IT和(he)(he)OT的(de)(de)融合是一(yi)個由(you)來已久的(de)(de)難題，早在十幾(ji)年前提(ti)出的(de)(de)工業化(hua)(hua)和(he)(he)信息化(hua)(hua)“兩化(hua)(hua)融合”本質上(shang)就(jiu)屬于IT和(he)(he)OT的(de)(de)融合。后(hou)來，隨著(zhu)2011年工業4.0的(de)(de)提(ti)出，IT和(he)(he)OT的(de)(de)融合成為制(zhi)造業的(de)(de)關(guan)鍵優先事項(xiang)。
然而，由于IT和OT長期以來一直是相互獨立的，兩者之間有著“天然鴻溝”，融合并非易事。近期，專注于OPC數據通信領域20多年的Matrikon公司提出了一個“統一(yi)的OT數據層”(Unified OT Data Layer，簡稱UODL)的概念(nian)，在IT和OT之間增加這(zhe)樣一個數據層級，從(cong)而填(tian)補IT和OT的“天然鴻溝”。
那為何要增加一個OT數據層？這樣能帶來哪些好處？如何實現這樣一個OT數據層呢？為此，CONTROL ENGINEERING China獨(du)家(jia)采(cai)訪了Matrikon公(gong)司市(shi)場總監(jian)Darek Kominek先生。
01
數智化轉型的過程是IT和OT融合的過程
數字化智能化轉型，是當前全球制造業共同的發展趨勢。無論是要實現更高的效率、效能，還是要走向可持續、高質量發展，數智化是必經之路。而所謂的(de)數(shu)智化(hua)就(jiu)是將新(xin)一(yi)代IT技術應用到制(zhi)造(zao)企(qi)業(ye)的(de)設計(ji)、生產(chan)(chan)、管理(li)、銷售及服務各個環節，并基于各個環節產(chan)(chan)生的(de)數(shu)據進行(xing)分析與(yu)挖掘，控制(zhi)、監(jian)測(ce)(ce)、預(yu)判、優(you)化(hua)，這其(qi)中就(jiu)包括現在比(bi)較流行(xing)的(de)數(shu)字孿生、仿(fang)真建模、預(yu)測(ce)(ce)性維護、機(ji)器(qi)學習、人工智能等的(de)應用。
制造業來說，核(he)心的數據(ju)當(dang)然來自生產環節(jie)，而(er)(er)這(zhe)就是傳統的OT領域。這(zhe)樣，IT和OT就相遇了(le)，而(er)(er)且需要(yao)融合(he)，需要(yao)互相交(jiao)換數據(ju)，“數據(ju)”也就成了(le)數智化轉(zhuan)型的核(he)心。
“一旦(dan)開啟數(shu)(shu)字化轉型，各個層級的人都希望(wang)得到更多的數(shu)(shu)據(ju)，特別是來(lai)自車間這一層級的OT數(shu)(shu)據(ju)。”Darek先生表(biao)示，IT和(he)OT融合會給企業帶來(lai)諸多好(hao)處(chu)，例如(ru)：能夠降低工業成本，優化業務流程(cheng)，降低過(guo)程(cheng)風險，更快(kuai)實(shi)施開發和(he)集成，以及打通 OT設備和(he)環境設施數(shu)(shu)據(ju)、IT基礎設施數(shu)(shu)據(ju)，實(shi)現雙向互(hu)用(yong)。
但同時，由于IT和OT有著各自的目標、優先事項、技能、指標甚至語言。IT希望數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)采(cai)集越多越好(hao)，速度(du)(du)要(yao)(yao)快、數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)要(yao)(yao)開放統(tong)(tong)一，而OT希望連(lian)接(jie)(jie)要(yao)(yao)安全，要(yao)(yao)保(bao)護好(hao)底層數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)源避免其(qi)被過度(du)(du)訪問(wen)，保(bao)證穩(wen)定生產是(shi)首要(yao)(yao)任務(wu)。