常聽說“軟件定義無線電”(SDR),、“軟件定義網(wǎng)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(nèi)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(wǎng)的邊緣,、網(wǎng)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(chǎn)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(jīng)開始采取行動,。他們合作推進轉(zhuǎn)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(wǎng)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(jīng)開始提供基于軟件的網(wǎng)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(jīng)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(jīng)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(wǎng)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?qū)崟r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(wǎng)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(wǎng)也是由云端,、網(wǎng)絡和邊緣端組成,。

　　*網(wǎng)絡方面，由于許多“軟件定義工業(yè)架構”的有關要求已經(jīng)通過電信網(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(wǎng)互連能力與高速、高精度實時自動化能力相結合,，達到質(zhì)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(qū)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(chǎn)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,?！败浖x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(wǎng)絡和邊緣豐富的OS,，例如針對網(wǎng)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,。