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★上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院，PLCopen中國組織 彭瑜

工業(yè)邊緣計(jì)算設(shè)備的終極功能應(yīng)該是感知和控制物理過程，運(yùn)行本地程序，并與工業(yè)控制器、工廠運(yùn)營系統(tǒng)、企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和云應(yīng)用程序通信。工業(yè)企業(yè)為了持續(xù)地實(shí)現(xiàn)盈利和提高競爭力，正在循著實(shí)時(shí)閉環(huán)制造業(yè)務(wù)運(yùn)營的數(shù)字化制造架構(gòu)（DMA）方向探索和發(fā)展。正如圖1所示，邊緣計(jì)算在DMA中起著數(shù)字化底座的基礎(chǔ)作用。在充分利用邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)上才可能運(yùn)用云-邊-端的分布式計(jì)算和開放系統(tǒng)的進(jìn)展，來實(shí)現(xiàn)同步、實(shí)時(shí)、優(yōu)化生產(chǎn)，以適應(yīng)包括供應(yīng)鏈、客戶需求、能源和可持續(xù)發(fā)展等諸多的外部變化因素。

圖1數(shù)字制造架構(gòu)創(chuàng)建實(shí)時(shí)的閉環(huán)運(yùn)行操作

（圖源：automation.com）

1工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、同步和協(xié)同的業(yè)務(wù)處理與制造

在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，長期形成了生產(chǎn)制造系統(tǒng)、企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和供應(yīng)鏈這三套系統(tǒng)相互分離，即使有一定的松散耦合，也不能克服在功能上缺乏同步的協(xié)同和關(guān)聯(lián)。這種功能的孤島現(xiàn)象往往造成流程的重疊、一些關(guān)鍵信息的空白和決策的低效，從而阻礙企業(yè)的發(fā)展和優(yōu)化。圖2清晰地指出傳統(tǒng)制造的孤島表現(xiàn)在企業(yè)的業(yè)務(wù)管理只制定計(jì)劃和下達(dá)生產(chǎn)指令，供應(yīng)鏈只管企業(yè)內(nèi)部和外部的原材料、物料和能源的供給，而生產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)部門只關(guān)注在制件的控制和跟蹤，三者之間極少關(guān)聯(lián)和協(xié)同，更談不上實(shí)時(shí)和同步;唯一能做到實(shí)時(shí)運(yùn)行的是生產(chǎn)過程的控制和自動(dòng)化。

圖2傳統(tǒng)制造在業(yè)務(wù)管理、供應(yīng)鏈和生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)三者之間缺乏同步的協(xié)同和關(guān)聯(lián)

（圖源：automation.com）

一般企業(yè)管理系統(tǒng)ERP與生產(chǎn)制造系統(tǒng)耦合松散表現(xiàn)在，ERP以書面或電子方式發(fā)送訂單和庫存清單來啟動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)行，缺乏實(shí)時(shí)同步地向工廠發(fā)送指令和信息的能力。例如，接到訂單后下達(dá)生產(chǎn)指令，但對(duì)生產(chǎn)中發(fā)生的事情視而不見，直到完成生產(chǎn)任務(wù)后工廠信息反饋到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，再進(jìn)行所謂的“倒沖”，將生產(chǎn)過程中消耗的材料扣除。MES加強(qiáng)了溝通和協(xié)調(diào)，提高了工廠的可視化能力，實(shí)行實(shí)時(shí)工單/實(shí)時(shí)庫存發(fā)布，扣除材料消耗/實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控，但導(dǎo)致了復(fù)雜的復(fù)制模型、更高的成本和可疑的可靠性等問題，同時(shí)不能提供對(duì)產(chǎn)品可用性的足夠洞察。數(shù)字制造架構(gòu)的目標(biāo)就是希望將制造系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和供應(yīng)鏈系統(tǒng)集成整合，克服松散耦合形成的一切弊病。

