跨越鸿沟,IIoT 如何更融合与开放?

整理 | 伍杏玲出品 | CSDN(ID:CSDNnews)

面对 2020 年突如其来的疫情影响,众多工业企业面临供应链、停产等挑战,如何在全新一年寻找安全和高效的工作方式?

工业物联网可连接工业资源、数据和系统,灵活配置工业制造、在生产过程按需执行、并帮助优化制造过程等,帮助企业来实现资源的高效利用,是新型工业领域的数字化神经中枢。更随着运营技术(OT)和信息技术(IT)的融合趋势,给工业企业提供更多发展空间。

据普华有策信息咨询<>显示,2019 年中国工业互联网市场规模增长到 6100 亿元,预计到 2021 年,中国工业互联网市场规模将达 7960 亿元。

后疫情时代,工业企业和开发者如何在不确定性中立足不败?由 CSDN 重磅打造的高端对话栏目「大咖来了」第八期中,我们邀请到 CSDN 创始人&董事长、极客帮创投创始合伙人蒋涛,施耐德电气高级副总裁、工业自动化业务中国区负责人庞邢健,资深技术专家、IT 技术独立研究者姚远,以<>为题,从企业、技术等角度洞察工业物联网发展现状,直面开发者在工业物联网上的现状难题,分享优秀落地应用经验,帮助企业和开发者捋清思路,提高生产效率。大咖精彩观点抢先看后疫情时代,工业物联网发展现状庞邢健:我们观察到工业领域客户面临的三大挑战是:一是企业如何在不确定中,在疫情当下表现出更好的韧性;二是企业面临巨大的成本和生产效率问题,该如何提高产能效率,提高生产效率,进而实现企业效率提升?三是疫情的出现与人类和自然界博弈相关,可持续发展该如何进行?因此,自工业 4.0 时代开始,企业面临数字化转型难题,以及如何提高韧性、效率、加快可持续发展的挑战。与此同时,疫情推动企业数字化转型,有句话为:[疫情是企业最大的CDO(首席数字官)]。可以说数字化是企业未来面对不确定性的唯一出路。庞邢健施耐德电气根据多年洞察工业行业发展,面对数字化、工业互联网、IT/OT融合趋势,在离散工业、混合工业、流程工业上均提出[四维融合]理念:一是能源和自动化融合。过去能源和自动化融合是相对分离的两个话题,但如果企业没有数字化和自动化的技术手段,那么能源效率提升将存在问题的。二是从终端到云端垂直维度的融合。近年来大家在讨论工业云,假如将所有数据采集起来后存放在云端,其实对工业企业的价值不大的。我们需要从自动化、信息化、智慧化等维度来观察,如何更好地做到从终端到云端垂直维度的融合。三是全生命周期数据的融合。数字化不仅贯穿在企业的设计和建设阶段,还应在CAPEX(投资成本)投资阶段、OPEX(营运资本)运营阶段等均需要考虑数字化。四是从厂级管理到企业级集团级管理的维度实现数据打通。我们观察到全球企业不断地在整合、并购、业务拓展,如此一来将给企业带来较大的管理难度。毕竟要完成从车间级别到工厂级管理,从工厂级管理到企业集团管理等维度上的数据打通。为了让工业企业真正从数字化获益,就必须对工业技术模型有所变革。尽管这几年来,工业自动化体系取得一些发展和进步,但在 IT 和 OT 融合存在[IT 不理解 OT][OT 不理解 IT]等障碍。自动化从上个世纪五六十年代蓬勃发展到今天,革命性变化还没有完全结束,我们认为企业自动化开放程度有待于提高,如一些厂家采用封闭的通信协议和平台将限制行业发展,给开发者带来生产力、敏捷性上的障碍和挑战。