常聽說“軟件定義無線電”(SDR)、“軟件定義網絡”(SDN)、SD…。最近，智能制造如火如荼時，風河公司提出了“軟件定義工業(yè)架構”，真新奇!怎么回事?去看看吧……下面就隨工業(yè)控制小編一起來了解一下相關內容吧。

數(shù)字工廠的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代制造流程日趨復雜，因此需要利用新一代信息技術(IT)、操作技術(OT)，對企業(yè)所有的資源進行集成管理，及時識別并處理制造過程中的波動，實現(xiàn)對制造過程“4M”(Man-Machine-Material-Method，人-機-料-法)要素的實時控制與優(yōu)化，以維持制造過程的穩(wěn)定性，提高企業(yè)關鍵績效水平以降低制造成本。

當我們開始建構這種數(shù)字工廠時，需要克服眾多技術挑戰(zhàn)，例如以合理的成本、靈活、高效而安全地部署復雜系統(tǒng)(如圖1)，為此，需要以“軟件定義”創(chuàng)建開放、安全的工業(yè)自動化系統(tǒng)，“軟件定義工業(yè)架構”應運而生。

圖1 工業(yè)物聯(lián)網的邊緣、網絡和云端(注：云無處不在，因此控制系統(tǒng)復雜)

“軟件定義工業(yè)架構”

昂貴的價格，而且欠缺靈活性，這是當今許多工業(yè)自動化解決方案的主要問題，其中的部分原因在于他們屬于非開放的專有解決方案，不具備互操作性，所以無法與市場中的其他產品協(xié)同工作。

完整工業(yè)控制系統(tǒng)的構成部件通常包括：數(shù)字控制器、可編程邏輯控制器或分布式控制系統(tǒng)(PLC、DCS)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)軟件、人機界面(HMI)、流程歷史、應用服務器等等。這些部件來自市場中眾多的提供商，但專有/私有的解決方案把工業(yè)企業(yè)鎖在一個狹小的窠臼之中，使他們無法選擇希望使用的部件。

在另一個市場有個成功的榜樣——電信服務業(yè)也曾面臨著專有設備的壟斷，但世界上最大的電信運營商中有十多家已經開始采取行動。他們合作推進轉型，走向可互操作的解決方案，這就是基于工業(yè)標準服務器的方法，稱為網絡功能虛擬化(NFV)。在短短幾年之后，電信設備供應商現(xiàn)在已經開始提供基于軟件的網絡功能，這些功能可以運行在商業(yè)現(xiàn)成的(COTS)服務器上，從而實現(xiàn)了規(guī)模經濟性、廣泛的供應商選擇和互操作性。

如今，工業(yè)企業(yè)也正在發(fā)生類似的變革。

“軟件定義工業(yè)架構”的優(yōu)點

基于開放標準和開放平臺，“軟件定義工業(yè)架構”允許工業(yè)企業(yè)免于供應商鎖定以及專有解決方案的相關缺陷。因此有助于大幅降低CAPEX和OPEX(資本支出和運營支出)，提高靈活性，提高安全性，加速創(chuàng)新。

尤其值得一提的是在安全性方面，由于有了“軟件定義工業(yè)架構”，主要的硬件平臺就只是服務器，它比在一個專有的工業(yè)自動化解決方案中實現(xiàn)安全性所花費的成本努力要少得多。IT行業(yè)已經開發(fā)了各種硬件和軟件技術，用來對服務器實時保護，這些措施都可以被應用到“軟件定義工業(yè)架構”，從而創(chuàng)建健壯的分層安全機制。另外，“軟件定義工業(yè)架構”在虛擬化功能方面還包括一流的網絡安全機制(工業(yè)自動化安全功能)，很容易即可被納入系統(tǒng)，而且成本也不高，這與電信業(yè)的NFV相當類似。這些功能包括防火墻、VPN集中器、入侵檢測系統(tǒng)(IDS)和入侵防御系統(tǒng)(IPS)、SIEM，甚至可包括尚待開發(fā)的安全功能。

