剛剛過去的11月，對于工業互聯網而言并不平凡，發生了很多可能一石激起千層浪的標志性事件。這些事件均由IT企業引領，積極將IT與OT推向融合。
這是我在【物女心經】專欄寫的第270篇文章。
剛剛過去的11月，對于工業互聯網而言并不平凡，發生了很多可能一石激起千層浪的標志性事件。這些事件均由IT企業引領，積極將IT與OT推向融合。
第一件，開源軟硬件平臺Arduino發布了其首款具有工業物聯網功能的微型PLC。該PLC可以借助Arduino大量靈活、易用的開源軟硬件資源，實現快速部署。這款產品的問世，推動工業控制系統的白盒化更進一步。
第二件，Marvell推出了一系列旨在將標準以太網引入工業環境的芯片，搭載多種安全功能并提供對TSN時間敏感網絡的支持。該系列芯片的發布具有里程碑式的意義，表明標準互聯網協議IP進入工業體系的時機趨近成熟，IT與OT正在走向真正的融合。
第三件，Analog Devices、ARM、亞馬遜云服務、貝加萊、施耐德電氣和德州儀器等公司，正在一起合作基于開源實時操作系統FreeRTOS構建OPC UA over TSN。這項行動的重點是將OPC UA over TSN的能力進一步下沉，從控制器、工業PC、HMI等設備，繼續下探到功耗和算力更加受限的傳感器和執行器，也就是將OPC UA over TSN這條IT企業直達工業現場的特快通道，修建得更加徹底。
這些事件在國內鮮有報道，這篇文章我們分別來進行解讀。
白盒化，工業控制的開源征程
工業中一直存在設備、協議、操作系統、編程軟件緊密綁定的情況。自從在1970年代PLC（可編程邏輯控制器）和DCS（分布式控制系統）進入工業領域之后，控制層的自動化硬件和軟件結構從未變動，一直圍繞著捆綁式的自動化硬件和軟件在演進。
這與1970年代的小型計算機市場非常類似，當時幾乎每一個小型機的供應商都是以硬件軟件捆綁的應用方式和軟件工具，以及自己的渠道伙伴和軟件供應商進入和占領市場。
工業設備的白盒化這個趨勢在很多場景中發生，典型的包括流程工業、離散控制等。
在流程工業，開放過程自動化架構OPA標準化現場設備的基本輸入輸出，及監管控制功能塊的執行。在離散控制，統一自動化平臺UAP讓控制器可以最大限度的采用通用化的硬件，推進硬件與軟件解耦，并使得通訊走向標準化。
Arduino推出的這款名為Opta的可編程邏輯控制器（PLC），推動工業控制系統的白盒化更進一步。
Opta的基本功能包括支持標準IEC 61131-3 PLC語言，通過Modbus TCP（以太網）和Modbus RTU（串行RS485）進行現場總線集成，通過標準以太網、Wi-Fi、BLE實現工業互聯網連接，通過Arduino Cloud進行實時遠程監控，支持OTA固件更新和設備管理。
根據Arduino業務負責人在LinkedIn帖子上發布的信息，Opta售價將低于200歐元，精簡版本的起步價為122歐元。
工程師們展示了使用Opta實現工業自動化和樓宇控制的案例。比如將Opta與稱重傳感器、視覺系統結合使用，完成包裝箱在傳送帶上的運輸和填充。
Opta使用網絡時間協議NTP進行時鐘同步，并自動在包裝上打印時間信息。Opta的實時監控通過BLE接入本地HMI，或者直連Arduino Cloud完成。其內置的機器學習算法可以檢測異常情況的發生，并基于預測性維護來確保產線無憂。
工業設備白盒化的推進，亦將對行業格局產生深遠影響。通過其搭載的多種連接功能和機器學習，Opta的推出解鎖了大量IT工程師實現OT工業控制的能力，也讓很多OT工程師能夠輕松調用豐富的IT資源。
車同軌，IT與OT走向真正融合
時間敏感網絡對于工業領域的應用至關重要。日常生活中，幾乎每個人都使用過標準以太網或者Wi-Fi網絡進行通信，在我們下載超大文件或者進行語音通話的過程中，可能會出現丟包、變慢或卡頓的情況。這些問題在平時可能沒什么大不了，但是一旦類似問題發生于工廠車間，就可能導致嚴重事故或者人身危險。
因此在工業領域，用戶對于通信的低延遲和確定性有著很嚴苛的要求，可行方案是通過引入時間敏感網絡來解決這個問題。
