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擁抱開放自動化,正當其時

  談到工業數字化轉型,往往繞不開的一個問題是孤島現象,尤以IT和OT的隔閡為甚。

  究其原因,無外乎一是人才,既懂IT對OT亦有深刻理解的技術人員少之又少。

  另一個就是技術標準因素和各大廠商的封閉心態。與IT領域日新月異的發展相比,OT領域技術更新周期較長,傳統工業自動化系統基本上都是基于上世紀七八十年年代的原理而開發,這些工業自動化系統是相對封閉的,不同供應商的產品互不兼容。隨著數字化進程不斷加速,封閉性和專用性極大地阻礙了工業自動系統的升級遷移和創新應用,以及IT和OT深入高效地融合,也為用戶增加了大量成本。

  很顯然,一成不變的工業自動化系統已經難以滿足數字化時代對互聯互通以及效率的需求,工業自動化領域的變革已箭在弦上。問題是,如何消除這個橫亙在工業自動化行業面前并制約行業未來發展的壁壘?

  可復用、可移植、可重構、可互操作的開放自動化系統,應運而生。

  開放自動化的基礎——IEC 61499標準

  在展開談開放自動化之前,我們不妨先聊聊其基礎和支撐——IEC 61499標準。

  我們知道,國際電工委員會(IEC)在1993年發布了IEC 61131-3,并逐漸獲得全球工業界的廣泛認可和接受,成為PLC、DCS、機器人控制等工業控制自動化編程語言的國際標準,為整個工業控制軟件技術的發展起了舉足輕重的推動作用。

  然而,由于開發較早,IEC 61131-3在概念上不支持重新配置和分布式控制,其局限性表現在軟件模型只支持單一設備編程,缺乏系統的概念,不適應分布式結構的軟件要求,不支持并發和隨機事件的快速響應,不同廠家設備相互之間也不兼容等。

  IEC 61131-3在應對當今復雜工業系統的更高層次要求時,顯然力有不逮了。

  因此,在IEC 61131-3的基礎上,IEC啟動了IEC 61499標準的開發,歷經多年發布了標準的四個部分,包括第1部分IEC 61499-1:結構,綜述了基于功能塊的分布式系統的設計和建模規則;第2部分IEC 61499-2:軟件工具要求;第4部分IEC 61499-4:一致性行規的規則。第3部分IEC 61499-3在2007年因技術過時而被撤銷。因此,IEC 61499標準的當前版本由三部分組成。據悉,主要作為系統級的建模規范的 IEC 61499-5正在準備當中。

  IEC 61499基于工程師熟悉的框圖,將功能塊從IEC 61131-3中的子程序結構擴展到分布式計算系統中的功能單位,通常作為系統級可執行建模語言使用。其核心是事件觸發的功能塊網絡,功能塊為邏輯代碼提供統一接口封裝,功能塊之間通過事件和數據接口相互連接。

  作為定義分布式信息和控制系統的高級系統設計語言,IEC 61499具有以下幾個主要特點:

  •   建立在現有的領域標準的基礎上;
  •   現代的事件驅動、面向對象的開發語言;
  •   硬件抽象;
  •   通過連接功能塊以圖形化的方式對控制算法進行建模;
  •   直接支持分布式系統的實時通信;
  •   不同供應商的設備可互操作;
  •   自動管理資源之間低層級可變化綁定;
  •   支持重新組態。

  IEC制定IEC 61499標準的初衷是希望功能塊標準成為一個通用的標準,它能夠用來作為整個工業過程測量和控制領域中各種標準的基礎;谄渫ㄓ玫奶匦,IEC 61499被定義為“應用領域中性”,也就是說,它不包含任何一個特定領域的特殊特性。其它標準可以使用 IEC 61499 的概念來建立,并且添加它們自身領域的特殊擴展。

  基于IEC61499的開放自動化系統

  從2005年第一次發布,IEC 61499標準至今經歷了從興起、沉寂到成熟的整個過程。期間,眾多行業專家和機構對該標準的應用,做了卓有成效的研究和實踐,開發了多個開放自動化平臺和系統。

  其中包括首款完全基于瀏覽器/服務器架構的IEC 61499集成開發環境——海王星模塊工匠(FBB),以及世界上首個IEC 61499標準的開源設計工具和運行平臺——分布式工業自動化和控制框架(4DIAC)。

  而作為積極擁抱開放自動化的廠商之一,施耐德電氣融匯自身深厚的自動化技術及工業現場經驗推動著這一變革的進行,推出了新一代EcoStruxure開放自動化平臺(EcoStruxure Automation Expert) 。

  EcoStruxure開放自動化平臺同樣基于IEC 61499 標準,它融合了施耐德電氣在IEC 61499及自動化技術方面的多年積累及創新成果,是當前最為成熟的開放自動化商業化整體解決方案。目前,EcoStruxure開放自動化平臺已升級至V21.2版本,可以為更多工業場景提供支持。