從這個(gè)意義上講，制造業(yè)中很多時(shí)候?qū)T/OT融合的關(guān)注，在范圍上可能過于狹窄，基本局限在一條產(chǎn)線、一家工廠，如果涉及一個(gè)企業(yè)也僅僅關(guān)注企業(yè)內(nèi)部，很少擴(kuò)展到供應(yīng)鏈以及客戶需求和響應(yīng)，因而無法利用日益先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)制造競爭優(yōu)勢(shì)。在理想情況下，工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該囊括整個(gè)制造過程和生態(tài)系統(tǒng)，包括：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、采購與供應(yīng)鏈同步、柔性生產(chǎn)、廠內(nèi)/企業(yè)內(nèi)物流、服務(wù)、客戶響應(yīng)能力，以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施（如工業(yè)通信系統(tǒng)、邊緣計(jì)算等）。因此IT/OT的融合也應(yīng)該不僅貫穿整個(gè)制造過程，也需要擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期和企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。IT/OT的廣泛融合意味著企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)流程與企業(yè)相關(guān)的外部資源和供應(yīng)鏈之間，以及與產(chǎn)品生命周期的應(yīng)用狀態(tài)之間，存在清晰和直接的溝通；而IT/OT的融合發(fā)展是開發(fā)和部署一系列創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵，這些創(chuàng)新將定義制造業(yè)的未來。

由此可見，工業(yè)制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基本要求是：向集成的、實(shí)時(shí)的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造業(yè)轉(zhuǎn)變；從終極目標(biāo)來看，工業(yè)企業(yè)應(yīng)該在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上追求實(shí)時(shí)、同步、優(yōu)化地實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)、供應(yīng)鏈和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)全范圍和全過程的IT/OT融合。實(shí)時(shí)數(shù)字化制造正在成為一種更有效、更全面、更有競爭力的業(yè)務(wù)。通過將制造/生產(chǎn)整合到整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，制造業(yè)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)正在被重塑。

2工業(yè)邊緣計(jì)算在重塑制造業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)中的重要作用

多年來，工業(yè)自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，利用分布式計(jì)算提高性能、質(zhì)量、可靠性、可用性、快速響應(yīng)能力和降低軟件維護(hù)成本，越來越多的計(jì)算被推向現(xiàn)場的終端設(shè)備。每一步進(jìn)展的限制因素都是技術(shù)的成本、堅(jiān)固性和可靠性。工業(yè)儀表、傳感器和執(zhí)行器即使隨著芯片和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的顯著進(jìn)步發(fā)生了許多變化，要像智能手機(jī)那樣以低成本通信的方式傳遞大量制造基礎(chǔ)信息，恐怕還需時(shí)日。因此，工業(yè)邊緣計(jì)算的設(shè)施和能力仍需大力加強(qiáng)和推進(jìn)。何況工業(yè)邊緣計(jì)算的角色也是分布式制造架構(gòu)中不可替代的。

邊緣計(jì)算的主要價(jià)值是就近在物理生產(chǎn)的地點(diǎn)執(zhí)行應(yīng)用程序，以極低的延遲實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間，并捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將高級(jí)功能直接集成到這種新型的功能強(qiáng)大的現(xiàn)場設(shè)備和工業(yè)控制器中，再加上實(shí)時(shí)事務(wù)處理業(yè)務(wù)系統(tǒng)，正在減少對(duì)工業(yè)中間件軟件的需求。業(yè)務(wù)系統(tǒng)比工業(yè)系統(tǒng)發(fā)展得更快，以滿足包括供應(yīng)鏈、客戶服務(wù)、物流和互聯(lián)網(wǎng)商務(wù)在內(nèi)的業(yè)務(wù)功能的要求。雖然中間層軟件和計(jì)算機(jī)達(dá)到了緩沖、同步、轉(zhuǎn)換和優(yōu)化傳感器和控制器信息的目的，但也產(chǎn)生了許多弊端，例如由大量中間層計(jì)算機(jī)、重復(fù)的數(shù)據(jù)庫、復(fù)雜的配置控制和昂貴且難以維護(hù)的軟件組成的脆弱系統(tǒng)。邊緣計(jì)算是在用戶或數(shù)據(jù)源的物理位置或附近進(jìn)行的計(jì)算，有可能逐步用邊緣的分布式功能包括優(yōu)化、專家系統(tǒng)和具有新型設(shè)備的人工智能來替代中間件軟件。