對“軟件定義工業(yè)架構”的要求

“軟件定義工業(yè)架構”解決方案必須可靠且安全地運行，能夠實時收集真實的工業(yè)數(shù)據(jù)并及時做出響應。為了實現(xiàn)這一點，它的基礎設施必須將操作和控制功能合并起來，并滿足以下標準：1.低延遲的虛擬化;2. 高度確定性的網絡互連;3. 高可用性;4. 增強的安全性;5. 全生命周期管理;6. 增強的平臺感知與監(jiān)控等。

在應用方法方面，可基于開放的x86虛擬化架構，采用COTS硬件，“軟件定義工業(yè)架構”解決方案必須支持IT技術的輕松集成，例如Hadoop、Apache Storm、Java分析引擎、Linux和Linux容器。同時，這些解決方案必須實現(xiàn)OT技術，能夠滿足實時需求，因此這比一般的IT系統(tǒng)更為嚴格。其解決辦法可以通過Linux或VxWorks等操作系統(tǒng)中的硬實時性(Hard Real-TIme)來實現(xiàn)。

風河為“軟件定義工業(yè)架構”提供的OS平臺

工業(yè)物聯(lián)網也是由云端、網絡和邊緣端組成。

*網絡方面，由于許多“軟件定義工業(yè)架構”的有關要求已經通過電信網絡NFV實現(xiàn)了，但是工業(yè)需要更高的安全性、可靠性，為此風河推出了TItanium Control(如圖2)。

值得一提的是，風河TItanium Cloud家族有三款產品：TItamiun Edge、Titamiun Core和Titamiun Control。Titamiun Edge、Titamiun Core服務于通信/電信，而Titamiun Control增加了滿足工業(yè)需要的高可靠、高安全、低延遲等功能，是虛擬化平臺(如圖1紅色部分)。

圖2：風河Titanium Control結構框圖

*云端。數(shù)字工廠面臨OT和IT的配合，需要打通OT與IT/邊緣與云端之間的隔閡。風河與Oracle已開始了這方面的合作——不久前，Oracle IoT Cloud Service與風河Wind River Helix Device進行了整合，可以讓企業(yè)應用系統(tǒng)自動化地采集邊緣設備傳感器中的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)情景化。

這套集成化的解決方案可使設備中的數(shù)據(jù)快速進入企業(yè)后端的ERP、CRM、資產管理和各種特定目標領域的應用系統(tǒng)之中。而且，它為企業(yè)客戶提供了簡潔明了的配置和部署經驗，甚至可以直接遠程啟動設備，并將其中的數(shù)據(jù)安全地導入企業(yè)應用系統(tǒng)。

*邊緣。邊緣端的設備分為兩大類。

一類是純粹運行在邊緣，例如控制器等。風河有VxWorks和Linux操作系統(tǒng)。典型的案例如日本歐姆龍公司，2017年歐姆龍推出了新型的IPC平臺，包含了風河的VxWorks和Linux操作系統(tǒng)。由此幫助歐姆龍將安全的物聯(lián)網互連能力與高速、高精度實時自動化能力相結合，達到質量、穩(wěn)健性和長期可靠性等方面的嚴格標準;同時還為終端用戶提供了靈活性，允許他們自由地選擇由VxWorks或Linux操作系統(tǒng)驅動的控制器。

圖3 歐姆龍自動化系統(tǒng)示意圖

另一類是虛擬化在云端，因此盡管看起來是邊緣端軟件，實際運行在云端。典型OS產品如風河Helix Device Cloud，其主要運行在云端，但必須在設備端有代理，因為要從設備端取數(shù)據(jù)，主要是對設備端進行管理。

小結

數(shù)字工廠中的IT和OT系統(tǒng)需要對接、融合。“軟件定義工業(yè)架構”可以基于COTS服務器硬件和軟件平臺，方便、靈活、快速地啟動工作。

風河公司有針對工業(yè)云、網絡和邊緣豐富的OS，例如針對網絡的Titanium Control，針對云的Helix Device，針對邊緣的VxWorks、Linux，以及看起來在邊緣、實際虛擬在云端的Helix Device Cloud等。

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