多年來，與日新月異的IT領域相比，人們在談論工業和OT時往往會聯想到“封閉”和“專有”等刻板印象。誠然，這些經年累月的生態壁壘難以在短期內徹底打破，但在開放自動化浪潮的引領下，變化已悄然發生——在一些領先的數字化工廠，原本繁雜的線纜被無線網絡所替代，快速搭建柔性產線變得更加高效便捷；工程師可以基於預先封裝好的AGV或機械手等功能模塊實現快速開發和測試，且無需重複做工......
自施耐德電氣2020年推出EcoStruxure開放自動化平台（EAE）平(ping)台(tai)，在(zai)業(ye)界(jie)打(da)出(chu)響(xiang)亮(liang)的(de)一(yi)槍(qiang)以(yi)來(lai)，短(duan)短(duan)四(si)年(nian)間(jian)，開(kai)放(fang)自(zi)動(dong)化(hua)已(yi)經(jing)從(cong)概(gai)念(nian)逐(zhu)步(bu)深(shen)入(ru)實(shi)踐(jian)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)主(zhu)流(liu)廠(chang)商(shang)從(cong)觀(guan)望(wang)轉(zhuan)向(xiang)積(ji)極(ji)參(can)與(yu)，技(ji)術(shu)與(yu)場(chang)景(jing)的(de)融(rong)合(he)成(cheng)果(guo)也(ye)不(bu)斷(duan)湧(yong)現(xian)。對(dui)此(ci)，中(zhong)國(guo)信(xin)息(xi)通(tong)信(xin)研(yan)究(jiu)院(yuan)技(ji)術(shu)與(yu)標(biao)準(zhun)研(yan)究(jiu)所(suo)主(zhu)任(ren)工(gong)程(cheng)師(shi)王(wang)哲(zhe)表(biao)示(shi)：“數字化價值正從工業外圍輔助環節向生產控製核心環節不斷滲透。尤其是隨著5G、邊緣計算、人工智能等信息通信技術在工業領域的逐步深入，工業控製領域正經曆一場‘網絡化、開放化、智能化、協同化’的新型工控革命。對於整個工業界來說，采用新的技術和架構，構建開放化的自動化係統逐漸成為共識。”
在此背景下，施耐德電氣聯合中國信息通信研究院、中國聯通以及北京華勝銳盈共同編寫了《工業蜂窩網賦能的開放自動化解決方案》（下稱“報告”），並於9月24日工博會首日發布，通過用自身在工業蜂窩網、邊bian緣yuan算suan力li賦fu能neng開kai放fang自zi動dong化hua的de應ying用yong實shi踐jian成cheng果guo，助zhu力li產chan業ye高gao質zhi量liang發fa展zhan。站zhan在zai離li散san製zhi造zao業ye的de實shi際ji需xu求qiu，該gai報bao告gao不bu僅jin結jie合he新xin型xing工gong控kong係xi統tong的de發fa展zhan趨qu勢shi，詳xiang細xi描miao述shu了le開kai放fang自zi動dong化hua係xi統tong架jia構gou，還hai係xi統tong性xing地di提ti出chu了le工gong業ye蜂feng窩wo網wang的de定ding義yi、範疇、典型網絡架構，並對支撐開放自動化的邊緣算力平台的係統架構、規劃、部署和運維進行了詳盡解讀。這些前沿探索對開放自動化的深入發展具有重要意義。
工博會第一天，施耐德電氣攜手合作夥伴發布《工業蜂窩網賦能的開放自動化解決方案》報告
網絡和算力平台加持，助力實現更好的開放自動化未來
由於曆史原因，傳統工控長期麵臨“四座大山”，即工業通信生態壁壘、軟硬件強綁定、傳統工業網絡形態複雜以及缺乏靈活的工業算力。據統計，目前工業通信協議的國際標準已超過30種。各大廠商圍繞PLC工控開發軟件和工業通信協議，形成了一個個煙囪式的封閉生態圈，使得不同廠商之間的硬件和軟件難以互換和移植。
縱觀工控係統從封閉走向開放的演變曆程，不難發現，作為工控核心大腦的PLC成為了這一過程中的關鍵“堵點”。
中國聯通大數據首席科學家範濟安回顧以往時表示：“由於工控係統涉及到許多設備之間的精準配合，對時延的控製與誤差要求極高，這使得PLC通常采用有線的方式，無線網絡一般不在考慮之中。然而就在去年，我們聯合施耐德電氣和中國信息通信研究院發布的《5G+PLC深度融合解決方案》報告中，已經驗證了新一代無線蜂窩通信技術5G能夠進入工業控製的核心環節，從而顯著提升產線的柔性能力。”