邊緣設(shè)備類型大致有如下幾種：（1）支持原有老系統(tǒng)的邊緣網(wǎng)關(guān)：工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)通常是堅(jiān)固的工業(yè)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行中間件軟件，連接到PLC、驅(qū)動(dòng)器和其他邊緣設(shè)備，理清信息的來龍去脈和情境化（contextualization），并將其映射到數(shù)據(jù)企業(yè)軟件和數(shù)據(jù)庫。邊緣網(wǎng)關(guān)是利用已安裝的原有控制和自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)展資本設(shè)備提供邊緣計(jì)算功能的理想選擇。（2）邊緣工業(yè)計(jì)算平臺(tái)：堅(jiān)固的邊緣計(jì)算平臺(tái)提供網(wǎng)關(guān)功能以及許多其他功能，包括分布式控制、優(yōu)化、web服務(wù)器、OPCUA服務(wù)器和客戶端、人工智能AI、RESTAPI、圖像識(shí)別和云通信（AWS、AZURE等）。許多邊緣計(jì)算平臺(tái)還集成了多用戶環(huán)境，如Docker和Kubernetes，允許添加用標(biāo)準(zhǔn)編程語言（包括Python和JavaScript）編寫的用戶應(yīng)用程序。（3）智能現(xiàn)場邊緣設(shè)備：這是一類新的智能現(xiàn)場設(shè)備，包括傳感器和執(zhí)行器，它們是智能的，可以直接與控制器、企業(yè)和云應(yīng)用程序通信。這些設(shè)備集成了分布式控制功能，包括優(yōu)化、web服務(wù)器、OPCUA服務(wù)器和客戶端、RESTAPI和云通信（AWS、AZURE等）。一些立足于最終用戶的項(xiàng)目計(jì)劃正在定義基于這些概念的新體系結(jié)構(gòu)，包括NAMUR開放體系結(jié)構(gòu)（NOA）和開放過程自動(dòng)化論壇（OPAF）標(biāo)準(zhǔn)。

值得注意的是以太網(wǎng)IP到邊緣的發(fā)展。隨著單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)（SPE）標(biāo)準(zhǔn)10BASE-T1集成到各類工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)優(yōu)勢(shì)正在進(jìn)入主流計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，一個(gè)重要原因是IP通信在嵌入包括傳感器和執(zhí)行器在內(nèi)的終端現(xiàn)場設(shè)備時(shí)擁有了成本效益。支持工業(yè)控制和自動(dòng)化的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)利用了大量生產(chǎn)的以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，包括較低的硬件、軟件和支持成本。顯然SPE是一種直接從傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)啟動(dòng)器和其他設(shè)備中解鎖更多信息的方法。

單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)是先進(jìn)物理層（APL）將以太網(wǎng)用于易爆易燃危險(xiǎn)區(qū)域的現(xiàn)場級(jí)儀器儀表的基礎(chǔ)，為在0區(qū)和1區(qū)Div1提供本質(zhì)安全的解決方案。現(xiàn)場級(jí)以太網(wǎng)將以其廣泛性和速度突破現(xiàn)場總線的限制，使流程工業(yè)數(shù)字化成為現(xiàn)實(shí)。主要目標(biāo)是在流程自動(dòng)化領(lǐng)域采用成熟的技術(shù)和選項(xiàng)。