后疫情时代如何实现工业自动化往更高水平发展?不仅要有更加合适且灵活的硬件架构,还需有可复用可移植的软件体系,用软件来去定义和驱动自动化。随着计算能力和互联互通能力的不断提高,实现软硬件解耦,实现企业不同的自动化系统、IT 和 OT 系统在可互操作性、可移植性的应用软件将成为工业尤其自动化发展的主要推动力量。蒋涛:去年我参观了长沙的头部工厂企业,我发现这些工厂拥有很好的环境,基本实现自动化生产,人非常少,似乎工厂变得和我们传统印象里不太一样了。当然这可能是头部企业的自动化程度较高,但它代表了未来工厂的发展趋势。2012-2017 年间我主要从事投资,当时我们投资方向为移动互联网、云计算、大数据等领域,如今我发现原来和我们一起投资上述领域的基金都转投工业互联网。如我们合作紧密的宽带产业基金最近投了几家工业物联网企业,均发展得不错,又如英诺天使投资基于云 MES 的工业互联网服务商。2020 年,约有 70 多起和工业物联网相关的投资,虽然疫情对制造业影响大,但我们观察到 VC 投资热情不减,投资笔数、投资金额相比 2019 年都有不小增长,说明投资人看到了该领域的巨大发展潜力。同时我们观察到仍有一些因素在制约行业的发展,如标准不统一、自动化不统一等,又如工厂和行业里没有统一的看板,常常依靠经验来治理。不过随着大家对工业物联网的关注,相信上述困难在不久的将来会被克服掉的。姚远:作为开发者最欣喜的是,2020 年传统控制系统大厂商主动拥抱开放,如施耐德电气最新推出 EcoStruxure 开放自动化平台(EcoStruxure Automation Expert)。在 IT 领域,大家对开放系统并不陌生,对开源、云平台、容器、敏捷开发、软硬件解耦等技术耳熟能详,而传统控制领域推出开放自动化系统却是一件新鲜事。因为自动化系统相对封闭,尽管自动化系统厂商提供硬件 PLC、传感器、变频器、运动控制卡、HMI 软件、电缆、SCADA(数据采集与监视控制系统)等技术,但各厂家存在不兼容现象。一些工业互联网平台仍停留在通过网关将 ModBus 接口 PLC 接入云端的简单应用模式。当 IT 工程师们怀揣着大数据、AI 等新技术,幻想进入工业领域改变世界时,我们发现难以获取自动控制系统中的数据,面临[大数据没有数据]的尴尬。而开放系统给工业物联网应用打开了一扇门。如 EcoStruxure 开放自动化平台使用TCP/IP、OPC UA 开放性协议与外界互联,使用 IEC61499 功能块方式编程,提供开放、编写功能块库的方法。原先只能在PLC 硬件上运行的运行时(runtime) 程序可以作为软件运行时(Soft runtime) 的方式在 Docker 运行。这就意味着我们可以将 EcoStruxure 开放自动化平台运行时部署在边缘服务器和云端。这类开放系统的推出,我认为将带来会形成新的生态系统,自动热门控制领域的用户、IT 工程师、集成商从简单的使用组态软件和硬件集成,转变成为软件、功能块库的开发者和提供者。众多 IT 工程师和企业从过去[门外的野蛮人],变成了开发商和增值服务提供商。IT 和 OT 成为一家人,大融合时代即将到来。