這種改變意味著工廠不再需要為每個工站都配備一台PLC，從而大大降低了產線的投資成本，並實現了控製器的集中化。既然PLC不再受到物理束縛，那麼連傳統的實體PLC也ye不bu再zai是shi必bi需xu？答da案an是shi肯ken定ding的de。據ju施shi耐nai德de電dian氣qi工gong業ye自zi動dong化hua中zhong國guo區qu開kai放fang自zi動dong化hua業ye務wu發fa展zhan總zong監jian申shen紅hong鋒feng介jie紹shao，施shi耐nai德de電dian氣qi和he合he作zuo夥huo伴ban在zai今jin年nian的de實shi際ji應ying用yong中zhong，將jiang控kong製zhi係xi統tong南nan向xiang鏈lian接jie的de無wu線xian化hua進jin一yi步bu延yan伸shen至zhi控kong製zhi虛xu擬ni化hua及ji平ping台tai生sheng態tai化hua。同tong時shi，網wang絡luo連lian接jie也ye從cong5G專網迭代至融合了5G、4G（含Cat.1、Cat.4等)和NB-IoT等多種網絡製式的工業蜂窩網。
“之所以進行這兩方麵的迭代，是因為它們恰好符合開放自動化係統本身的發展需求。”申紅鋒進一步解釋道，“有了網絡和算力平台的加持，開放自動化的願景得以更好地實現。”
一方麵，雖然5G進入南向的能力已經得到驗證，但並不是所有設備都需要享受5G的高速率、大帶寬特性。工業現場的應用十分複雜，不同場景對網絡的指標要求並不相同——有的終端對速率要求不高，但對功耗非常敏感；有的終端部署數量較多，希望成本更加經濟。對此，施耐德電氣與合作夥伴提出了“工業蜂窩網”這一概念。這樣既能滿足不同智能製造場景對網絡能力的差異化要求，還兼具易用、安全、合規、低功耗等特點。
另一方麵，傳統實體PLC的“重任”可以由采用超融合架構的工業邊緣算力平台來承接。北京華勝銳盈科技有限公司總經理/創始合夥人王宇男認為，超融合對工業企業客戶而言是最完美的一種選擇：“超融合一來能夠有效降低從設備采購到維護的成本，二來可以根據企業需求的增長實現快速、靈活的擴容，具有高度開放、高可用、易於擴展、彈性伸縮、便於維護和管理等優勢。”
開放自動化的前景固然美好，但相比於抽象的概念，企業更希望看到其落地的具體樣貌。施耐德電氣EcoStruxure開放自動化平台（EAE）正是開放自動化係統架構的一個典型實例。基於IEC 61499標準，施耐德電氣EcoStruxure開放自動化平台通過對軟件和硬件進行解耦，實現IT/OT的真正融合，推動工業自動化領域的“即插即生產”，切實解決廠商之間應用軟件的可移植性、可配置性和互操作性問題。
據申紅鋒介紹：“自2020年發布以來，施耐德電氣EcoStruxure開放自動化平台以3-6個月為一個周期持續迭代，至今已經更新至V24.0版。全新升級的版本在‘高、大、穩、廣、易’這五個方麵得到了強化——‘高’指的是整合了工業視覺算法、數字孿生等高級應用；‘大’意味著更大的係統規模，目前每個解決方案可支持超過5000個I/O；‘穩’意味著係統可靠性的進一步提升；‘廣’是指平台能夠支持Profinet、MQTT、OPC-UA、Modbus等更加廣泛的通信協議；‘易’則是通過提升易用性為用戶帶來更好的開發體驗。目前，該平台已經在交通基礎設施、水與汙水處理、地下管廊、隧道、物流、廠務係統、離散工業生產線、數據中心等多個行業得到了廣泛應用。”
擁抱開放自動化=擁抱更低的成本、更高的效率
若是問“為什麼開放自動化是工業必須擁抱的未來？”，那必須得看企業能從中獲得哪些“真金白銀”的收益。
在施耐德電氣上海工廠，算、網、控kong的de融rong合he正zheng在zai賦fu能neng自zi動dong化hua設she備bei的de改gai造zao和he柔rou性xing產chan線xian的de構gou建jian，為wei工gong廠chang帶dai來lai的de成cheng本ben收shou益yi與yu效xiao率lv提ti升sheng。施shi耐nai德de電dian氣qi全quan球qiu供gong應ying鏈lian中zhong國guo區qu低di壓ya產chan品pin事shi業ye部bu副fu總zong裁cai應ying鵬peng介jie紹shao：“施耐德電氣上海工廠之所以要部署工業蜂窩網和開放自動化平台，主要動力源於兩大需求——一是對自動化設備改造的需求，二是對產線柔性化升級的需求。上海工廠至今已有28年nian的de曆li史shi，隨sui著zhe自zi動dong化hua程cheng度du的de逐zhu步bu提ti高gao，許xu多duo設she備bei處chu於yu逐zhu步bu演yan變bian的de過guo程cheng中zhong，一yi些xie老lao設she備bei自zi然ran需xu要yao進jin行xing升sheng級ji改gai造zao。然ran而er，在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong，由you於yu硬ying件jian的dePLC和工站的強綁定，IT和OT之間相對割裂，會在時間和成本方麵帶來挑戰。”
