作者：马跃

施耐德电气高级副总裁 全球工业控制与驱动业务负责人、工业互联网产业联盟理事

工业互联网的应用现状

工业互联网作为新一代信息技术与工业经济深度融合形成的新兴业态和应用模式，是工业企业实现数字化转型的关键基础。近年来围绕重点行业生产特点和企业痛点，融合创新形成了不少系统解决方案，比如围绕高端装备制造业供应链协同、重大装备的远程运维、钢铁行业节能减排、石化行业生产安全监控等，充分发挥了工业互联网集聚放大效应，牵引制造业数字化转型和实现提质、降本、增效的核心价值。

工业互联网平台提供了海量工业数据的汇聚、集成、存储、处理、计算、分析等能力，能为企业搭建统一的全生命周期运营管控数据平台。大量与平台相关的技术都在不断迭代与发展之中（例如：微服务组件、容器、数据批处理、数据流处理等），这些技术使得我们渐渐有能力对异构海量的工业数据进行深度挖掘分析，同时加速了工业知识的积淀、软硬件的解耦、以及创新应用的快速推出。但我们非常清楚，这种先进的、开源共享的技术本质上是帮助企业实现智能化制造的工具，而非目的。基于平台，大型企业可以实现全局范围的生产制造优化、资产与运营全价值链优化、乃至全生命周期的价值优化。比如阿布扎比国家石油公司（ADNOC）集团利用全景数字指挥中心，从总部集中监控和优化14家运营公司的资产和运营绩效，通过预测性维护和价值链优化等解决方案，为集团发掘出6000万-1亿美元的潜在价值优化空间（提供油气价值链优化解决方案，整合资产与运营价值链，实现生产运营收益的最大化）。

工业互联网通过连接企业、用户和产品，在服务化延伸、网络化协同、个性化定制等场景上有较多的解决方案，但在智能化生产场景方面仍处于探索阶段，在企业内，生产运营仍然存在诸多挑战。

当今制造企业面临的挑战

市场的挑战：全球经济和市场的不确定性正迫使制造企业迅速调整战略，以适应更频繁、更快速的市场需求，应对原材料和能源成本的波动。这种趋势促使企业开始重新思考他们的运营方式：需要不断推出新的产品，同时设备采购时间，新品研发和上市时间不断缩短；需要建立需求驱动，供应链协同优化的新业务模式和大规模混线生产等柔性生产体系，这一点对离散行业来讲尤其如此。

人力资源和知识沉淀的挑战：随着老一代工人步入退休行列，他们所掌握的控制、运营和维护方面的知识将失去传承，工业企业也面临着员工队伍变化带来的重大挑战。新一代数字化原住民员工希望工业自动化知识能够被嵌入到他们需要使用的系统中，而且传统的 OT 人才会越来越缺少。

综合成本和合规的挑战：如何优化降低新建工程成本，降低运营成本，同时还要遵守国家越来越严苛的环境保护法律、法规，使得企业能够可持续发展。

工业领域的管理者们希望工业 4.0 和工业互联网技术能够帮助他们应对这些新挑战。据业内分析人士估计，更灵活的全新生产技术能够将制造企业的生产率提高30%。然而，研究结果也显示，60%的企业在试点阶段后未能让其项目进一步落地。造成这一局面的原因多种多样，且与员工、流程和技术相关。在技术方面，大多数制造企业无法从这些技术中获得更高回报，最大原因是其运营的工厂系统是一套封闭的专有系统。自70年代DCS 和 PLC 相继进入工业自动化领域之后，形成现有的专有系统，迄今为止，市场也一直围绕着硬件和软件捆绑的模式在演进，每一个自动化系统和信息系统供应商都开发了自己的软件环境，这样导致用户不得不拥有众多 OT 和 IT 系统，形成了对系统厂商高度依赖。