還有一個(gè)現(xiàn)場直接與企業(yè)溝通發(fā)展方向，這就是傳統(tǒng)的嚴(yán)格層次結(jié)構(gòu)正在讓位于一個(gè)反應(yīng)更靈敏、更直接的模型，將制造業(yè)帶入實(shí)時(shí)制造業(yè)務(wù)模型。現(xiàn)場設(shè)備可以直接與應(yīng)用程序通信信息，包括歷史記錄、高級(jí)云分析、實(shí)時(shí)維護(hù)監(jiān)控和其他功能。這簡化了這些功能的應(yīng)用，更為消除ISA95所規(guī)范的L2級(jí)和L3級(jí)軟件成本、復(fù)雜性、性能滿足不了要求而導(dǎo)致的拖累，以及長期的軟件維護(hù)成本。

3如何解決數(shù)據(jù)存取的互操作性這一最基礎(chǔ)的問題

制造業(yè)尋求自動(dòng)化設(shè)備和應(yīng)用程序的集成，最好的榜樣就像即插即用的網(wǎng)頁瀏覽體驗(yàn)?zāi)菢樱耆挥猛ㄟ^人工來連接“物”。為了達(dá)到這一理想狀態(tài)，工業(yè)自動(dòng)化的許多專家和從業(yè)人員投入到這一復(fù)雜的挑戰(zhàn)中。然而歷經(jīng)多年，到目前為止任何參與智能制造和工業(yè)4.0的人都知道，標(biāo)準(zhǔn)化還是在路上，離完成式還有不小的距離。也就是說，在許多方面這僅僅才開了一個(gè)頭，目前市場上的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品還沒有選擇一套公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。

以大家所熟悉的網(wǎng)頁瀏覽為例，調(diào)制解調(diào)器是互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。購買PC后，將其帶回家，標(biāo)準(zhǔn)化的好處立竿見影。首先，開箱即用的個(gè)人電腦通常都有一個(gè)以太網(wǎng)端口。PC連接到網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器后，通過DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol）獲得IP地址，并發(fā)現(xiàn)自己的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。然后，它會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的域名系統(tǒng)（DNS）服務(wù)器是什么，并開始訪問來自全球各地的廣泛信息。所有這些機(jī)制都通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)自動(dòng)激活；對(duì)于大多數(shù)用戶來說，它是一種相當(dāng)于魔法的技術(shù)。歷史的經(jīng)驗(yàn)證明，這種全球網(wǎng)絡(luò)只有在市場圍繞特定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)。那么，人們渴望著在運(yùn)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）也可以使用類似的魔法技術(shù)的時(shí)候，是不是也應(yīng)該思考選擇什么樣的標(biāo)準(zhǔn)化方案和路徑才有可能跨出成功的一步呢?我們可以預(yù)言，像IIoT這種需要在全球形成的網(wǎng)絡(luò)，只有在市場圍繞特定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)，否則就是一個(gè)實(shí)現(xiàn)不了的“承諾”。

如圖3所指出的在IIoT的許多服務(wù)和功能（諸如歷史數(shù)據(jù)存取、報(bào)警和通知、下達(dá)命令和控制、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測）中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問是最最基礎(chǔ)的，通常也稱為設(shè)備或流程遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。這種類型的數(shù)據(jù)通常被歸類為時(shí)間序列數(shù)據(jù)，是非事務(wù)性（nontransactional）的，以真-假、數(shù)字或文本的形式存在。可視化或測量工廠層上正在發(fā)生的事態(tài)通常是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的第一步。特別是大規(guī)模地將各種設(shè)備從不同的地域集成接入IIoT，跨越數(shù)據(jù)互操作性的鴻溝的重要性就益發(fā)顯現(xiàn)。如果我們運(yùn)用IIoT最直接的用例，即數(shù)據(jù)訪問有了標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，那么工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)給制造商帶來的巨大的挑戰(zhàn)就有了成功的基礎(chǔ)，而不會(huì)出現(xiàn)由于解決不了從工廠現(xiàn)場訪問數(shù)據(jù)這方面的問題，常成為一些數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃的攔路虎，以至于這一計(jì)劃胎死腹中。