在高速全自動鉚銀機設備改造項目中，其所用PLC運行10年(nian)以(yi)上(shang)且(qie)已(yi)停(ting)產(chan)，係(xi)統(tong)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)到(dao)達(da)終(zhong)點(dian)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)一(yi)旦(dan)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)，維(wei)修(xiu)或(huo)替(ti)換(huan)將(jiang)麵(mian)臨(lin)困(kun)難(nan)，甚(shen)至(zhi)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)生(sheng)產(chan)線(xian)的(de)長(chang)時(shi)間(jian)停(ting)頓(dun)，影(ying)響(xiang)生(sheng)產(chan)計(ji)劃(hua)和(he)交(jiao)貨(huo)周(zhou)期(qi)。更(geng)令(ling)人(ren)頭(tou)疼(teng)的(de)是(shi)，實(shi)體(ti)PLC與軟件程序一對一的綁定關係使得程序不能複用，設備改造升級成本高，同時由於老舊的PLC缺少相關的一些通信功能，導致設備數據采集困難。
為了解決這些挑戰，施耐德電氣聯合合作夥伴采用工業蜂窩網+虛擬PLC的方式對原來的係統架構進行改造。這套方案的靈魂，正是施耐德電氣EcoStruxure開放自動化平台通過工業蜂窩網與I/O交互，將原有的硬接線通過無線方式代替，提高了產線的柔性，而EAE SoftdPAC則實現了軟硬件解耦，提高了軟件的可重用性。應鵬介紹稱，本係統已成功於2024年3月正式進入商用環境下運行，成功驗證了工業蜂窩網+EAE可以在高速設備（CT<5s）上使用，改造前後設備產品質量保持一致，預計10台自動鉚銀機可降低改造成本高達75萬元。
除了舊設備的改造，一些新產線為了提質增效，也希望進一步引入AI等新興技術，但往往會擔憂轉型升級的成本和實施效果等問題。
一條接觸器的全自動柔性裝配線，希望利用AI視覺技術來優化產品質量檢測。按照傳統方案，工業相機需要將拍攝的圖片通過內置算法自行判斷並將結果發送給產線MES係統，再通過MES係統將信息傳遞給PLC，整體信息流冗長複雜，而且工業AI相機價值不菲、成本高昂。如今，有了施耐德電氣工業蜂窩網與開放自動化平台相結合的方案，則可以通過將模型訓練算法以及推理算法分別部署在AIyinqinghebianyuantuilifuwuzhong，congerjiangyuanyougongyexiangjitihuanchengputongdexiangji，zheyifangmiandadajiangdilechengben，lingyifangmianyouyushiyongzishendeshijiaosuanfa，tiaoshishebeidezhouqidedaosuoduan，xiaolvdedaogengdadetisheng。
對此，申紅鋒進一步解釋：“施耐德電氣EcoStruxure開放自動化平台可以和視覺檢測、先進控製算法、預yu測ce性xing維wei護hu等deng先xian進jin技ji術shu輕qing鬆song集ji成cheng，並bing通tong過guo統tong一yi的de算suan力li平ping台tai進jin行xing承cheng載zai。這zhe樣yang就jiu能neng充chong分fen發fa揮hui控kong製zhi和he計ji算suan的de結jie合he對dui生sheng產chan效xiao率lv和he質zhi量liang等deng帶dai來lai的de提ti升sheng。”
機遇與挑戰並存，開放自動化的發展需要生態協同
在(zai)國(guo)家(jia)新(xin)型(xing)工(gong)業(ye)化(hua)政(zheng)策(ce)的(de)指(zhi)引(yin)下(xia)，新(xin)型(xing)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)迎(ying)來(lai)廣(guang)闊(kuo)的(de)空(kong)間(jian)和(he)新(xin)的(de)機(ji)遇(yu)。作(zuo)為(wei)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)顛(dian)覆(fu)性(xing)創(chuang)新(xin)，開(kai)放(fang)自(zi)動(dong)化(hua)既(ji)是(shi)新(xin)工(gong)業(ye)革(ge)命(ming)的(de)內(nei)在(zai)要(yao)求(qiu)，也(ye)是(shi)驅(qu)動(dong)產(chan)業(ye)高(gao)質(zhi)量(liang)發(fa)展(zhan)的(de)不(bu)竭(jie)動(dong)力(li)，它(ta)推(tui)動(dong)了(le)IT與OT的深度融合，幫助製造商提高生產過程的柔性和透明性，降低生產和建設成本，解決運維和升級的難題。
