开放自动化:拨开迷雾、解开束缚,抵达未来工业的彼岸

时间:2021-05-26 19:46 来源:澎湃新闻 作者:佚名 阅读:1965 原文链接:点击获取

相比突飞猛进、日新月异的IT世界,自动化领域的开放要“迟缓”得多。封闭、专用,这些特质长期以来为工业自动化系统的安全可靠运行保驾护航。但随着工业4.0向纵深发展,它越来越成为一种负担和掣肘——互不兼容的专有自动化系统、单一厂商软硬件深度捆绑的传统模式,已令工业企业难以适应数字时代的挑战。

由于个性化生产时代的产品换型越来越灵活、生产工艺流程的调整优化越来越频繁,工业界对开放式自动化的呼吁和诉求日益强烈。新冠疫情发生之后,从根本上提高自动化系统敏捷性的现实需求进一步推动着这项颠覆性变革的到来:摆脱相对封闭的专有系统,迎接更开阔的工业未来。

在5月20日举办的2021“推动可持续,加速数字化”创新峰会——绿色智能制造峰会上,跨国工业巨头施耐德电气正式发布V21.1版EcoStruxure™开放自动化平台(EcoStruxure™ Automation Expert),进一步完善了以软件为中心的开放自动化系统。实践证明,该系统的采用为食品饮料、制药和物流等行业带来了立竿见影的效益。

开放自动化:拨开迷雾、解开束缚,抵达未来工业的彼岸

去年10月,施耐德电气公布其开放自动化愿景,并推出全新工业自动化系统EcoStruxure开放自动化平台,引发业内热议。时隔7个月推出的V21.1版除了新增更多“即插即用”的功能模块外,还面向中国市场提供了全新的中文版本选项。

IT界从开放式操作平台中获得了诸多益处、激发出活跃创新,现在,工业界也意识到了全开放的重要性。为什么必须从封闭走向开放?开放是否会带来安全隐患?开放自动化如何重绘工业创新图景?多位工业领域资深专家予以了深入解答。

开放自动化的背后:工业界呼吁一场更彻底的革新

时至今日,自动化的产品还不能做到IT产品那样的即插即用。市场上现有的工业自动化系统往往“各自为政”,不同厂商的设备及系统要进行融合所须付出的成本高昂。即便是同一厂商开发的多套硬件系统之间也难以互联互通,软硬件紧密耦合,软件只能在特定类型的可编程逻辑控制器(PLC)和I/O上运行,编程代码不能复用和移植。这些都极大阻碍了工程开发效率和运营效率的提升。

上述现象的产生,固然存在技术演变的历史因素,但更主要的是各自动化厂商构筑了坚实的“护城河”:用户一旦选择了某个厂商的系统,也就几乎固定了可用的软硬件、架构和技术路线。

或许你对工业4.0、数字孪生、智能制造、工业互联网等词汇已耳熟能详,但如果无法打破壁垒,这些目标只能成为镜花水月。要真正实现IT与OT的深度融合,必须填平这道“护城河”,进行一场彻底的自我革新。

施耐德电气认为,当今市面上的“开放式自动化”还不够开放,可互操作和方便移植的应用软件将是下一代工业的重要支撑。现在,是时候在工业自动化领域大胆拓展开放的新天地了。

施耐德电气提出的开放自动化由基于IEC 61499标准的各种即插即用自动化软件组件组成。“通过对硬件和软件全生命周期的解耦,EcoStruxure开放自动化平台支持使用以资产为中心、可移植、经验证可使用的软件组件来构建自动化应用程序,而无需依赖底层硬件基础设施。这种以软件为中心的方法大大降低了成本,同时提升了性能,并通过自动化执行低价值任务及消除工具之间的任务重复,使工程师得以自由创新。”施耐德电气全球高级副总裁,下一代自动化负责人Fabrice Jadot说道。

在用户层面,强烈的开放需求已然显现。

“如果说在2014年以前还仅仅是像埃克森美孚(ExxonMobil)一部分工程技术人员希望冲破现有的硬件软件捆绑的分散控制系统(distributed control system,DCS)带来的许多负担,那么经过多年的不懈努力,如今这已经为包括默克(Merck)、杜邦(Dupont)、壳牌(Shell)、巴斯夫(BASF)、乔治亚太平洋(Georgia Pacific)和埃克森美孚等大型工业制造商对传统流程自动化供应商提出了新的要求:要求它们采用开放、互操作和原生安全的IT/OT融合解决方案,即将信息技术IT和操作技术OT统一并融合为一个管理和控制的单一系统。”PLCopen中国组织名誉主席、中国智能制造综合标准化工作组专家、工信部智能制造标准化体系建设工作组专家彭瑜指出,建立全开放、互操作的自动化系统,才是工业自动化的出路。

施耐德电气副总裁、开放自动化及合作业务负责人John Conway解释说,该公司倡导的开放自动化与我们过去所讨论的开放自动化,两者的概念、内涵存在区别。以前所谓的“开放自动化”更多是从数据沟通角度而言,目前所讨论的开放自动化,是基于软件组件的概念,不同的软件组件就是不同功能模块。

开放自动化能带来什么?