圖3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的各種功能

（圖源：IEB網(wǎng)站）

智能制造利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)眾多目標(biāo)之一是在企業(yè)中納入新的信息產(chǎn)生方或信息使用方時(shí)不需花費(fèi)集成成本。簡化集成主要是通過在通信層和信息層運(yùn)用一些知名標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)，譬如OPCUA、MQTT。但是，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是否足以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取的互操作性呢？

目前MQTT已實(shí)現(xiàn)“一次提供數(shù)據(jù)；可以到處分發(fā)”（providedataonce;distributeeverywhere）的架構(gòu)。OPC基金會(huì)于2006年發(fā)布了第一個(gè)OPCUA規(guī)范，其中包括許多其他連接功能中的數(shù)據(jù)存取功能。其優(yōu)點(diǎn)包括啟用非Windows設(shè)備、具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型定義的可瀏覽地址空間，以及具有死帶過濾條件的長輪詢機(jī)制。OPCUA在制造商中變得流行，因?yàn)槌爽F(xiàn)有客戶端-服務(wù)器范式，在2018年還增加發(fā)布-訂閱協(xié)議，將Pub/Sub連接添加到規(guī)范中，包括無代理（brokerless）協(xié)議的以太網(wǎng)和UDP和有代理（brokered）協(xié)議的AMQP和MQTT。OPC基金會(huì)繼續(xù)接近互操作性的目標(biāo)，通過配套規(guī)范定義了標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象類型，每個(gè)規(guī)范都利用核心數(shù)據(jù)定義來構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象定義。

關(guān)于數(shù)據(jù)存取的互操作性，OPCUA和MQTT并未明確定義。如圖4所示，為設(shè)備指定MQTT僅定義基本通信協(xié)議，其余所有堆棧都未定義，這為信息使用方的集成應(yīng)用增加了沉重的負(fù)擔(dān)。信息使用方面臨的集成障礙包括：熟悉信息產(chǎn)生方實(shí)現(xiàn)的主題路徑，以及確定應(yīng)用程序是否可以通過最后遺囑功能監(jiān)視信息產(chǎn)生方的健康狀況。另外的挑戰(zhàn)有：選擇使用哪種QoS級(jí)別，信息產(chǎn)生者是在固定的時(shí)間間隔上發(fā)布還是僅在更改的數(shù)據(jù)上發(fā)布等。對(duì)集成商來說更可怕的是MQTT沒有傳輸數(shù)據(jù)的定義，因此信息使用方的應(yīng)用程序不得不適應(yīng)設(shè)備選擇的編碼方案、數(shù)據(jù)類型和對(duì)象定義。MQTT僅僅定義數(shù)據(jù)存取模型中的通信協(xié)議層，在通信層以上的各層次均未定義。由此可見，如果目標(biāo)是數(shù)據(jù)存取的互操作性，指定MQTT是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的。

OPCUA在數(shù)據(jù)存取模型的每個(gè)級(jí)別上都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。雖然每一層的定義都優(yōu)于其他技術(shù)，但問題出在在模型的每一層級(jí)其規(guī)范的組合（portfolio）都包含許多選擇。考慮到過多的通信協(xié)議、編碼方案、數(shù)據(jù)類型和對(duì)象定義，簡單地將OPCUA的信息使用方連接到OPCUA的信息產(chǎn)生方并不能保證數(shù)據(jù)存取的互操作性，因?yàn)槊總€(gè)應(yīng)用程序可能會(huì)在堆棧上選擇不同的選項(xiàng)。集成商必須仔細(xì)評(píng)估信息產(chǎn)生方的設(shè)備在每一層實(shí)現(xiàn)了哪些選項(xiàng)，并確保它與信息使用方應(yīng)用程序的功能相匹配。或者相反，集成商了解信息使用方應(yīng)用程序的功能，并不得不限制它可以使用的OPCUA產(chǎn)品的范圍。由此可見，如果目標(biāo)是互操作性，指定OPCUA是不夠的。