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在施耐德電氣綠色智能制造創新峰會上,EcoStruxure開放自動化平臺演示前面圍滿了觀眾

  作為以軟件為中心的自動化系統,EcoStruxure開放自動化平臺無縫融合IT和OT能力,延長了系統壽命,且能夠不斷升級。“目前的自動化應用很難在‘萬國設備’間跨平臺運行,許多企業認識到,下一代工業自動化必須具有可互操作性,并且必須擺脫現有的專有系統模式。EcoStruxure 開放自動化平臺實現了自動化軟硬件解耦,幫助企業松綁,釋放生產潛能的同時做到真正面向未來的自動化。” 施耐德電氣高級副總裁、工業自動化業務中國區負責人龐邢健表示,EcoStruxure開放自動化平臺通過三個關鍵方式重構自動化。

  首先,自動化應用程序與硬件分離將帶來前所未有的靈活性。將這種革命性方法與基于事件的網絡跨平臺運行相結合,意味著用戶可以快速適應不斷變化的業務需求,而不必擔心停機所帶來的時間和經濟成本。

  其次,集成IT應用程序、工具和工業技術更加容易。這種原生的IT/OT融合使用戶能夠將新技術無縫集成到控制系統架構中,而無需繁重的工程工作或引入高耦合、非內聚的系統設計技術。

  第三,EcoStruxure開放自動化平臺原生支持以資產為中心的設計方法。應用程序基于現成的資產模型創建,消除了低價值的重復任務,輕松封裝和復用可移植的自動化對象,從而大幅提升工程效率。這樣可以解放工程師,讓他們能夠專注于高價值的工程應用和創新。

  “開放自動化其中一個最大的優點,就是能夠讓技術人員擺脫簡單的一些重復性的不必要的勞動,把技術人員真正的創新和他對行業的洞察能夠凝聚成可以傳承的知識。” 龐邢健說,“未來我們還希望構建一個開放自動化的市場,能夠讓更多的技術人員、研發人員和企業能夠把自己對行業的洞察理解轉化成開放自動化的功能,用企業微服務,或者工業邊緣APP的方式,為行業整體的進步做出更大貢獻。”

  EcoStruxure開放自動化平臺在多個行業的實際應用中已展現出非凡價值。比如,施耐德電氣上海智慧物流中心部署了EcoStruxure開放自動化平臺以降低成本并提高效率。得益于軟件與硬件的解耦,根據流量需求的變化來修改輸送線路變得更容易,也更具成本效益。借助EcoStruxure開放自動化平臺,故障識別和排除的速度提升至原來的四倍,錯誤率減少了45%,物流中心吞吐量提高了5.3%。

  攜手合作,共建開放自動化生態圈

  任何開放系統都離不開生態圈,正如消費電子領域的手機Android系統,憑借其強大的生態圈,引領移動互聯網時代的發展。同樣,作為一個全新領域,開放自動化的發展、壯大離不開合作伙伴相互協作與生態系統的構建、擴展。

  龐邢健指出,在數字化時代,沒有一家企業能夠獨自面對所有的挑戰。對于一個新的事物需要有人大力去呼吁和推廣,施耐德電氣既是開放自動化技術的受益者,也是賦能者,施耐德電氣愿與合作伙伴一道,在健康、開放的生態系統中彼此協作,推動開放自動化技術的發展和普及。

  事實上,為了促進工業自動化系統的開放,充分利用國際先進標準和技術,構建良好的應用生態,施耐德電氣做了大量的工作,致力于將系統集成商、設備制造商、軟件開發者以及最終用戶緊密地結合在一起,形成真正開放的生態。

  比如,為了吸引更多的開發者加入開發自動化,施耐德電氣正在聯合英特爾承辦邊緣控制大賽,通過EcoStruxure開放自動化平臺+英特爾的算力,面對高校、科研機構、企事業單位、初創團隊和個人開發者廣泛征求作品。

  此外,施耐德電氣近日與機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所(儀綜所)簽訂合作框架協議,致力于智能制造和工業互聯網領域的技術推廣與標準化合作,共同建立開放自動化聯合研發實驗室。聯合研發實驗室將圍繞IEC 61499標準應用、技術培訓、測試驗證、行業推廣及生態構建等幾個方面開展工作。

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施耐德電氣與機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所共建實驗室并發布白皮書

  同時,雙方還共同發布了《開放自動化白皮書》,系統地描述了開放自動化的基本特征和相關技術,介紹了IEC 61499系列國際標準的主要技術內容及其對構成開放自動化的價值,分享了開放自動化在過程和離散行業的應用實踐,并對開放自動化的行業應用推廣和未來發展提出建議。

  可以說,開放自動化技術的普及將徹底改變工業控制系統形態,隨著工業數字化轉型的不斷深入,開放自動化的推進正當其時。當然,開放自動化未來還有一系列挑戰需要面對,比如如何集成和管理新一代的控制系統,標準的進一步完善等,但風已來,潮已起,面對這一勢不可擋的重大變革機遇,此時不擁抱,更待何時?

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