开放自动化旨在释放工业4.0所展望的无限可能性,全面提高工业运营的效率、韧性、生产力、敏捷性和可持续性。

业领域著名咨询机构ARC顾问集团在《开放自动化之路》报告中对此进行了详尽剖析。ARC认为,运营技术(OT)领域可以通过模仿信息技术(IT)领域和创建IEC 61499标准化自动化层而受益,该层可以像Linux标准化IT执行环境那样跨厂商进行移植。“标准化的自动化系统层在经济上非常有价值。”例如,整个行业的最终用户每年要花费200亿~300亿美元来为客户提供服务。通过标准化自动化层,能够避免很大一部分开支,通过消除厂商锁定和打开自动化创新的大门,可节省宝贵的工程时间。

ARC白皮书援引一项第三方研究表明,与当前的自动化工程系统相比,EcoStruxure开放自动化平台可将工程小时数减少68%。ARC预测,如果能应用于工业自动化的安装基础上,每年可节省数十亿美元的成本。在工厂的整个生命周期内,节省下来的成本可能会更多,因为软件成为了可复用、长期存在的资产。

这些效益并不是停留在纸面的数字而已。

施耐德电气在其位于上海的智慧物流中心部署了EcoStruxure开放自动化平台以降低成本并提高效率。得益于软件与硬件的解耦,根据流量需求的变化来修改输送线路变得更容易,也更具成本效益。借助EcoStruxure开放自动化平台,故障识别和排除的速度提升至原来的四倍,错误率减少了45%,物流中心吞吐量提高了5.3%。

基伊埃集团(GEA)是食品加工行业规模最大的技术供应商之一,业务涉足诸多产业。EcoStruxure开放自动化平台极大简化了IT与OT之间的集成,使基伊埃及其客户的敏捷性显著提升。GEA自动化与控制业务负责人Matthias Wiemann表示:“实现IT与OT的结合是基伊埃的愿景之一,EcoStruxure开放自动化平台助力我们实现对客户的承诺。携手施耐德电气,我们采用EcoStruxure开放自动化平台在诸多项目上展开合作,在加快上市速度的同时提升了敏捷性,而这正是食品和饮料以及制药等关键行业所需要的。”

“我们希望将EcoStruxure开放自动化平台打造成为一个能够涵盖离散、混合以及流程行业的,强大的开放自动化系统。”据施耐德电气工业自动化业务产品管理全球总监张开石透露,EcoStruxure开放自动化平台从食品饮料和物流行业出发,今年内将扩展到水和污水处理行业。今后几年,每三到六个月就会推出一个新版本,不断扩大所覆盖的行业。

但是,任何一项颠覆性创新,从设想、试验、落地到推广过程中,都会因打破原有的思维定势和利益格局而遭遇阻碍。尽管开放自动化的呼声越来越高,但它也概莫能外。

对此,John Conway保持高度清醒。“目前来看最大的挑战来自两方面,首先是IEC61499整个标准在行业里面采用会受到阻力。第二个可能比较大的挑战,因为这是一项颠覆性的技术,我们之前比较习惯的控制系统一般都是循环式、扫描式、周期性的,突然之间变成这种很像IT工程师的工作模式,人们的思维方式和工作方式上面临非常大的改变。

”开放了的自动化还安全吗?

开放,往往意味着易受外来入侵,会带来不稳定、不安全,而稳定可靠是自动化领域的“命门”。开放自动化固然能带来大量灵活性和成本优势,但开放,是否意味着存在安全隐患?

“自动化系统的开放性和信息安全性不互相矛盾,相反,两者对于我们来说是相辅相成的。”张开石解释说,讨论信息安全存在一个大前提,那就是现有大多系统之间无法做到原生的互联互通以及软件代码的复用,但是,IT技术大幅度的开发,IT和OT之间的连接需求越来越多、越来越普遍。

他表示,现有的自动化系统在最初提出设计时并没有信息安全的概念,“导致现在的情况是大量的信息安全措施主要通过打补丁的方式。从EcoStruxure开放自动化平台本身来讲,信息安全压力相较于现有的自动化系统要更小。

”为什么这么说?据介绍,EcoStruxure开放自动化平台在研发环节就采取端到端的信息安全理念,从最底层的互联互通产品到边缘控制再到软件与数字化服务层,产品开发注重信息安全,同时,EcoStruxure开放自动化平台更多安全等级认证,也正在逐步推进中。

张开石强调,从整个工业自动化生态圈来说,施耐德电气目前所提倡的开放自动化不等同于开源自动化。“我们欢迎所有的技术支持商、开发者来开发不同的功能块,但必然存在一套严格的审核机制来确保工业信息安全。”

在一个真正开放的工业生态圈内,人的角色,也将被重塑。对于老一辈工程师而言,他们所拥有的自动化领域专业知识将以软件组件形式封装留存下来,年轻一代的工程师与其说是控制工程师,不如用“数据工程师”来形容他们更为贴切。

这种传承,有助于企业人才的劳动力技能转型,也有利于弥补传统的自动化劳动力和专业技能短缺。同时,封装功能块大大降低了工程复杂系数,IT与OT融合将变得更加原生。作为自动化领域头部力量,为什么施耐德电气是最积极推动开放自动化的厂商?这其实与其开放和协作基因密不可分。

“早在90年代,我们就已经将以太网用于工业自动化网络。在当时,很多公司都认为施耐德电气的做法比较疯狂。但是后来,以太网的确成为了工业网络的一个技术标准。”John Conway说,之所以推出开放自动化平台,一方面是看到市场对更开放的平台存在强烈需求。另一方面,是工业4.0概念之下出现过非常多先驱的技术模块和概念,但始终没有进入大规模生产,究其原因,各个不同厂商之间自动化系统的专有性已经变成一种阻碍。

因此,要完全实现第四次工业革命的蓝图,必须从根本上改变现有的技术模型,从庞大的工程工作、缺乏模块化以及其他各种阻碍因素中解放出来。开放自动化,这场非同寻常的跨时代变革已经来临。