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受益于云和边缘——即使没有深入的软件专业知识

发布日期:2020-12-04 浏览次数:11396 来源:德国赫优讯自动化系统有限公司作者:网络
 
云计算的便捷连接为自动化行业开辟了许多新的可能性,例如预测性维护或系统的远程监控。尽管如此,一些工厂运营商仍然不愿利用这些选项。为了能够尽可能高效,安全地使用现代自动化概念,在处理软件和网络协议时需要专门知识,而这些知识在许多地方还没有深度应用。

 

OPC UA解决互联网连接问题

OPC UA被越来越多的公司用作标准接口,以确保通过互联网连接在不同数据源之间进行可互操作的通讯,无论是针对生产设施中的设备,永久安装的测试系统还是数据库。现在,熟悉工业以太网和TCP/IP的内部服务技术人员应确保与OPC UA的连接,以便系统可以从远程诊断和预测性维护中受益。


 

自动化行业中的经典方法是使用转换器,该转换器将以太网信号转换为适合OPC UA的格式。这解决了互联网连接问题,但是从工业4.0的意义上讲,此解决方案不能回答数字化过程所需的其他问题:
  • 我可以从系统中获取哪些数据?

  • 我是否真的要将系统中每个传感器、每个执行器或每个单独的传动系统产生的所有数据直接存储到云中?

  • 即使我在云端有一个处理数据的平台,该平台是否完全支持某些自动化组件中的数据评估?我如何让他们了解?

  • 我是否需要必要的带宽来上传和下载所有信息?

  • 如果没有互联网可用,我的系统会怎样?

无论是在传感器中,在人机界面上,还是在运行过程中,在系统中创建无数的二进制数据和链接图。如果工厂操作员希望将其机器连接到云,必须首先能够访问所有这些数据。但这还不够,一方面,这会产生大量数据,这些数据还需要提供高带宽。另一方面,具有来自各种来源的无数二进制数据的云平台,无法独自执行任何操作,因此,您首先应该从大量数据中获得或汇总有用的信息。

边缘计算

这就是边缘计算发挥作用的地方,数据已经可以在系统和通往云的路径之间的接口处进行本地收集和预处理。因此,系统操作员可以完全控制自己系统中生成的信息,并将其传递给他选择的云平台。运营商保留对其数据的主权,同时可以在云中评估和更有效地使用数据。因为预处理是在本地进行的,所以即使在此期间没有互联网访问,系统也可以继续不受干扰地运行。

 

继续使用上面提到的带有转换器的示例:在这里可以运行应用程序,这些应用程序负责汇总和初步评估收集的数据,而不仅仅是使用设备进行转换。服务技术人员可以继续坚持自己的专有主题,并且可以保持概览和控制他以何种形式转发数据,无需支付额外费用,现有硬件可以通过软件进行有益补充。
如果系统操作员或设备开发人员想要实现所有这些功能,那么一个专门的软件团队必不可少。例如,德国赫优讯公司拥有一个由25人组成的IoT团队,他们全力参与软件开发,根据我们自己的估计,这仍然是一个很小的团队。

 

赫优讯的解决方案

与Azure合作

为了能够应对整个功能深度,高效的工具链是必不可少的,其范围从设备边缘的数据采集和预处理到与云的连接。赫优讯决定在这种情况下与微软公司合作。借助Azure云,该公司不仅运营行业标准的云服务,开源开发环境Azure IoT SDK允许工厂运营商和开发人员将几乎所有设备连接到云服务。Azure IoT中心可在云本身中使用,利用它可以在不同地区管理数十亿个设备。

此外,还有Azure IoT Edge,它位于系统和云之间的连接处。在此,可以专门解决设备的各个部分以及专门定制的应用程序,这些应用程序在容器中安全且相互独立地工作,可以在GitHub存储库中开源许可下获得此应用的源代码。在大型社区的参与下,内部开发人员很容易查看现有项目并使其适应自己的需求。




 

此外,微软于2019年底在预览版中推出了一项新服务,旨在大幅简化新设备与云平台的连接:Azure Plug&Play。在此服务中,设备制造商可以存储其组件或设备的属性描述。如果将这样的“Azure即插即用”设备连接到合适的网关(例如赫优讯生产的网关),则它可以根据存储的属性描述自动从云中获取所有必要的信息,类似于Windows的驱动程序安装。用户可以快速连接新设备或组件,对其进行配置并将其拖放到Edge平台上,而无需其他软件知识。


开放工业4.0联盟

但是,并不是每个系统操作人员目前都能够或愿意在自己的软件部门投入大量金钱和精力。特别是在自动化行业,许多组件制造商已经意识到了这一需求,并提供了自己的边缘和云平台。这些承诺使操作员可以快速地处理设备识别和连接等问题,运行用于数据聚合、设备维护等的相关应用程序,无需深入的软件专业知识,只要连接的设备和组件也是受支持的生态系统的一部分。不利的是,现实同时导致了必要的软件服务,物联网平台和制造执行系统(MES)存在大量不同组合,其中部分仅支持某些制造商的设备。




 

所以,系统运营商希望为其设备配置找到最合适的边缘平台,并为其提供合适的云连接,如果他们不追求全源的方法,那么他们将面临巨大的困难。如果所选的MES平台软件组合不支持传感器或执行器的运行,自行改装会使情况更加复杂,特别是如果它是专有的封闭产品。

为了解决这个令人困惑的市场形势,在汉诺威工业博览会2019上已经成立了开放工业4.0联盟,截至2020年1月,已有49家公司加入该联盟。现场总线组织已经成功建立了业界统一的通讯标准,成为这种跨制造商联盟的典范。

 

 

该联盟的目的是创建一个统一的生态系统,在该生态系统中,可以将来自尽可能多的不同制造商的设备进行交互操作。这样,这些组件的供应商更容易协调其产品在各个制造商之间的协作和交流。另一方面,设备制造商发现更容易为系统配备基于统一生态系统的应用程序,无需其他软件知识。这些技术充分利用了边缘和云功能的优势,很大程度上独立于各个制造商的规范。

 




以这种方式工作的工业物联网平台必须满足某些要求。无论制造商如何,它必须是能够使用唯一ID自动识别连接的设备,这些设备的制造商必须提供合适的资产管理,以便可以自动配置和使用所有组件。这样,系统操作员就不必花费太大的编程精力。这些设备运行的应用程序安全地封装在容器中,以免危及正在进行的操作,同时汇总和预处理来自操作的数据。所有制造商使用的统一数据总线必须确保这些应用程序可以彼此安全通讯,相应的标准化接口和服务可确保边缘与云之间、以及云与云之间的安全易用的通讯。


 

Edge不仅是本地数据生成和与云平台的连接之间的网关,它本身也是一个计算平台,来自不同制造商的设备数据可以在此平台上相互组合。例如,传感器制造商肯定比其他制造商更熟悉自己的组件,如果他能够在边缘级别上为各个组件之间的通讯或有意义的数据交换提供可能性,那么他将为客户提供更多的附加值,并在市场上超越竞争对手。在这一点上,智能优势非常重要:它以相对简单的方式用于解决单个问题。

由宝马集团和微软运营的开放制造平台计划(OMP,于2019年汉诺威工业博览会开始)也有类似的目标。微软Azure工业物联网云的解决方案旨在建立一个开放技术平台,该平台从跨行业的开发人员社区中受益。该平台旨在推动智能工厂解决方案的开发,可以由汽车和制造业的OMP社区共同使用。同样,工业数据模型在平台中标准化,以加速信息分析。

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