开发者和企业在工业生产中的挑战

庞邢健:刚才姚老师提到在过去这些年中,真正有开放平台的厂家不多。其实施耐德电气不是第一次提出[开放融合]理念:回顾历史,施耐德电气是第一个推出 PLC、第一个提出来 ModBus,第一个将 ModBus 开放变成国际标准自动化通信协议的厂商。当以太网变成工业通信协议主流后,Modbus TCP 是第一个变成国际标准的 Modbus 以太网协议。最近,第一个在中国将 Modbus 在网络信息安全的通信协议变成国标的开放协议即将实现,目前已进入到国家的工业网络信息安全通信协议上了。另外,施耐德电气在上个世纪九十年代提出[透明工厂]理念,即帮助企业打通从 IT 到 OT,从 OT 到 IT 的数据。但与此同时,我们观察到开发者和企业在工业生产中遇到不少困难和痛点:当自动化工程师或设备制造商选择一家厂商后,工程师开发习惯相对固化,用户切换不同系统的成本较高。以物流行业为例,很难保证设备厂家均在同一个应用场景上,物流行业设备数量种类繁多,如输送、堆垛机、交叉分拣等设备本身执行的任务复杂,高度自动化要求高。如果不同的设备厂家想在打通各系统这难度非常大,另外,用户还需寻找额外的系统集成商来打通各品牌,其数据交换实时性也较差。第二个挑战是项目交付和运营速度快,其交付时间压力较大,有限的工程师需要参与到很多项目的设计和实施中去,需面向各种不同类型的设备和系统,实施不同的软件开发和硬件架构的组态。人工难免有出错风险,且重复工作无法产生附加值,亟需将工程师从繁琐的工作中解放出来。从用户角度来讲,经常面对众多不同设备、产线和产品。如快销行业,现在越来越多厂商想采用自动化标准的设备,很难确保不同产线、不同设备使用的自动化技术架构是相同的。如果用相对统一的系统设计和开发平台,快销品行业可快速满足灵活的市场和用户需求,还可调整设备和生产线进行更好的组态,或面向不同产品能灵活把设备重新搭建起来,实现快速灵活的部署。如果我们用统一系统设计开发平台,从整厂到单一设备,在组态、数字化、控制上建模,为后续运营以及资产管理提供更高效率。随着工业 4.0 的发展,工程开发将越来越开放,企业和开发者随时可因市场所需、因消费者所需、因用户所需来完成系统进行快速改造、升级,这是开放自动化平台可给用户带来的巨大优势。三是劳动力生产也在发生深刻变化,传统企业招工越来越难,大家不愿意进入工厂工作。所以未来如何沉淀运营知识和生产经验,延续企业发展亟待解决的劳动力赋能问题,需要通过对企业运营数字化资源来管理自动化系统,而不是现在过多的或仅依赖于专业自动化工程师去解决问题。这是呼应刚才姚老师提到的,让 IT 未来更好赋能 OT。蒋涛蒋涛:工业物联网需经历从自动化到数字化,从数字化到智能化的演进过程。我们需要让封闭能力释放,让全行业把资产资源开放,这才会有更大舞台和空间发展,挖掘潜藏价值。但其中的难度比想象大,我举两个例子:我们曾和一工业物联网平台合作过,但在落地时遇到一些挑战,一是技术、标准的确立,开放平台生态建设需耐心和时间;二是客户在接受新开放平台时,往往如[开着飞机要换引擎],那么客户的买单意愿有多少?要花费多长时间这些投资可取得较好的ROI?当然每一家都说[我们会帮助它提升]。我们曾投资过一家初创公司,它观察到某行业产线设备有监控仪器,可监控设备的运行、老化等情况,但它是分散记录的,仅靠现场工程师做记录来分析,数据不统一。后来他们开发了一个产品,当碰到一堆异构系统不开放时,也可将数据调出来汇总和分析,客户使用该产品就可明白生产上线需多长时间、花多少钱。以上两个难题是交错的,技术上如何做到更容易、更开放、标准更统一;另外针对客户的痛点,其买单意愿也是很关键的。