任(ren)，可以說(shuo)是自動(dong)化的穩定性之基礎和智能化之核心(xin)。
就像過去我們將(jiang)Microsoft Office、金山文檔等辦公軟件(jian)逐一(yi)安裝在PC上(shang)的(de)情況一(yi)樣(yang)，更(geng)(geng)甚的(de)是，不同工業軟件(jian)對于其被安裝的(de)硬(ying)件(jian)更(geng)(geng)加挑剔(ti)，符合“脾(pi)氣”才能(neng)運行。
而(er)且現(xian)在，Office等辦(ban)公軟件(jian)是訂閱(yue)服務(wu)，不用(yong)在PC上安裝任何程序，就(jiu)可以隨心所欲的調用(yong)Office、Google Doc、WPS、飛(fei)書…軟件(jian)和硬(ying)件(jian)完全(quan)解耦，進入“X即服務(wu)”的階段。
這種趨(qu)勢(shi)終將覆(fu)蓋(gai)到工(gong)業自動化領域，只是時間(jian)問題。“PLC即(ji)服(fu)務”正在發(fa)生，可(ke)能將會成(cheng)為主流。
工(gong)(gong)業控制器可以稱作是工(gong)(gong)業領域(yu)的“PC”，雖(sui)然沒有鼠標、鍵(jian)盤和(he)屏幕，但它屬于廣義計算機的范疇。工(gong)(gong)程師們每天用它控制電梯、交通信號燈、工(gong)(gong)廠(chang)生產線…
虛擬PLC基于(yu)(yu)通用(yong)硬件完成各種功能，對于(yu)(yu)OT工程師們來(lai)說，他(ta)們可以(yi)繼續沿用(yong)自己習慣的(de)環境和架(jia)構，同時享(xiang)受IT系統(tong)的(de)優勢;對于(yu)(yu)IT工程師們來(lai)說，他(ta)們也并不再對OT的(de)系統(tong)感到(dao)陌生(sheng)，OT與IT的(de)融(rong)合(he)自然(ran)而然(ran)的(de)發生(sheng)。
因此，推進虛(xu)擬(ni)PLC并不是企業們(men)一時興起，而是長(chang)期趨勢：
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系統和I/O連接，為工業互聯網IIoT應用程序(xu)提供所需的基礎架構(gou)。控制器相關(guan)的軟(ruan)件和程序(xu)可(ke)以(yi)實現規模化管理(li)，尤其在迭代或升級(ji)過程中，降(jiang)低成本和提高效率(lv)。
最后，通訊走向標準化。
通(tong)過南向接口，化解來自不同供應商組件之(zhi)間的(de)互操作性難題;通(tong)過北(bei)向接口，開發豐富的(de)應用和(he)服務，創造將云(yun)原生、DevOps等IT技(ji)術(shu)融(rong)入OT的(de)可(ke)能性，享受由工(gong)藝技(ji)術(shu)更新(xin)和(he)工(gong)業互聯(lian)網帶(dai)來的(de)各(ge)種創新(xin)。
解耦，催生工業互聯網生態的全新運作方式
從誕生至(zhi)今，PLC出色(se)的完成了銜接設(she)備層(ceng)與信(xin)息(xi)層(ceng)的任務(wu)，承擔(dan)了上傳下達的職(zhi)責，并收獲了易用、可靠的美名。我們將工業領域的架(jia)構(gou)，分(fen)為(wei)現場層(ceng)、控(kong)制層(ceng)、信(xin)息(xi)層(ceng)等(deng)多個(ge)層(ceng)級(ji)“金(jin)字(zi)塔”的做法，也伴隨PLC一起(qi)深入人心。
但是(shi)在最近(jin)幾年，工業(ye)領域(yu)發生(sheng)了很大的變化，工廠需要更扁平的架構、更簡(jian)單的流程和更智(zhi)能的分析。這時(shi)如果依然沿用過(guo)去的分層(ceng)架構思路，有些不(bu)合(he)時(shi)宜。
跳出“金字(zi)塔”的架構(gou)，過去的一些基本假設需要被重(zhong)置：
數(shu)據不必被(bei)分層(ceng)，不同層(ceng)級(ji)之間的數(shu)據可(ke)以相對自由的流(liu)動
數據的來(lai)源方和使用方，都更加豐富多(duo)樣
每(mei)個節點(dian)具(ju)備一定的智(zhi)能，就近(jin)可以對數據進行初(chu)步分析和處理