工业互联网边缘侧目前面临的瓶颈

非数字化架构——当今大多数自动化系统均对实时控制进行了高度优化，但并未充分利用 IT 领域内日新月异的最新技术。而这些最新数字化技术（包括分析、人工智能/机器学习、面向对象、面向服务的架构等）正是实现智能化生产的重要因素。

以硬件为中心的业务模式——虽然硬件方面的提升有助于优化现有控制环境，但这不是实现数字化转型最关键的部分。真正的关键在于以智能化的方式，基于软件进行创新以解决运营技术问题。鉴于此，业务价值将由硬件驱动稳步转向由软件驱动。

专有系统的局限——当前，专为一个系统而编写的自动化应用程序无法在另一个系统上运行。然而，在IT领域过去的几十年里，Linux 等开放操作系统一直鼓励第三方应用程序开发，生态系统快速扩张，从而开发出丰富的软件可以满足多个行业和细分市场的业务需求。而遗憾的是，在工业领域专有系统给创新造成了障碍：用户无法以合理的成本改进生产系统，也无法整合和匹配来自不同供应商的同类最佳产品，他们的创新速度取决于他们所使用的专有系统供应商。这些障碍最终也会增加企业的总成本。

对于原始设备制造商（OEM）来说，一方面希望在模块化设计过程中，充分利用虚拟调试功能来打通虚拟世界和物理世界的方法以降低成本和风险、缩短产品上市时间；另一方面，为了增加机器的附加值，他们亟需为客户提供增值服务，从而扩大市场并实现业务增长。

对于系统集成商（SI）来说，自动化系统并不提供连接 IT 领域和 OT 领域的相关工具。最终他们发现不得不花费巨大人力资源，制定极为复杂的定制化解决方案，关键是这类定制化服务难以在市场中广泛复制。他们希望通过一种能保护其工业知识和行业解决方案的软件功能块来减少其低价值工程量（只需在多个项目中重复使用对象和过程算法即可），而自己的技术专家更加专注于解决制造、运营和维护（MOM）过程中的痛点、难点问题, 从而创造更多的价值。

在终端用户（EU）方面，为了应对各种挑战，迫切需要借助全面的系统管理，最大限度地减少计划外的系统停机时间，以确保旺季产品交付，减少对外部技术支持的依赖；希望使用灵活的系统/生产线，确保生产的敏捷性，在需求变化或维护计划改变的情况下，生产更加柔性化。

要想有效的解决上述问题，真正打造“软件定义工业”的数字化工业体系，需要从源头上解决封闭的 OT 体系，标准和生态问题，引入开放的自动化系统，标准，同时引入更多的技术力量促进 IT 和 OT 的融合。

走向未来的开放自动化系统

未来自动化系统架构必定会朝着开放、分布式、内生安全的方向发展。工业自动化技术和边缘计算技术是未来开放自动化系统的基础。与传统专有系统相比，开放自动化架构将会发生如下变化：

可以看出，开放自动化架构更有利于加快工程开发速度、提升系统的敏捷性和生产灵活性及生产效率。开放自动化系统架构不仅是简单的技术变革，而且能从根本上改变工艺流程和机器设备的设计方式。从长远看，针对专有控制器的低价值编程将转变为使用即插即用的自动化系统，这些系统将使用大量的、经过充分验证的软件功能块，而这些功能块则由一个庞大的生态圈进行开发，并且可以在多家厂商提供的各类硬件设备上运行，其中涵盖从嵌入式控制系统到功能强大的边缘智能设备。