IEC61499 标准是连接 OT 的[最后一公里]姚远姚远:从 IT 工程师的角度来看,IEC61499 标准中规范的功能块是一种图形化的数据流程序设计方法。这种编程方式简单、直观。事实上,有许多的软件都采用图形化编程方式,如 IBM 的NodeRED ,NI 公司的 LabVIEW 等。在工业控制领域,很早以前就引入了图形化编程——梯形图,随后又添加功能块方式、结构化文本等,形成了 IEC61131-3 标准。IEC61499 有以下特点:一是面向分布式工业测量与控制的标准,是一种分布式系统编程方式;二是基于事件的概念,使程序设计具有确定性和实时性,这个事件像硬件脉冲一样,便于编程。为什么我们采用 IEC61499?四年前,我们采用一工业物联网架构来写软件,做容器、App、微服务等。最后我们在工业物联网里实现了低代码的工业 App,大家只要编一点点代码就能了。但到工业界推广时发现一个问题:大家要的不是[low-code]而是[no-code],工业领域不能编写任何程序,因为他们不会 Python、Go、C++。如果没有桥梁通到 OT 行业,再[low-code],哪怕只写一条指令,都无法在自动控制领域去推广。所以我们选择 IEC61499,因为它采用工业自动化控制领域里工程师所习惯的方式,长期适应梯形图,适用功能态的方式构架应用程序,该标准最大的特点是和让使用者保持以前的习惯。IEC61499 标准采用面向对象程序设计的的编程理念和软件组件化思想。在运行时内部,功能块对应的是软件的组件,类似 C++ 的类和对象。如此一来,我们只需把各功能做全,用的依然是 OT 工程师所熟悉的方法,这点非常重要!如果没有这东西,就推广不了这项目。因此很多人认为 IEC61499 是连接 OT 的[最后一公里]。我们观察到在一些行业推广该标准时,现场工程师能接受的。IEC61499 标准面向分布式系统,其设计理念跟以前不太一样。传统的分布式系统或分散控制是确定功能要求,有多少台设备采用什么协议,然后为每个设备编程序,编完程序再联调,整个过程的效率不高,改动起来很困难。IEC61499 不一样,它是从总体上画图,将一个功能块分解部署到硬件 PLC 上,将另一块部署到另一 PLC,从整理设计到分别部署的自顶向下设计思路。如今,IEC61499 标准诞生有 15 年了,原来是学术研究居多,真正应用到商品化,在工业领域里长期运营的系统非常少。我知道做得较好的是 nxtControl,施耐德电气独具慧眼,几年前收购了 nxtControl,EcoStruxure开放自动化平台便是基于 nxtControl,融合施耐德电气的新技术研发而成。庞邢健:施耐德电气收购 nxtControl,就是看重当 IT 和 OT 融合时,如何给开发者在工程设计有更多自由空间,利用 IT 技术解决用户、开发者、设备制造商在硬件架构的局限,把更多精力投入到企业云中,而不是让大家基于固定架构或固定设备,后期很难调整。未来的工业时代是开放的时代,如果没有开放自动化平台,怎么实现工业 4.0 所提出的无限可能性?但在 IT 和 OT 融合的过程中,我们绝不是[门外的野蛮人]。值得一提的是,大家不能简单把 IEC61499 理解为替代 IEC61131-3,IEC61499 传承 IEC61131-3 并扩展,所有 IEC61131-3 开发的功能块在 IEC61499 上都可被复用,其颠覆 IEC61131-3 所支持的 PLC 时序扫描技术,这个颠覆并不是把过去完全否认,而是很好的继承。IEC61499 支持很多底层自动化硬件,赋能现有硬件资产,帮助架构和分配自动化运营从单一设备到整体系统,使得用户更自主选择供应商。