在文(wen)章《工業互聯網時代(dai)，PLC或(huo)許該改個名字了…》中，我曾經(jing)預判(pan)過PLC的(de)發(fa)展(zhan)趨勢，眼見著預判(pan)逐步進(jin)入現實，憧憬的(de)心情可想而知。
過去，工(gong)業(ye)企業(ye)大多“住在”一個由不同(tong)供(gong)應商使用特定軟硬件創造，需要耗(hao)費(fei)額外的(de)資源和財(cai)力管理各種不同(tong)設備的(de)異構(gou)環境中。
然而，軟件正在(zai)“吞噬”世(shi)界的腳步從未停止(zhi)，開放自動化(hua)(hua)是(shi)一個必然趨勢(shi)(shi)，這(zhe)個趨勢(shi)(shi)逐步匯聚了(le)一股力量：整(zheng)合(he)工業控制領域各種(zhong)促進開放的力量，這(zhe)種(zhong)整(zheng)合(he)代表(biao)了(le)新技(ji)術從獨立(li)摸索走向商業化(hua)(hua)融合(he)落地階段的轉(zhuan)變。
支撐開放的強大思維模式是解耦。解耦，也就是讓軟硬件之間、各個模塊之間彼此拆解和分離，做到資源和協作的最大化分離。
解(jie)耦，并不(bu)是軟件、硬件誰(shui)強誰(shui)弱(ruo)，也(ye)不(bu)是OT與(yu)IT誰(shui)重要誰(shui)不(bu)重要的(de)問(wen)題，而是大(da)家(jia)通過實踐形成了(le)共同遵守的(de)共識。
解耦，意味著團結各種力量，共同將市場蛋糕做大。
通過(guo)解耦(ou)獲(huo)得市場突破的實例(li)有(you)很多，比如眾所周知的以安(an)卓為(wei)代表的操作(zuo)系統。安(an)卓通過(guo)虛(xu)擬抽象層(ceng)實現了(le)硬件和(he)軟件的分(fen)離和(he)解耦(ou)，即所有(you)的軟件和(he)應用開發(fa)者只需根據操作(zuo)系統提(ti)供的編程接口，開發(fa)出的應用軟件就(jiu)可以運(yun)行在所有(you)基于(yu)該操作(zuo)系統的設備上，而無需考慮設備中各類硬件配(pei)置。基于(yu)安(an)卓系統，迎來(lai)了(le)智(zhi)能手機市場的爆發(fa)。
這里所(suo)說(shuo)的(de)“解耦”，其實是(shi)在硬件(jian)抽象(xiang)基(ji)礎上(shang)的(de)標準(zhun)化，不(bu)是(shi)軟(ruan)件(jian)與硬件(jian)工程師之(zhi)間(jian)不(bu)溝(gou)(gou)通、不(bu)交流了(le)，而(er)是(shi)因為他們彼(bi)(bi)此已經(jing)溝(gou)(gou)通充分(fen)，定義好了(le)彼(bi)(bi)此之(zhi)間(jian)的(de)溝(gou)(gou)通邊界和(he)(he)交互平面，形成共識。而(er)這種共識已經(jing)固化成為標準(zhun)和(he)(he)習(xi)慣，所(suo)以不(bu)需要再重(zhong)復(fu)溝(gou)(gou)通。
虛擬PLC可以讓IT與(yu)OT更好(hao)的(de)形(xing)成(cheng)合力，共同推進市場的(de)發展(zhan)。
“解耦”思維體現在工業自動化領域催生了虛擬PLC，體現在工業互聯網領域便是各種平臺，因為工業互聯網的操作系統就是平臺。
未(wei)來將(jiang)有數(shu)萬億(yi)的(de)聯網設(she)備，網絡經濟規律將(jiang)發(fa)揮重(zhong)要作用，盡最大努力獲取更(geng)多(duo)的(de)聯網設(she)備支持(chi)是操(cao)作系統或者工(gong)業(ye)互聯網平(ping)臺推(tui)廣的(de)關鍵(jian)，各(ge)類組件、模塊、應(ying)用的(de)耦合度越(yue)低，其可復制(zhi)性就越(yue)高。
通俗地講， 解耦工(gong)業(ye)互聯就是將整個(ge)工(gong)業(ye)互聯網(wang)(wang)體系化整為零，拆(chai)分后的各個(ge)組件各自發展(zhan)，需要的時候像搭積木一樣再(zai)把(ba)它(ta)們在(zai)新(xin)的工(gong)業(ye)互聯網(wang)(wang)耦合框架里整合起來，實現各類(lei)模塊功能(neng)的高度內聚但互不影響。