雖然未來的前景廣闊，但是我們也必須認識到——通往開放自動化的前路是一條機遇與挑戰並存之路。
首先是工業網絡方麵，範濟安指出：“muqiancunliangshichangshanggongyeyouxianwangluoyirandaliangcunzai，dansuizhekehudingzhihuaxuqiudezengjiaheshengchanzhuangbeidezhinenghua，zhizaoqiyedeshengchanbirangengjiarouxing，keguandiweiwuxianwangluodailaijihui。weilaigongchangwangluojiangshiyouxian、無wu線xian相xiang互hu融rong合he的de過guo程cheng，其qi中zhong無wu線xian網wang絡luo中zhong的de工gong業ye蜂feng窩wo網wang將jiang向xiang多duo網wang融rong合he，便bian於yu運yun維wei的de方fang向xiang發fa展zhan。如ru今jin我wo們men和he施shi耐nai德de電dian氣qi的de合he作zuo，已yi經jing在zai工gong廠chang生sheng產chan中zhong得de到dao成cheng功gong驗yan證zheng，麵mian向xiang未wei來lai整zheng個ge行xing業ye的de成cheng千qian上shang萬wan家jia工gong廠chang，我wo們men也ye在zai研yan究jiu如ru何he把ba5G與工業蜂窩網+開放自動化打造成一個服務於多企業的新型工控平台。”
然後是在算力平台方麵，王宇男進一步表示：“雖然工業邊緣或現場側的計算需求各不相同，但總體來講，高可用性、低時延、安全性和可擴展性是共同的需求，這就要求算力平台供應商推出適配的係統或平台來滿足行業客戶的應用需求。”
隨著產業轉型升級進一步步入深水區，“開放”即意味著將更多的工業企業納入這股浪潮，所以生態圈的合作非常關鍵。目前，整個產業的生態合作已經積極開展，據王哲介紹，2023年11月，信通院聯合20餘家企業和科研機構共同啟動“新型工控啟航行動”，圍繞技術驗證、標準研製、應(ying)用(yong)創(chuang)新(xin)和(he)產(chan)業(ye)促(cu)進(jin)四(si)個(ge)關(guan)鍵(jian)環(huan)節(jie)展(zhan)開(kai)工(gong)作(zuo)，以(yi)推(tui)動(dong)新(xin)型(xing)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)創(chuang)新(xin)發(fa)展(zhan)，促(cu)進(jin)產(chan)業(ye)生(sheng)態(tai)建(jian)設(she)。目(mu)前(qian)，該(gai)行(xing)動(dong)已(yi)經(jing)完(wan)成(cheng)了(le)六(liu)項(xiang)標(biao)準(zhun)的(de)研(yan)製(zhi)，發(fa)布(bu)了(le)四(si)份(fen)研(yan)究(jiu)報(bao)告(gao)，並(bing)在(zai)新(xin)型(xing)工(gong)控(kong)技(ji)術(shu)驗(yan)證(zheng)測(ce)試(shi)床(chuang)搭(da)建(jian)方(fang)麵(mian)取(qu)得(de)重(zhong)要(yao)成(cheng)果(guo)。
站在技術演進與產業變革的轉折點上，擁抱開放自動化已經成為製造企業的必選之路。對於施耐德電氣來說，開放（OPEN）是麵向工業自動化領域的長期目標，申紅鋒對OPEN進行了進一步拆解：“O是Offer，意味著我們要始終為客戶提供一流的硬件、軟件和服務；P是Partner，我們一直以來都尤為看重合作夥伴和生態建設；E是Energy，我們正在用自身擅長的能源管理軟件和數字化技術助力各行各業提高工業和能源的效率，實現綠色智能製造目標；N是指Next generation，寓意我們將堅定不移地向著下一代工業自動化，即軟件定義的、開放的自動化未來持續邁進。”
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