对于蒋总提到的投资回报分析以及未来业务模式,以 IEC61499 为例的软件驱动业务模型,可以脱离传统自动化企业一次性将所有成本放在硬件上。将来软件和硬件可更好地平衡成本和架构,而我相信开发者的总开发成本应为明显下降。进一步延伸,用户可考虑用[软件订阅模式]——为了使用付费而不是为了拥有去付费,用订阅模式使用户在拥有一次性成本和联动基于应用付费的可能性。姚老师提到 IEC61499 对很多现有技术工程师能用高级语言去编程,未来我们会进一步添加高级语言如 C++、Python 等语言集成到开发体系中,实现提升工程师能力。EcoStruxure 的实践应用庞邢健:去年底,施耐德电气在进博会上正式发布 EcoStruxure 开放自动化平台。此次面向中国市场发布的同时,除了通用应用程序库,针对食品饮料和物流自动化两个高速发展的行业,EcoStruxure开放自动化平台还提供了细分的行业库,为总包商、设备制造商、系统集成商和最终用户带来工程和运营效率的优化。如在乳品行业中,涵盖储存、传送带、灌装等多环节的资产被容纳到一个动态资产模型中,可实现各工程相互的连续性和总体设计的便利化;在物流行业,工程师可利用输送线、移载、转向等行业功能块,快速实现系统的工程设计、测试和调整,缩短系统投入运行所需的时间。姚远:十分感谢施耐德电气让我有幸成为 EcoStruxure 开放自动化平台的第一批试用者。我拿到开发包后,在开发环境下编写 IEC61499 功能块应用程序,配置系统,部署到 Windows 10 下的软件运行(soft dPAC)中运行,测试人机接口设计、HMI 运行时、OPC UA 接口。我将这些内容分享在 CSDN(https://blog.csdn.net/yaojiawan)上,其中有文章的阅读量超 2000,之前我的文章阅读量大概是几百,从这说明CSDN 用户对 EcoStruxure 开放自动化平台挺关注。EcoStruxure 开放自动化平台给我的惊喜蛮大,这个平台不仅包含 Windows 10 下的软件运行时(soft dPAC),还有 Linux 平台上的软件运行时,且在 Docker 中运行的。另外还有Arm hf 版本,这下让我们高兴坏了。我们一鼓作气地在树莓 PI4,国产瑞芯微 RK3399 PC,全志H6 平台上安装了该平台的SoftdPAC。我的小伙伴还将 Soft dpac 安装到 ST 公司小型嵌入式处理器 STM32MP157C 平台上,还把它放在阿里云上。从这我们看到,施耐德的开放系统确实可以实现[到处运行]。不仅如此,我们用 Go 语言编写了软件的网关,通过 TCP 协议将 IEC61499 的功能块应用与Docker 中其他微服务连接起来,使用 MQTT 协议与物联网平台 TICK 连接在一起。连上后用 influxDB 时序数据库把大数据联起来,在此基础上,开发大数据分析,AI等应用就十分方便了。总体来讲,EcoStruxure 开放自动化平台是我们想要的平台,我们可以在该平台上[玩]出花样来,希望更多 IT 工程师关注它。庞邢健:作为新技术的出现,首先要考虑如何让大家对它感兴趣,像姚老师等专家将 EcoStruxure 开放自动化平台装到不同硬件架构上[玩],也让我们十分惊喜。说明该平台开放性很强,占用系统资源非常小。最终我们还是要回归到业务,那么我们能给客户带来什么?对开发者、系统集成商、设备制造商而言,EcoStruxure 开放自动化平台将大大提升工程效率,迈向 100% 工程效率,大幅度减少无效时间、无效工作。对于用户而言,实现 100% 运营效率,打通开发和运营系统,提升运营效率。如此一来,可加速 IT 和 OT 融合,应对 100%未来挑战。EcoStruxure 开放自动化平台能够带来的直接优势包括:

  • 应用程序创建速度提高2~3倍

  • 故障排除和系统诊断的速度提高2~6倍

  • 应用程序映射到新硬件资源的速度提高2~7倍

后续欢迎更多像姚老师等开发者来[玩]EcoStruxure 开放自动化平台,并提意见。(点击阅读原文可免费申请试用)如今 EcoStruxure 开放自动化平台不断迭代优化,自 2020年 11 月发布第一个版本后,今年我们将不断升级新版本。如今有国际厂商加入 IEC61499 标准上,支持 IEC61499 开放自动化。我们欢迎更多的国内自动化厂商加入进来,实现真正开放的数字化生态圈,共同为客户创造价值,实现自我价值。低/无代码浪潮下,给工业物联网的开发者的建议姚远:工业自动控制领域有长期的传统和内部的逻辑,如果简单地将 IT 最新技术引到 OT 领域是困难的,也没效果。所以在引入低/无代码技术时,需用 OT 工程师熟悉的编程方式,否则即使让他写一条命令,他也不愿意写。IT 工程师先要和大厂的开发系统相互融合、相互了解,共建合作共赢生态系统。我们公司在培养原来做前端的工程师使用 IEC61499 时,大家没有障碍地使用,因为它主要是逻辑、模型,不涉及很多细节。有了 EcoStruxure 开放自动化平台,可让这些原来做前端的人也来做硬件,这是一个 IT 融合 OT 较大的进步。蒋涛:过去标准不统一,但听了庞总和姚老师介绍 IEC61499 标准、EcoStruxure 开放自动化平台后,我在想着会不会给工业自动化第三方开发商带来一些机会?因为现在看到下一个大趋势:越来越多的自动化工厂,带来更多数字化,那么数字化后需更多的工业 App,那么这些工业物联网的应用开发商是否有发展壮大的机会?庞邢健:对的,从多年前开始大家有这样的想法,为何没有实现?正如姚老师说的,IT 到 OT 的[最后一公里]没有打通。由于 IT 人员对 OT 技术不熟悉,对于工艺、设备硬件理解可能存在一些欠缺,所以单纯从 IT 角度开发出来的 App,对企业的运营和工程很难真正的帮助。过去有企业尝试用现在 AppStore 的理念照搬到工业 AppStore,但并没有成功。所以我们希望能通过 IEC61499 标准、EcoStruxure 开放自动化平台,将这[最后一公里]打通。在实现[打通]的道路上,大家使用哪种交通工具进入到哪条车道,解决哪个问题,我们欢迎更多开发者和用户一起参与进这平台,一起提需求、解决问题、繁荣生态。展望 IIoT 未来发展趋势庞邢健:上文提到的[四维融合]中关键的一个融合是云边协同融合。一些人对工业物联网误解为[工业物联网代表云],所以研发出很多工业物联网平台,想通过各式手段将获取数据放到云上。后来大家拿到数据后发现并没有用处,相反,企业偶尔出现问题时对它造成非常大的损失。所以未来我们要聚焦解决具体工业场景上,从如何真正提升效率、赋能用户等角度来解决问题。工业互联网本身绝不仅是工业云,需真正把 IT 和 OT 融合起来,用 IT 赋能 OT 技术,使得基于 IEC61499 标准、EcoStruxure 开放自动化平台,实现工业互联网带来的互联网思维、带来的平台化价值。蒋涛:我认为工业物联网拥有很大的商机和潜力,我们可以举行俱乐部等活动,将这些对工业物联网感兴趣的开发者聚集起来,探索 EcoStruxure 开放自动化平台等新工具和技术。姚远:长期以来,众多的自动化集成公司主要是代理硬件产品,现场安装维护和简单配置和组态设计,这类公司的同质化现象严重。开放性系统是一种基于软件为中心的系统,融合先进的IT技术,能够为客户提供增值服务,未来的自动控制系统中软件将成为核心竞争能力。因此,传统的自动控制集成商要与时俱进,引进一些年轻的 IT 工程师,提升公司在开放自动化平台下的软件开发能力。更多精彩,扫码观看回顾专属福利现在,CSDN 用户可申请免费试用施耐德电气开放自动化平台!即日起至 1 月 25 日,若您希望深度体验施耐德电气 EcoStruxure 开放自动化平台,点击[阅读原文]填写报名信息,施耐德电气将在报名结束后抽选 5 位用户获取免费体验名额!戳]阅读原文[,立即报名!

百度未收录

未经允许不得转载:蔚蓝资讯网 » 跨越鸿沟,IIoT 如何更融合与开放?

赞 (0) 打赏

评论 0

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址