2025-02-14 数码 0
IT与OT融合的难点：从现场总线到实时以太网
在讨论智能制造的多种实现途径，包括边缘计算、大数据、工业互联网和工业物联网时，我们面临的一个关键问题是连接问题。如果不解决这个问题，就无法推进其他技术的应用。IT与OT（运营技术和信息技术）的融合是一个产业共识，但真正实现这一目标并不容易。
1.1 从现场总线到实时以太网
图1 描述了对制造业现场通信网络的一种简化表示。相比于传统的PLC集中式控制，现场总线为工业控制系统带来了便利，它通过统一的总线连接实现了分布式控制，并且使接线变得更简单，从而降低了系统配置和诊断工作量。然而，每家公司都开发了自己的总线，在IEC标准中，有超过20种不同的总线。这导致不同公司之间存在互联障碍，因为各个设备在物理介质、电平、带宽、节点数、校验方式和传输机制等方面都是不同的。
图1-OPCUATSN技术产生基础原因
这是为什么实时以太网技术在21世纪初开始被使用的原因之一。在2001年，贝加莱推出了POWERLINK，这是工业领域第一个实时以太网。相较于传统的总线，实时以太网在物理介质、节点数、距离、带宽和校验方面采用了一致的IEEE802.3网络标准，因此在这些层面上实现了统一。
1.2 互连互通与语义互操作
然而，即使是实时以太网，只解决了物理层和数据链路层的问题，对于应用层仍然存在挑战。根据IEC标准，通信连接分为互连（物理链接）、互通（协议兼容）和语义互操作三个级别。而现有的三层网络架构（物理层、数据链路层、高级别）并不能提供跨平台间有效交流所需的手段。此外，由于每个设备上的协议不同，如Profibus或CANopen，这些协议无法提供全面的语义规范，以便让不同系统之间理解彼此参数所表达的情境。
简单来说，语义交换意味着“5+5”这样的数学计算可以直接处理，而对于需要更多丰富数据结构及类型进行信息传输的情况，则需要额外信息，比如单位，“5英寸+5厘米”这两个数字显然不能进行加法运算。这就是为什么我们需要基于语义规范来确保所有相关设备能够正确理解其参数所代表的情境内容。
1.3 智能时代中的工业通信
前文讨论的是如何将工厂水平内以及垂直方向内采集并传输信号信息。在智能制造时代，我们则需要更全面地收集数据，并通过分析优化整个生产过程，以提升效率。此时，对IT与OT融合提出的新挑战包括：
➀ 总线复杂性引起的问题
随着新的业务需求不断涌现，不同的地理位置、新的人力资源管理策略，以及对历史记录要求增加，都要求更高效地访问各种存储库。但由于老旧设施中可能使用的是非标准化或过期版本的小型硬件组件，所以很难找到适配这些组件的大型数据库管理工具。这就导致企业不得不花费大量资金购买更新后的硬件或者重新设计他们当前正在使用的小型数据库管理工具——这对于许多小规模企业来说是不经济可行性的大手笔。
➁ 周期性与非周期性数据流动差异
尽管如此，一些自动化任务依赖于高度确定性的时间序列来执行它们，而另一些则依赖于即席响应能力，使得给予足够灵活度去满足两者需求成为一个挑战。此外，大量来自物联网设备的大量二次元输入也会向下压缩空间限制，将原本已受限空间进一步紧缩，使得用户更加关注存储成本以及速度性能等因素，同时还要考虑实际部署环境中的热度等因素，为何选择最适合特定任务但又能同时满足高吞吐率需求且有良好延迟性能的事务处理器成为重要课题；因此，当涉及到选择最佳事务处理器的时候，就必须牢记遵循原则：“速度快不要慢”，“稳定性强不要变”，“安全无忧不要漏”。这种情况下，如果没有先进的事务处理器支持，那么就只能放弃那些非常规请求，并只接受那些符合规定规程的事情，这样做虽然不会危害核心业务，但却会减少整体效率，因而影响最后成果质量，也就是说，最终产品将因为缺乏某些功能而失去吸引力，从而影响销售结果；所以，在这里想要提高生产效率，你们应该尽可能多地了解市场上哪些事务处理器具备良好的性能，然后再决定是否要投资购买这些高性能的事务处理器。
➂ 实际时间差异
为了应对微秒级运动控制任务，我们发现有些时候我们真的很迫切地希望我们的系统能够像人类一样快速反应，而且几乎没有任何延迟或者抖动。但另一方面，对于IT网络来说，他们通常并不特别关心实际时间敏感程度，只是在乎流量负载大小。当你试图把这样一种完全不同的世界观融入你的日常生活当中，那么你就会发现自己经常处在一种既紧张又迷惑的心态之中，因为你不知道自己到底该怎么做才能最大限度地利用你的资源，同时又保持节约性。你知道吗？这种感觉其实挺不好受滴！它就像是有人告诉你说"我知道你想追求完美，但是请记住'完美'不是唯一重要的事情"--- 这句话深深触动我，让我意识到了生活本身就是一种艺术探索，你应该享受过程，不仅仅是在寻找答案。我希望我的故事能够激励您，无论您面临什么困难，都不要忘记寻找您的道路，您一定可以找到那条通往成功之门的大道！