构成开放的自动化系统离不开开放的标准，IEC61499 就是解锁这个新领域的关键标准。它通过定义面向对象的建模规则，封装被控对象的控制模型和算法变成一个“黑匣子”（软件功能块），经过验证后的这些功能块可在不同场景重复使用，从而减少重复编程工作量。对用户来讲只需知道它实现的功能，而不需要知道它是如何实现的，这样可以保护开发者的知识产权；该标准定义的功能块与传统的功能块不一样，是基于事件触发来运行的，而不是循环周期扫描方式来运行，与 IT 领域面向对象的概念和编程思路一致，可以说它是天然 IT/OT 融合的技术，方便提高控制器 CPU 运行效率和实现负载均衡分配，特别适合构成分布式系统，同时也便于将先进的IT技术很好地引入到自动化系统之中；该标准还定义了应用模型、系统模型和设备/资源模型的规则，他们的结合让用户能独立于底层自动化硬件来进行应用程序的设计，这种硬件抽象化的方法可以缩短工程建设时间，减少用户对设备厂家的依赖，加上功能块是面向对象开发的，使用户进行产线、设备在线调整的操作变得更加容易；当然，标准也提供了如何将基本功能块组成复合功能块及不同功能块之间快捷连接的方法（简单拖拽），从而大大减少了软件编程调试工作量和程序出错率。总之，实现设备互操作、系统易重构、软件可移植是它追求的目标，当前以最终用户参与主导的开放过程自动化论坛（OPAF）和国际过程工业自动化用户协会（NAMUR）等组织，正在基于这一标准倡导改变现有的专有自动化系统框架就是最好的诠释。

近几年来，边缘计算技术也得到了快速的发展。容器技术为边缘控制进行批量更新/升级应用程序、保障数据及时传输和处理提供有效方法，现在以Docker 为主的容器技术和 Kubuernets 容器编排工具也逐渐成熟；微服务架构不断提升边缘侧的资源利用效率，推动功能解耦和复用，加速应用开发，已经成为边缘计算技术发展趋势；OPC UA, 时间敏感网络（TSN）等为现场设备互联互通提供了国际性标准和确定性网络，可以满足工业应用的各种数据传输、交换需求。这些新一代信息通信技术与IEC61499 标准技术的融合将会加速开放自动化的进程，这种开放性不仅仅体现在标准上，在网络、硬件、软件和系统架构上亦是如此，从而为实现工厂/车间的数字化、网络化、智能化打下坚实基础。

开放自动化将会促进工业互联网的快速发展，最终能够解决终端用户、系统集成商和 OEM 的痛点，达到实现柔性生产、缩短产品上市时间、节约工程建设时间和成本、提高运维效率和生产效率、保护知识产权等目的。事实上，国外第三方公司近期开展的一项对比研究结果很能说明问题：针对完成典型小型自动化项目工程（任务包括创建应用程序、导入相关数据库、创建逻辑、配置设备、开发 HMI 和部署项目等），使用传统自动化软件工具需要40小时，而采用开放的自动化系统完成这些任务节省了68%的时间；为了测试系统的敏捷性，通过人为操作，将控制器从一台设备更换到另一台设备，并为之前设备设置一个新的控制器。使用传统专有系统时，上述的任务操作通常很繁琐，而使用开放自动化系统，执行这些任务的速度比使用传统系统快了70%到80%。

综上所述，未来工业互联网能否突破现在的瓶颈，在应用的深度和广度上进一步促进工业企业的数字化发展，要依赖于建立在新思路，新架构和新标准之上的开放自动化体系。以硬件为中心的传统专有系统将被以软件为中心的开放系统替代，更多的云端技术将运用到边缘计算，大批 IT 人才可以在这个开放体系中和工业应用知识深度结合。我们可以预见，工业互联网将能依托开放的体系走出一条健康，可持续发展的康庄大道。

作者简介

马跃

马跃先生自2018年10月起，担任施耐德电气工业控制与驱动全球业务线高级副总裁一职，马跃先生于2015年加入施耐德电气担任工业自动化业务中国区高级副总裁。马跃先生加入施耐德电气之前，曾任职于艾默生自动化解决方案业务多个高级管理职务。马跃先生毕业于上海交通大学，获得海洋工程学士学位，并拥有北京大学EMBA学位。