談論技術自然是有必要的,但是,討論Why才會讓我們更為清晰這件技術的意義和價值,也就知道因何要去做這件事情,如何更好的去做這件事情,關于TSN之前探討的都是技術話題,不妨從“Why”-為什么對于自動化而言,TSN是一個方向?
1.解決OT向整體運營管理延伸問題
事實上,自動化業界的企業一直在基于IT技術來解決實際工業的問題,這個發展并非是今天才有,包括采用現場總線、基于以太網的實時通信,以及今天的TSN技術發展,這些都是背后的原因。
1.1在運營管理發揮尋找空間
隨著離散機器與流程工業不斷的發展,其實,我們今天可以說享受了人類科技發展的巨大福利,因為自動化技術讓機器具有了極其巨大的生產能力,以至于達到了生產過剩的階段,要知道現在的飲料灌裝系統甚至可以達到20萬瓶的生產能力,而印刷機印報紙的速度已經達到了1km/分鐘的速度,自動化還能讓速度提上去嗎?從控制的角度來說是可以的,只是機械受不了了,因為再提高的話,機械的剛度、磨損提高就意味著成本的指數增長,因此,可以理解為今天的機器在某種意義上已經達到了一個最優的極限,因此,純的機械升級具有不經濟性。
表1-更為復雜的制造現場數據傳輸需求
在這個背景下,更大的數據用于實現挖掘潛能的目標,這造成了數據帶寬的需求,而這些視覺、振動、質量、定位信息,包括AR/VR的信息傳遞則使得網絡容量有了更大的要求,而且數據的特性變得更為復雜,需要傳遞更多類型的數據,這使得網絡中的數據類型的復雜度較之以往提高不少,這對傳統實時以太網僅傳輸物理的信號而言是極大的挑戰,因此,人們開始尋找解決問題的新辦法,TSN進入了視野。
1.2邊緣計算的需求
我們前面談到過,在現場有大量的“優化”需求,同時具有一定的實時性,原本來說,這些“計算”可以通過計算機慢慢計算,但是,由于生產的連接,使得對數據有了“同步”的需求,如實時采集現場數據,對AGV進行動態的規劃,而這些計算往往又需要消耗一定的時間,處理“事件”,包括安全方面相關的問題,對于網絡的實時性就不是以前通過標準以太網嚴格優先級這種方式可以解決的,因此,需要具有一定的實時性,一方面,是工業控制任務的協同—這種在M2M的協同也需要實時性,包括TSN往下下沉到運動控制級更需要實時性,就目前來看,TSN完全可以勝任到現場級的實時任務。
圖1-TSN解決多個域的問題(IEC60802關于TSN的場景架構)
連接是一個剛性需求,因為,如上所述,當無法在機械極限內實現效率的提升,則需要通過連接“耦合-解耦”的方式消除同類項,進一步挖掘制造的潛力,而這個潛力包括了幾個方面:
(1).通過削減中間環節,直接體現在精益上,消除了浪費環節,提升效率,簡單的如讓柔性輸送系統來降低不必要的搬運輸送時間消耗,提高生產的連續性,使得離散自動化系統邁向流程工業那種連續的生產,使得效率提高。
(2).通過數據驅動來實現優化,尋找在生產中的預測性,包括工藝參數預測,適應于“變化”的需求,減少開機浪費的方法、尋找在新的協同生產下的質量優化、能源計量、維護成本下降的方法,各種方法都是因為連接帶來了優化的可能性空間。
(3).資產管理類,確保透明的數據,并在數據中對問題進行歸結、判定,以便提高設備的使用效率,這些應用包括了排產、預測性維護等應用場景。
通過TSN網絡,其實,自動化可以發揮更為全局的力量來重塑制造業現場的格局,將從機器到產線,將設計與制造進行銜接,利用自身的優勢繼續發揮全局的規劃能力。
為自動化引入新工具與方法
這些應用催生了TSN,它代表著自動化領域自覺對IT的融合,這不是IT的推進,而是一種尋找經濟性,新的解決問題的方法,應該說“技術帶來了解決問題方法與工具的經濟性”,因此,自動化端在成本可行的情況下,采用新的技術來解決過去的問題,或者以前沒有這樣解決問題純粹是因為技術無法實現,或者成本高昂,IT對于OT的貢獻主要體現在大量的商用市場帶來的規模效應降低了器件、系統架構的成本。
