要实现工业互联网，在国内尚属首次。当前的迫切需要是需要克服许多分歧和障碍。例如，在通信领域，为解决标准以太网存在不确定性，无法在工业现场使用的弊端，各公司开发了自己专有的现场总线或工业以太网通信协议，但相互之间并不兼容，导致明显的市场碎片化。TSN、OPC-UA等技术体系的快速发展，实现了通信标准与技术服务商的解耦，扩大了通用化组件的应用范围。事实上，在工业界，还有更让人头疼的隐疾。典型的工业控制器，如PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分布式控制系统）操作系统是异构的，I/O输入输出设备也是异构的，各个供应商的专有架构很难融合。因此，工业企业大多“生活”在由不同供应商使用特定硬件和软件创建的异构环境中，需要额外的资源和财务资源来管理各种不同的设备。工控机等设备是否可以打上“开放”的标签？是否有可能朝着接口开放、硬件标准化、软件通用化、网络智能化的方向发展？面对这样一个艰难但又极具吸引力的创新方向，正在悄然探索和推进，而UAP（UnifiedAutomationPlatform，统一自动化平台）就是其中一种具有前瞻性的尝试。本文将率先在国内为您揭开UAP的面纱。UAP解决什么问题？精通工业控制需要技巧。因为在一个大型工控系统中，往往有成百上千个异构的硬件模块单元，它们来自于不同的自动化厂商。西门子、施耐德、三菱、欧姆龙……他们使用的操作系统多种多样，比如各种量身定制的实时操作系统，VxWorks、Lynx、QNX、RT-Linux……以及WindowsEmbedded。每个公司的编程软件都不一样，比如西门子用TIAPortal，施耐德用Unity，TwidoSuite，罗克韦尔用Studio5000，三菱用GXDeveloper，欧姆龙用SysmacStudio。这些控制器充当着工厂生产线上的“大脑”，可以说是自动化稳定的基础和智能化的核心。如果把“OpeningSoon”放在总是显示“We'reClosed”的控制器出现的地方，总有一种不协调的感觉。人为的割据势力，使得工业控制器长期以来无法突破传统的封闭架构，触及开放集成、敏捷开发带来的红利。因此，推广UAP统一自动化平台的好处是显而易见的：首先，控制器最大限度地采用了通用化的硬件，尽可能地解除了传统专用设备的束缚和限制。其次，项目不再需要依赖任何特定的硬件和拓扑结构，实现了硬件和软件的解耦，两者相互独立。工程师仅使用一种工具即可配置所有控制应用程序、HMI/SCADA系统和I/O连接，为IIoT应用程序提供所需的基础设施。与控制器相关的软件和程序可以大规模管理，尤其是在迭代或升级期间，从而降低成本并提高效率。***、通信正走向标准化，通过南向接口，解决不同供应商组件之间的互操作性问题；通过北向接口，开发丰富的应用和服务，打造云原生、DevOps等IT技术融入OT的可能，享受流程技术更新和工业互联网带来的各种创新。想象一下，工业自动化金字塔架构中的控制层，也就是PLC和DCS出没的领域，会越来越开放。这种变化无疑是颠覆性的，对于传统的自动化厂商来说可不是什么好消息。因此，中小玩家根本无法撼动这个固化的市场。UAP之所以值得关注，是因为其背后的推动者是主流厂商施耐德。据《当代控制》报道，1968年，作为同期PLC的先驱之一，迪克·莫利和他的团队成功研制并推出了第一台PLC——Modicon084，创造了工业自动化史上最重要的PLC.发明之一。后来，施耐德收购了Modicon品牌，共同打造了多款经典的PLC产品。如今，施耐德正在默默地推动着UAP这个大胆的想法，相关的研发还处于沉寂期。据悉，将在2020年前后逐步推向市场。从国内工业自动化市场的发展历程来看，80年代和90年代是PLC等产品的导入期。2000年前后，PLC迎来了高速增长期。根据PLC的生命周期一般为10-15年，未来3-5年将迎来PLC和DCS的换代高峰期，也将是UAP等新技术发展的重要窗口期，将有一个对产业格局影响深远。据公开资料显示，施耐德的这项秘密计划还处于探索阶段。公司选择率先从过程工业入手，通过开放过程自动化架构OPA（OpenProcessAutomation）来实现。几年后，逐渐扩展到离散行业，演变成贯穿整个自动化领域的UAP。OPA进展如何？如果你了解OPA，你就会了解UAP。为什么选择从流程工业开始？这里，我们指的是上海工业自动化与仪表研究所的彭宇老师。“离散”的技巧在“过程”中已经见分晓。他曾提到美国工业界的一句话：在实现工业4.0的过程中，流程工业已经飞速发展，而离散制造业还在打卡。以OPCUA技术为例，它最先被应用到流程工业取得显著成效后，被引入离散制造行业。因此，从流程工业入手是一条可行可靠的途径。施耐德和EssenkMobil作为开放过程自动化社区OPAF的核心成员，致力于推进OPA架构，标准化现场设备的基本输入输出，监督控制功能块的执行。OPA的成功需要动员最广泛的力量。目前，OPAF社区拥有110多家成员，包括终端用户、软硬件供应商、系统集成商等。为什么美孚也是开放自动化的重要力量之一？因为油气项目一般都非常大，工厂历史悠久，各个“朝代”的控制系统迭代周期参差不齐。新旧系统并存，面对成百上千的异构控制设备，流程工业比谁都头疼。同时，由于使用量大、话语权强，实现的收益有利于锁定在企业内部。