受益于云和邊緣——即使沒有深入的軟件專業知識
http://www.199rrr.com 2020-12-03 12:58 來源：德國赫優訊自動化系統有限公司
與云計算的便捷連接為自動化行業開辟了許多新的可能性，例如預測性維護或系統的遠程監控。盡管如此，一些工廠運營商仍然不愿利用這些選項。為了能夠盡可能高效，安全地使用現代自動化概念，在處理軟件和網絡協議時需要專門知識，而這些知識在許多地方還沒有深度應用。
OPC UA被越來越多的公司用作標準接口，以確保通過互聯網連接在不同數據源之間進行可互操作的通訊，無論是針對生產設施中的設備，永久安裝的測試系統還是數據庫。現在，熟悉工業以太網和TCP/IP的內部服務技術人員應確保與OPC UA的連接，以便系統可以從遠程診斷和預測性維護中受益。
自動化行業中的經典方法是使用轉換器，該轉換器將以太網信號轉換為適合OPC UA的格式。這解決了互聯網連接問題，但是從工業4.0的意義上講，此解決方案不能回答數字化過程所需的其他問題：我可以從系統中獲取哪些數據？我是否真的要將系統中每個傳感器、每個執行器或每個單獨的傳動系統直接產生的所有數據直接存儲到云中？即使我在云中有一個處理數據的平臺，該平臺是否完全支持某些自動化組件中的數據評估？我如何讓他們了解？我是否需要必要的帶寬來上傳和下載所有信息？如果沒有互聯網可用，我的系統會怎樣？
無論是在傳感器中，在人機界面上，還是在運行過程中，在系統中創建無數的二進制數據和鏈接圖。如果工廠操作員希望將其機器連接到云，必須首先能夠訪問所有這些數據。但這還不夠，一方面，這會產生大量數據，這些數據還需要提供高帶寬。另一方面，具有來自各種來源的無數二進制數據的云平臺，無法獨自執行任何操作，因此，您首先應該從大量數據中獲得或匯總有用的信息。
這就是邊緣計算發揮作用的地方，數據已經可以在系統和通往云的路徑之間的接口處進行本地收集和預處理。因此，系統操作員可以完全控制自己系統中生成的信息，并將其傳遞給他選擇的云平臺。運營商保留對其數據的主權，同時可以在云中評估和更有效地使用數據。因為預處理是在本地進行的，所以即使在此期間沒有互聯網訪問，系統也可以繼續不受干擾地運行。
繼續使用上面提到的帶有轉換器的示例：在這里可以運行應用程序，這些應用程序負責匯總和初步評估收集的數據，而不僅僅是使用設備進行轉換。服務技術人員可以繼續堅持自己的專有主題，并且可以保持概覽和控制他以何種形式轉發數據，無需支付額外費用，現有硬件可以通過軟件進行有益補充。
如果系統操作員或設備開發人員想要實現所有這些功能，那么一個專門的軟件團隊必不可少。例如，德國赫優訊公司擁有一個由25人組成的IoT團隊，他們全力參與軟件開發，根據我們自己的估計，這仍然是一個很小的團隊。
為了能夠應對整個功能深度，高效的工具鏈是必不可少的，其范圍從設備邊緣的數據采集和預處理到與云的連接。赫優訊決定在這種情況下與微軟公司合作。借助Azure云，該公司不僅運營行業標準的云服務，開源開發環境Azure IoT SDK允許工廠運營商和開發人員將幾乎所有設備連接到云服務。 Azure IoT中心可在云本身中使用，利用它可以在不同地區管理數十億個設備。
此外，還有Azure IoT Edge，它位于系統和云之間的連接處。在此，可以專門解決設備的各個部分以及專門定制的應用程序，這些應用程序在容器中安全且相互獨立地工作，可以在GitHub存儲庫中開源許可下獲得此應用的源代碼。在大型社區的參與下，內部開發人員很容易查看現有項目并使其適應自己的需求。