由于TSN的投入,使得自動化至少在幾個方向可以擴張:
1.工業物聯網:經由TSN的交換網絡,傳感器可以無需經由控制器層而直接被Cloud訪問,這個帶來全新的應用架構的變化,因此,IIoT中所描述的APP可以提供新的業務模式支撐,采用TSN賦予了整個工業物聯網全新的連接自由與更為廣泛的可能。
TSN可以實現傳感器到云的傳輸,這件事情本身對整個工業應用場景是一個巨大的變革,突破了傳統網絡的層層架構,賦予了新的應用潛在的可能,使得整個運營管理更加透明、直接的數據實現奠定了基礎。
2.向邊緣計算的擴展,目前來說,IT和OT端都延伸到了邊緣計算這個領域,各自發力,OT以解決原有問題,以及新的形勢下的系統連接帶來的數據連接需求。
邊緣計算對于數據的需求是多樣的,而這正是TSN網絡所要應對的,也即,TSN為這樣的場景而生。
3.TSN使得新的計算架構得以實現:傳統的控制集中式架構,DCS分布式控制架構,但是,未來,有了TSN,新的架構可以實現任意形式的,分布或集中,可以說沒有邊界,數據可以直接通過TSN交換網絡被發送到云端,這構成了應用的云端化,也會產生新的業務模式。
4.TSN也將擴張到更多的領域,使得OT可以借助于更多的技術來解決問題。包括機器視覺、AR/VR,而解決問題不僅在控制,也在管理運營。
5.TSN使得現場數據可以被有效的傳輸,分流,自動化在其中扮演更為靈活的角色,數據采集、信號處理本身就是自動化的優勢,而借助于TSN會能夠讓自動化進入更為廣泛的領域,包括進入樓宇、智慧城市、交通、農業等領域。
IT與OT如何發揮各自效應,則關鍵在于如何借助于OPCUAoverTSN的架構來實現融合,如果各自為政,最終對于IT而言,則無法獲得經濟性,對于OT同樣如此,如果無法取得經濟性,高效益,用戶最終也無法讓整個架構推進。
TSN構建全新OICT融合生態系統
技術的發展有一種自然而然的規則,非以人的意志為轉移,從IT與OT融合角度來看,的確需要一個新的生態系統—這是自然發展的規律,從競爭到競合,這是一個必然的過程,而對于IT與OT都屬于工程技術界,那么本身的融合自然依靠于技術來作為生態系統的基底,而能夠扮演這個角色的,就目前來看,想要使得雙方都能夠獲得有效數據傳輸,則TSN可以在其中扮演這個角色。
圖3-OPCUAoverTSN構建未來制造技術生態
顯然,最終的用戶是最有發言權的,TSN能否扮演這個角色,自然仍然以用戶的最終選擇來看,至少目前來看,正如22日在e-works論壇上來自ZF/RTW的CIO所說“為什么不能有一個統一的網絡讓這些數據可以被有效的通信”,是的,對于用戶的現場而言,一個統一的網絡會帶來非常多的便利,才能讓數據真正成為一個透明的、高效,發揮數據的價值。
對于IT與OT端而言,各自對如何推進制造有各自的想法和主張,但是,必須明確的是“融合”是誰也規避的,誰也不能自說自話,必須通過相互的配合,但是,各自又有“邊界”,對于OT而言,優勢在于接近現場,對現場物理對象與模型、控制、優化有直接的采集、連接、應用經驗和知識積累,而對于IT則在于交換網絡、軟件、工具與方法等的積累,但是,相互逾越都不會專業,而邊界其實就在這個融合的標準與規范上,各自繼續發揮自身的優勢,而又可以為用戶帶來基于轉型需求的價值提升。
至于這個生態系統所需的商業智慧,則需要來自IT與OT業界的同仁們共同來構建,需要引入專業的生態系統研究的管理學家能夠參與其中,技術作為載體,而價值作為OT與IT各自有其發揮的領地,而如何平衡其中的關系與利益,則是來自于“人”的智慧。