15 年经验专家解读 IIoT 的挑战及应对思路!

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作者 | 耿兴元

责编 | 胡巍巍

出品 | CSDN(ID: CSDNnews)

不久前,由美国前总统奥巴马旗下公司发行的纪录片《美国工厂》的热播让外界关注到了美国制造业的种种问题。这个纪录片讲的是中国企业家曹德旺“出海”在美国开工厂的经历故事,纪录片反映了工会、员工福利与企业利润之间的复杂纠缠,高昂的人工成本让美国的制造业变得越发疲弱,而在纪录片的最后,大量的自动化工业机器人开始替代人工。

但很多人畅想的未来全是自动机器取代人工,24小时高效率生产,却是理想很丰满,现实很骨感。因为就在最近这个月,阿迪达斯宣布关闭欧美两地的智能工厂,将生产重新转回中国及越南的传统工厂。

这到底发生了什么? 人性的扭曲还是道德的沦丧?

当然都不是,因为商人是否办工厂,怎么办工厂的所有的判断行动归根到底都是利益的驱使,都是投入产出比的衡量。 那我们国家大力推进的中国制(智)造2025,美国科技企业推崇的工业互联网,德国政府提出的工业4.0错了吗? 全世界期望的新一次的工业革命需要克服哪些挑战才能到达成功的彼岸呢?

我们知道, 工业互联网的本质核心是生产企业通过建立工业互联网平台,把联网装置、传感器、自动化设备、供应商、产品、用户等紧密地连接起来。 利用5G、物联网、人工智能等新兴技术,通过软件对工业数据进行深度感知、实时传输、快速计算分析、高度反馈响应,实现生产优化和智能控制,重铸工业生产力。

据了解,在阿迪达斯机器人工厂成立之前,一双鞋子从打造原型到上架大约需要18个月,但其中3/4的鞋子在不到一年的时间内就进入了促销阶段。 而在快速流转的市场里,机器人工厂解决的恰恰是这个痛点。 一双鞋从开始到生产完成,全程大约只要5小时,从这里我们也能看到技术的力量。

但是,高科技的机器人工厂也意味着,机器的费用便不是一笔小数字,因此费用的高昂被认为是导致阿迪达斯关厂的主要原因之一。

另外,阿迪达斯的机器人工厂的技术很难应用到其他产品线,可能是压倒阿迪达斯的最后一根稻草。 这两个看起来简单至极的原因也启发我们好好思考要达到万物互联,智慧全球的工业领域的新一次的技术革命的落地要怎么做?

阿迪达斯这个具体的例子告诉我们工业互联网等新的技术的应用推广必须面对的两个巨大的现实挑战: 必须降低投入成本及做到技术的普适性。 其实在我看来,这两个挑战都可以通过同一个思路来解决,那就是基于开源做一个真正开放的平台。

我们说制鞋这个行业有其自身的行业特点,与不同的其他类型的工业相比存在天壤之别,但这恰恰是工业互联网应用面临的第一个挑战,那就是本行业不同类型产品及不同行业间的巨大差异性。

如果说到传统的化工,炼铁,发电等传统工业,那就不仅工业种类繁多,工况复杂,最主要的底层的网络连接更是涉及了工厂内外的多要素、多主体间的不同技术领域,要把这么多东西连接起来,不仅仅是物理上的连接,更要实现数据的互通(协议互通)。

当前的一个典型的工厂的内部网络示意图如下:

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目前市场常见的现总线技术有几十种之多,主要包括PROFIBUS、Modbus、HART 、openCAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、CC-Link,关键是现场总线的开放性和兼容性不够,越来越影响了设备与系统间的互联互通。

而当前主流的以太网包括Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP、Powerlink、EtherCAT等,各种工业以太网技术的开放性和协议间兼容等相较于现场总线有所提高, 但由其在链路层和应用层所采用的技术不同,互联互通性仍不尽人意。

同时,上图中OT与IT网络的融合也同样存在互通与兼容的问题。 因此,未来的工厂网络必实现融合、开放、灵活。 《工业互联网网络连接白皮书》中给的一个工业互联网厂内网络实施参考图如下图:

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该图中,用统一的TSN以太网代替多样的工业以太网,采用SDN网络控制器统一支持多种协议的IT和OT设备的统一接入,对工厂内有线、无线网络、资源进行统一管理,以保障关键业务的网络质量需求,实现对网络资源精细控制、灵活调整、提升运维效率。

解决了工厂内网络连接的问题,接下来面对的就是 信息(不仅仅是二进制数据)的互通的问题 oneM2M通过定义统一的资源模型以及标准协议互通技术,实现非oneM2M设备服务到oneM2M资源的双向映射。 oneM2M引入了14项跨多行业的互操作规范,例如OMA LwM2M、OCF、OSGi、OPC-UA、 Modbus、3GPP、 DDS、W3C WoT等,实现对汽车、医疗、智慧城市、智能家居和工业领域的使能。 下图就是通过oneM2M标准把传统的物联网领域的烟囱式平台建设模式转换成水平通用平台模式。

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oneM2M标准组织力图通过水平共性能力平台来支撑各种行业应用开发部署,避免一个业务一个平台,造成平台的零散化和投资的重复化。 下图是oneM2M功能架构图。

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无论是前面的工厂网络的统一管控,还是oneM2M平台,现在大家都可以通过OpenDaylight(ODL)这个开源的网络控制器平台来实现,而且ODL社区确实也已经有立了与之相关的开源项目,即IoTDM、DetNet、ModBus plugin项目,可以供大家作为参考实现。 想了解这几个项目的同仁可以参见CSDN的网络公开课。 另外,如果想深入了解ODL开源项目的核心架构,可以参考书籍《ODL技术内幕: 架构设计与实现原理》。

最后, 工业互联网面临的另外的一个大的挑战就是安全问题,对工业互联网来说,网络是基础,平台是核心,安全是保障。 安全包括网络安全,平台安全,数据安全和终端安全,做好工业互联网安全的整体保障,才能为工业互联网提供一个安全可靠的发展环境。

作者简介: 耿兴元,硕士,毕业于浙江大学,《ODL技术内幕: 架构设计与实现原理》一书作者。 现为中兴通讯操作系统、及支撑平台软件专家级工程师,在通讯类软件研发和系统设计领域,有超过15年的工作经验。

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