此外，微軟于2019年底在預覽版中推出了一項新服務，旨在大幅簡化新設備與云平臺的連接：Azure Plug&Play。在此服務中，設備制造商可以存儲其組件或設備的屬性描述。如果將這樣的“Azure即插即用”設備連接到合適的網關（例如赫優訊生產的網關），則它可以根據存儲的屬性描述自動從云中獲取所有必要的信息，類似于Windows的驅動程序安裝。用戶可以快速連接新設備或組件，對其進行配置并將其拖放到Edge平臺上，而無需其他軟件知識。
但是，并不是每個系統操作人員目前都能夠或愿意在自己的軟件部門投入大量金錢和精力。特別是在自動化行業，許多組件制造商已經意識到了這一需求，并提供了自己的邊緣和云平臺。這些承諾使操作員可以快速地處理設備識別和連接等問題，運行用于數據聚合、設備維護等的相關應用程序，無需深入的軟件專業知識，只要連接的設備和組件也是受支持的生態系統的一部分。不利的是，現實同時導致了必要的軟件服務，物聯網平臺和制造執行系統（MES）存在大量不同組合，其中部分僅支持某些制造商的設備。
所以，系統運營商希望為其設備配置找到最合適的邊緣平臺，并為其提供合適的云連接，如果他們不追求全源的方法，那么他們將面臨巨大的困難。如果所選的MES平臺軟件組合不支持傳感器或執行器的運行，自行改裝會使情況更加復雜，特別是如果它是專有的封閉產品。
為了解決這個令人困惑的市場形勢，在漢諾威工業博覽會2019上已經成立了開放工業4.0聯盟，截至2020年1月，已有49家公司加入該聯盟。現場總線組織已經成功建立了業界統一的通訊標準，成為這種跨制造商聯盟的典范。該聯盟的目的是創建一個統一的生態系統，在該生態系統中，可以將來自盡可能多的不同制造商的設備進行交互操作。這樣，這些組件的供應商更容易協調其產品在各個制造商之間的協作和交流。另一方面，設備制造商發現更容易為系統配備基于統一生態系統的應用程序，無需其他軟件知識。這些技術充分利用了邊緣和云功能的優勢，很大程度上獨立于各個制造商的規范。
以這種方式工作的工業物聯網平臺必須滿足某些要求。無論制造商如何，它必須是能夠使用唯一ID自動識別連接的設備，這些設備的制造商必須提供合適的資產管理，以便可以自動配置和使用所有組件。這樣，系統操作員就不必花費太大的編程精力。這些設備運行的應用程序安全地封裝在容器中，以免危及正在進行的操作，同時匯總和預處理來自操作的數據。所有制造商使用的統一數據總線必須確保這些應用程序可以彼此安全通訊，相應的標準化接口和服務可確保邊緣與云之間、以及云與云之間的安全易用的通訊。
Edge不僅是本地數據生成和與云平臺的連接之間的網關，它本身也是一個計算平臺，來自不同制造商的設備數據可以在此平臺上相互組合。例如，傳感器制造商肯定比其他制造商更熟悉自己的組件，如果他能夠在邊緣級別上為各個組件之間的通訊或有意義的數據交換提供可能性，那么他將為客戶提供更多的附加值，并在市場上超越競爭對手。在這一點上，智能優勢非常重要：它以相對簡單的方式用于解決單個問題。
由寶馬集團和微軟運營的開放制造平臺計劃（OMP，于2019年漢諾威工業博覽會開始）也有類似的目標。微軟Azure工業物聯網云的解決方案旨在建立一個開放技術平臺，該平臺從跨行業的開發人員社區中受益。該平臺旨在推動智能工廠解決方案的開發，可以由汽車和制造業的OMP社區共同使用。同樣，工業數據模型在平臺中標準化，以加速信息分析。
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