OPAF正在进行的工作使用最新的云计算技术重新定义DCS和PLC，还包括与优化运营密切相关的高级控制和MES。开放流程自动化的OPA架构自2016年推出以来，现已从概念阶段进入技术原型项目实施阶段。项目中的功能主要由DCS和PLC控制器实现，这些不同规模的控制器每台可支持约100-1000个功能块。美孚认为，自动化系统应该力求“极简主义”，使用越来越紧凑的分布式控制器。这些微型硬件设备中的每一个都可以控制1-2个闭环，为过程自动化创建微服务。OPA系统架构图本原型项目的目标是验证基于标准OPA架构的软硬件解耦、应用开发与执行分离的可行性和先进性。展示无需网关或转换器即可实现多供应商设备互操作性的可行性。支持自由更换组件的可行性，配置和应用的可移植性，以及应用开发的灵活性，无需修改厂商之间的底层逻辑。参与OPA验证项目的厂商包括：R.STAHL、施耐德、英特尔、NXT（被施耐德收购）、ABB、AspenTech、ANSYS、WindRiver。特别值得一提的是NXT，一家基于IEC61499标准的自动化解决方案提供商，于2017年被施耐德收购。虽然IEC61499标准并不广为人知，但它对应了当今几乎所有应用中的分布式自动化系统，实现了分离的硬件和软件。NXT将所有相关的自动化任务集成到一个统一的解决方案中，可以说是打造了最高效、最具成本效益的分布式自动化架构工程工具。新的NXT软件现已作为边缘控制层的一部分集成到施耐德的下一代物联网架构EcoStruxure中。据悉，施耐德正在考虑是否将NXT软件开源，以供更广泛的应用。软件正在吞噬世界，行业研究公司ARCAdvisoryGroup对OPA的前景相当看好。ARC分析师认为，开放是必然趋势。OPA整合了工控领域的各种开放力量。这种融合代表了新技术从自主探索到商业融合的转变。ARC高级顾问HarryFrobes评论说：“自从1970年代PLC和DCS进入自动化领域以来，控制层的自动化硬件和软件结构从未改变，一直围绕捆绑的自动化硬件和软件不断发展。这与1970年90年代的小型机市场非常相似：当时几乎所有的小型机供应商都将应用程序和软件工具与硬件和软件捆绑在一起，自己的渠道合作伙伴和软件供应商进入并占领市场。垂直整合的商业模式构成威胁，很可能使其任务接近尾声。”难到什么程度？铁的趋势，流量的领域2018年6月，5家全球知名运营商联合签署文件，成立O-RAN联盟，后扩大至12家，目标是：推动OpenRAN，即无线接入网设备的接口开放、硬件标准化、软件开源和网络智能化，让CT领域发挥通用设备的规模效应，降低整体成本基站硬件，同时激发软硬件创新，一石激起千层浪，围绕O-RAN的创新产品不断涌现。随着OpenRAN的不断推进，2019年2月底，中兴通讯安宣布与中国移动研究院签署O-RAN开放智能无线网络研究合作备忘录。尽管很多厂商都在积极推动OpenRAN，但目前的解决方案大多还处于demo阶段，距离真正商用还有很长的路要走。与O-RAN相比，UAP比O-RAN更难实现。首先，O-RAN的主要推动力是运营商，其拥有足够的市场力量和资金实力进行初期投入，但在推广中仍遇到不少困难。不过，UAP不仅面临着技术本身的诸多不确定性，其背后的推动力也没有那么“强劲”。能否获得业内知名企业的广泛支持，能否顺利推广，仍是未知数。其次，O-RAN和UAP也提倡硬件的通用化，颠覆原有的市场格局，让更多新生力量参与竞争。但工业领域对硬件的可靠性和稳定性要求较高，普通中小玩家很难进入游戏。即使产品发布，也需要经过行业内长期的严苛测试，才能拿到这款备受瞩目的游戏的入场券。这种漫长的市场准入周期，从5年到一般的8-10年不等，不是一般玩家能够承受的。再次，UAP意味着硬件的差异化正在快速缩小，自动化厂商需要通过应用和服务来实现商业价值。然而，产业领域的开放生态建设才刚刚起步，开发者数量严重不足。很少有公司能够实现DevOps。人才缺口或将成为企业创新的一大挑战。最后，行业有自己的演进节奏，UAP的推广策略和节奏尤为关键。从流程工业入手虽然是一个好的开始，但关键技术是否成熟，各阶段研发成果能否顺利发布，落地项目能否达到市场预期，仍需树立清醒认识，用事实说话.硬件的标准化，软件的通用化……很多在IT领域看似容易的事情，在CT或OT领域变得困难。这与行业本身对技术、结果、行业大局的严格属性高度相关。凡是有意义的事都有挑战，凡是有挑战的事，只有在长期的不确定之后才能剥离。解决行业普遍存在的异构问题，推动控制系统的开放性，是不可否认的发展趋势。星辰大海迟早会到来。面对UAP充满挑战的机遇，已经有人开始行动了。你是乐观的，还是有独到的见解，还是有更深层次的思考？本文概要：一小部分人正在给工业控制器等设备打上“开放”的标签，推动PLC和DCS向着接口开放、硬件标准化、软件通用化和网络智能化的方向发展。作为UAP的首次尝试，开放流程自动化的OPA架构已经从概念阶段进入技术原型项目实施阶段。UAP面临着许多困难。最终能否实现，还需树立清醒的认识，用事实说话。参考文章：彭宇：美国过程工业引领德国工业4.0迈向工控实现IIoT承诺的软件OpenProcessAutomation迈向概念验证阶段IEC61499101标准物联网介绍还有多远？Ovum分析师：5G会是RAN市场洗牌的开始吗？