Marvell新推出了將標準以太網引入工業環境的芯片，具體方案由Prestera交換機和Alaska PHY收發器組成，借助TSN將標準以太網擴展到工廠的車間中。
這一系列芯片的發布，具有里程碑式的意義。一般意義上的工業以太網，都對標準以太網協議進行了某種定制，不是真正意義上的使用以太網以及標準IP技術進行通訊。
該系列芯片的問世表明標準互聯網協議IP進入工業體系的時機趨近成熟，一顆芯片可以同時支持IT與OT多種通訊需求，從而降低了成本，IT與OT正在走向真正的融合。根據研究機構預測，到2026年基于TSN的工業以太網交換機，其市場占有率將從不到15%增長到趨近50%，工業以太網的總市場規模也將攀升至17億美元。
考慮到工業通訊設備的生命周期普遍長達20~30年，因此基于標準IT技術的以太網引入工業尚需時日，不過一旦標準以太網在工業領域普及，將會引發更大范圍的變化。
因為IT網絡具備更加全面的特性與功能，具有總體擁有成本低、使用簡單的明顯優勢。使用非標準的工業通訊協議，芯片價格在幾歐元的量級，而TSN和標準以太網的芯片，售價存在縮減到十分之一的潛力。況且通用的網絡、存儲、計算資源更為經濟，過去龐大的工業網絡基礎設施投入的必要性正在減弱。
可以預測，TSN與標準IP技術的結合，將為IT與OT的融合建立統一的通訊“高速公路”。
書同文，OPC UA觸達現場層
在文章《TSN聯手OPC UA，將是阿里、騰訊、華為們直達工業4.0的特快通道》中，我曾經提到過OPC UA over TSN的重要作用。
TSN與OPC UA聯手，正在嘗試改寫工業通訊的底層架構。由TSN與OPC UA鋪成的“特快通道”，有可能讓一直在工業物聯網領域懸空的互聯網企業、IT企業們直達工業現場層。
OPC UA是OPC基金會提供的新一代技術，提供安全、可靠并獨立于廠商的數據傳輸，跨越制造層級、生產計劃層級和ERP層級。通過OPC UA ，所有需要的數據信息在任何時間、任何地點、對每個授權的應用、每個授權的人員都可使用。這種功能獨立于制造廠商的原始應用、編程語言和操作系統等軟硬件屬性。
OPC UA over TSN，其中TSN解決數據獲得的問題，OPC UA解決語義解析的問題。兩者搭配，傳統工業的金字塔架構在很大概率上會被直接打破，變成扁平化結構，不用再經過層層設備，數據獲得可以直接“跳步”貫穿到數據分析和應用。
如今，OPC UA over TSN 又有了最新進展。Analog Devices、ARM、亞馬遜云服務、貝加萊、施耐德電氣和德州儀器等公司，正在一起合作基于開源實時操作系統FreeRTOS構建OPC UA over TSN。
原本OPC UA 僅能覆蓋內含CPU的控制設備，比如PLC、工業PC、HMI人機界面或者SCADA，因其對設備的算力和內存具有較高的要求。而本項行動的重點恰恰是將OPC UA over TSN的能力進一步下沉，從控制器、工業PC、HMI等設備，繼續下探到功耗和算力更加受限的傳感器和執行器。
該行動將解鎖大量的現場設備對OPC UA over TSN的支持，從而在整個工業體系中建立更加廣泛的生態系統，也就是將OPC UA over TSN這條IT企業直達工業現場的特快通道，修建得更加徹底。
OPC UA作為一種數據傳輸的統一格式，無論是傳感器層還是云平臺層都可以部署，保持全棧信息模型的統一。因為無論產品類型、品牌和功能等差異如何存在，均可輕而易舉的實現從下到上的貫穿和整合。
寫在最后
白盒化、車同軌、書同文，工業企業如何把握這些機遇？
AI+工業互聯網，作為產業智能化的新范式，將怎樣推進企業的數字化轉型？
后疫情時代，工業企業實現高質量發展的手段有哪些？
?為了更好的回答上述問題，2022年12月7日，一年一度的產業盛會【中國AIoT產業年會暨2023智能產業前瞻洞察大典】將在深圳召開。
在年會中，我們即將發布《2023年中國AIoT產業全景圖譜——工業互聯網子圖譜》，并且圍繞工業互聯網的最新發展趨勢，我們特別設置了系列演講環節，分享和交流前瞻的產業方向、技術趨勢以及應用場景實踐經驗，為產業升級發展提供新價值、提供新動力。