圖4MQTT和OPCUA的協(xié)議棧

（圖源：IEB網(wǎng)站）

或許OPC基金會(huì)也開始認(rèn)識(shí)到，雖然在每一個(gè)層面有多種技術(shù)規(guī)范提供選擇可以增加靈活性，但其帶來的負(fù)面影響卻是增加了集成的成本和推廣的困難。于是，OPC基金會(huì)在2022年2月宣布，包括亞馬遜AWS、谷歌Cloud、IBM、微軟、SAP和西門子六家云服務(wù)提供商有些在目前的產(chǎn)品中支持OPCUAoverMQTT，有些會(huì)在他們的開發(fā)路線圖中支持OPCUAoverMQTT。這一聲明標(biāo)志著這六家重要企業(yè)將與OPCUAoverMQTT組合兼容。更令人印象深刻的是，這一聲明標(biāo)志著企業(yè)內(nèi)部多云架構(gòu)的可能性，允許用戶無縫地將數(shù)據(jù)從一個(gè)云供應(yīng)商轉(zhuǎn)移到另一個(gè)云供應(yīng)商，實(shí)現(xiàn)云到云的互操作性。OPC基金會(huì)在2022年4月的OPC國際日上指出，OPCUAoverMQTT已有數(shù)千種實(shí)現(xiàn)可能。

對(duì)于需要識(shí)別OPCUAPub/Sub技術(shù)的信息使用方、應(yīng)用程序的終端用戶和集成商，OPC基金會(huì)于2022年6月創(chuàng)建了一個(gè)市場，作為一個(gè)可供公眾訪問的網(wǎng)頁，允許基于功能、傳輸、應(yīng)用配置文件和許多其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選。問題在于雖然已經(jīng)保證了普遍的市場支持，但沒有宣布任何OPCUAoverMQTT產(chǎn)品在OPC市場上市的時(shí)間表，包括來自六家云服務(wù)提供商的產(chǎn)品。對(duì)于需要商業(yè)產(chǎn)品的終端用戶和集成商來說，了解市場上可用的產(chǎn)品仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，OPC基金會(huì)正在為構(gòu)建語義語境的數(shù)據(jù)連通性做出努力。OPCUAFLC（現(xiàn)場級(jí)通信）計(jì)劃正在傳感器、執(zhí)行器、控制器、企業(yè)和云之間創(chuàng)建開放標(biāo)準(zhǔn)語義語境的數(shù)據(jù)連接通信解決方案，以滿足工業(yè)自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化的所有要求。OPCUAFX繼續(xù)取得快速進(jìn)展，將最基本的工業(yè)通信現(xiàn)代化，并將主流計(jì)算數(shù)據(jù)概念推向工業(yè)邊緣。OPCUA現(xiàn)場級(jí)通信（FLC）計(jì)劃目標(biāo)包括：在供應(yīng)商、平臺(tái)以及目前尚不可知的范疇之間構(gòu)建安全可靠的通信，實(shí)現(xiàn)從傳感器到企業(yè)及其他領(lǐng)域的互操作性。OPC基金會(huì)生態(tài)系統(tǒng)是統(tǒng)一的，由工業(yè)、IT、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和云組織組成，有超過65個(gè)聯(lián)合工作組參與，專注于定義和實(shí)現(xiàn)從工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備（包括傳感器/執(zhí)行器）到企業(yè)和云系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語境和語義數(shù)據(jù)模型。

OPC基金會(huì)與清潔能源和智能制造創(chuàng)新研究所（CESMII）共同開發(fā)的全球可用UA云庫使OPCUA信息模型在全球范圍內(nèi)的云端可用，為用戶提供查找和使用OPC模型的有效方法。這簡化了為語義數(shù)據(jù)模型提供可信源的應(yīng)用程序工程。