解耦后的工(gong)業(ye)互聯網具(ju)有微型(xing)、開放、通用、獨立(li)等特點(dian)，有助(zhu)于(yu)促進(jin)各類(lei)解決方案服務商(shang)在專業(ye)領域(yu)深(shen)耕(geng)，從而(er)充分發揮(hui)各方核(he)心優(you)勢，進(jin)而(er)通過互補合作(zuo)降低(di)跨行(xing)業(ye)推廣難度。
根據(ju)《解(jie)耦工業互(hu)(hu)聯，賦(fu)能轉型(xing)升級(ji)—工業互(hu)(hu)聯網人工智能應(ying)用白(bai)皮書》的分(fen)析，從解(jie)決(jue)方(fang)案供(gong)給(gei)的角度，“松耦合(he)”應(ying)用模(mo)式可充分(fen)賦(fu)能解(jie)決(jue)方(fang)案服務商，促進各類服務商在領(ling)域垂直(zhi)深耕，通過(guo)互(hu)(hu)補式合(he)作充分(fen)發揮專業優勢，從而推(tui)動項目(mu)快速落地見效，加速解(jie)決(jue)方(fang)案的復制推(tui)廣(guang)。
從工業企(qi)業應用的(de)角(jiao)度，解(jie)耦有助于工業企(qi)業快(kuai)速(su)找準數字(zi)化(hua)轉型切入點，分階(jie)段按需部署工業互聯網(wang)應用，并在新(xin)耦合框架下(xia)加(jia)速(su)解(jie)決方案創新(xin)。
從生態構建的角度，解耦(ou)工(gong)業互聯正(zheng)在推動形成“去中心化”的開放創(chuang)新價值生態。
隨著工(gong)業(ye)微服務和行(xing)業(ye)知(zhi)識的(de)(de)(de)持(chi)續(xu)積累，廣大制(zhi)造企業(ye)、初創企業(ye)、開發(fa)者不僅能(neng)獲得眾多(duo)低(di)門(men)檻、易操(cao)作、低(di)成本的(de)(de)(de)技術支(zhi)持(chi)和應用(yong)服務，還能(neng)在(zai)充分消化吸收原有經驗的(de)(de)(de)基礎(chu)上實現進一步提升和創新(xin)(xin)(xin)，推動整個工(gong)業(ye)知(zhi)識體(ti)系的(de)(de)(de)傳遞延續(xu)和工(gong)業(ye)互聯網應用(yong)的(de)(de)(de)迭代更新(xin)(xin)(xin)，打造應用(yong)創新(xin)(xin)(xin)生態。
寫在最后
PLC虛擬(ni)化要(yao)成為現實還(huan)面臨著一些挑戰(zhan)，其中最關(guan)鍵的(de)(de)(de)(de)是如(ru)何(he)解決PLC的(de)(de)(de)(de)時間確定性(xing)和IT云(yun)服務(wu)的(de)(de)(de)(de)不確定性(xing)的(de)(de)(de)(de)問題。因為PLC常(chang)常(chang)要(yao)面對的(de)(de)(de)(de)是高節拍、高速(su)度的(de)(de)(de)(de)控制要(yao)求。傳(chuan)統PLC的(de)(de)(de)(de)一系列(lie)突(tu)出優勢，諸如(ru)能在(zai)嚴酷工業環(huan)境下(xia)長期可靠運行、易于維護等，如(ru)何(he)延續(xu)和發揚，也是工程師們正在(zai)攻克的(de)(de)(de)(de)問題。
凡(fan)(fan)是(shi)有(you)(you)意義的(de)事都有(you)(you)挑戰(zhan)，凡(fan)(fan)有(you)(you)挑戰(zhan)的(de)事都要經過長長的(de)不(bu)確定性方能層層剝(bo)開。
PLC作為工廠中(zhong)控制能力的(de)源(yuan)泉，位于工業(ye)互聯網的(de)核(he)心位置，它的(de)前世今生值得更多關注。
無論未來如何發展，PLC“可編程邏輯控制器”這個名稱似乎難以概括它的概念和定位，也許即將被賦予新的命名。
參考資料：
First virtual Simatic controller enables more flexible software based automation，來源：西門子官網
工業互聯網時代，PLC或許該改個名字了【物女心經】，作者：彭昭，來源：物聯網智庫
國內首次解讀，IIoT背后潛伏的游戲規則顛覆者【物女心經】，作者：彭昭，來源：物聯網智庫
解耦工業互聯，賦能轉型升級—工業互聯網人工智能應用白皮書，來源：兩化融合服務聯盟、微軟