4結(jié)束語

其實(shí)從應(yīng)用的角度看，工業(yè)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)、同步、協(xié)同的業(yè)務(wù)處理和制造過程，其重要基礎(chǔ)就是全局的數(shù)據(jù)共享，而不是數(shù)據(jù)交換。這就要求有一個(gè)從數(shù)據(jù)存取架構(gòu)的視角建立的數(shù)據(jù)存取模型，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)/信息的使用方與數(shù)據(jù)/信息的產(chǎn)生方解耦，就如在互聯(lián)網(wǎng)中通過TCP/IP模型實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)/信息的存取與具體設(shè)備的地址脫鉤那樣。有人設(shè)想了這樣的數(shù)據(jù)存取模型（見圖5）。

圖5設(shè)想的數(shù)據(jù)存取模型

（圖源：IEB網(wǎng)站）

要使數(shù)據(jù)/信息的使用方與數(shù)據(jù)/信息的產(chǎn)生方解耦，一個(gè)重要前提是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)的通信連接，而不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。在“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”體系結(jié)構(gòu)中，信息使用方必須發(fā)起的連接數(shù)量與系統(tǒng)中信息產(chǎn)生方的數(shù)量直接相關(guān)。信息產(chǎn)生方的數(shù)量還規(guī)定了必須在信息使用方一側(cè)設(shè)計(jì)的不同協(xié)議和客戶自定義語法解析功能的數(shù)量。因此，隨著信息產(chǎn)生方數(shù)量的增加和實(shí)現(xiàn)的協(xié)議數(shù)量的增加，點(diǎn)到點(diǎn)模型變得不可持續(xù)。

當(dāng)從所有工廠設(shè)備收集信息時(shí)，企業(yè)系統(tǒng)受到了所需通信協(xié)議數(shù)量的挑戰(zhàn)。對(duì)于應(yīng)用程序來說，要做到跨所有設(shè)備且與任何協(xié)議通信，負(fù)擔(dān)實(shí)在太大了。人們一直在努力通過將過多的通信協(xié)議通用化來消除這種負(fù)擔(dān)，但一涉及到產(chǎn)品采用，那又是另外一回事了。工業(yè)自動(dòng)化制造商不會(huì)只優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，而是繼續(xù)在EtherCAT、PROFINET和EtherNet/IP等原生現(xiàn)場總線技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新。幾乎所有的設(shè)備都繼續(xù)支持通過Modbus/TCP來交換數(shù)據(jù)，有些還增加了IO-Link。一些設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到包含OPCUA服務(wù)器，但即使是OPC基金會(huì)成員的工業(yè)自動(dòng)化制造商仍然省略O(shè)PCUA服務(wù)器。一些集成商和終端用戶正在等待最新的設(shè)備規(guī)范OPCUAFX，期望它將帶來更大的市場采用。相比之下，其他人嚴(yán)重懷疑在工業(yè)設(shè)備這一級(jí)別是否有可能采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

總之，時(shí)至今日我們尚不能看到適合全球的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存取互操作性的明朗格局。我們盼望能在此方向加快進(jìn)程，讓企業(yè)中納入新的數(shù)據(jù)/信息產(chǎn)生方或數(shù)據(jù)/信息使用方時(shí)不需花費(fèi)或極少花費(fèi)集成成本。

作者簡介：

彭瑜（1938-），男，湖南長沙人，教授級(jí)高級(jí)工程師，上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院教授級(jí)高工、顧問，PLCopen中國組織名譽(yù)主席。迄今為止，已經(jīng)為中國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展服務(wù)了50多年，涉及流程工業(yè)、離散制造業(yè)等領(lǐng)域的檢測、控制、生產(chǎn)制造、執(zhí)行管理等多個(gè)方面。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計(jì)算2023專輯》