特別是(shi)在技(ji)術層面，IT與OT融(rong)合最大的(de)困(kun)難(nan)在于：數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)網(wang)絡的(de)傳輸(shu)接(jie)(jie)口(kou)與標準(zhun)不(bu)統(tong)(tong)一，IT首先(xian)要(yao)(yao)能夠訪問(wen)OT端的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，而OT的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)往往是(shi)不(bu)同于IT數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)專有系統(tong)(tong)的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，包括各類工業(ye)協議的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)、不(bu)同軟件接(jie)(jie)口(kou)標準(zhun)的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)。
正(zheng)是(shi)由(you)于IT和(he)OT存在著這樣的(de)(de)“天然鴻溝(gou)”，IT和(he)OT的(de)(de)融合不可(ke)能(neng)一(yi)蹴而(er)就，數智化轉型(xing)的(de)(de)過程就是(shi)IT和(he)OT不斷融合的(de)(de)過程。
02
OPC UA為IT和OT融合開啟了一扇窗
IT和(he)OT融合(he)使得OT數據需要(yao)在(zai)企業各(ge)(ge)層級(ji)之間進行流動(dong)，因此IT和(he)OT之間的(de)(de)互(hu)(hu)(hu)聯(lian)、互(hu)(hu)(hu)通(tong)、語義互(hu)(hu)(hu)操作(zuo)成為了必然要(yao)求(qiu)。由于(yu)對數據有(you)(you)實時(shi)性要(yao)求(qiu)和(he)各(ge)(ge)個自(zi)動(dong)化廠商處于(yu)商業利益的(de)(de)考量，在(zai)工業現(xian)場，目前存在(zai)著各(ge)(ge)種(zhong)各(ge)(ge)樣(yang)的(de)(de)通(tong)信協議，有(you)(you)開放的(de)(de)，有(you)(you)封閉的(de)(de)，有(you)(you)標(biao)準的(de)(de)，也有(you)(you)專有(you)(you)的(de)(de)，所以互(hu)(hu)(hu)聯(lian)互(hu)(hu)(hu)通(tong)并不容易，而(er)(er)要(yao)做到(dao)語義互(hu)(hu)(hu)操作(zuo)更(geng)難。好在(zai)一個獨立于(yu)制造商的(de)(de)通(tong)信技術(shu)OPC UA為互(hu)(hu)(hu)聯(lian)、互(hu)(hu)(hu)通(tong)、語義互(hu)(hu)(hu)操作(zuo)鋪平了道路，而(er)(er)且隨著OPC UA的(de)(de)發(fa)展，目前已經得到(dao)絕大部分(fen)廠商和(he)用戶的(de)(de)支持(chi)。
“當企業需要依靠數(shu)(shu)據(ju)來(lai)做決策時，你要確(que)保每(mei)個人都可以使用(yong)實時或(huo)近(jin)乎實時的(de)(de)準確(que)數(shu)(shu)據(ju)來(lai)做出決策，而(er)不是等待很長時間才(cai)能獲得報告(gao)，然后試圖(tu)弄清楚(chu)發生了什么。”Darek先生認為，數(shu)(shu)據(ju)還要具有(you)(you)上(shang)下文(wen)含義，也(ye)就是要有(you)(you)語義，否則(ze)，數(shu)(shu)據(ju)將沒有(you)(you)意義。“我們所接觸過的(de)(de)一(yi)些北(bei)美石油(you)公司客(ke)戶，他們每(mei)天都有(you)(you)TB級(ji)的(de)(de)流(liu)量從海上(shang)平臺發送，匯聚成(cheng)一(yi)個數(shu)(shu)據(ju)湖，但這些數(shu)(shu)據(ju)他們無法(fa)理解它，實際工(gong)作中并(bing)不能使用(yong)。”
為了(le)讓(rang)數據帶有(you)語義(yi)(yi)，OPC UA提供(gong)了(le)基礎信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)，包括底(di)層總線傳輸的(de)(de)語義(yi)(yi)可以參考統一標準進(jin)行(xing)(xing)(xing)定義(yi)(yi)，而垂(chui)直(zhi)行(xing)(xing)(xing)業(ye)的(de)(de)信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)也同樣可以進(jin)行(xing)(xing)(xing)協同。在(zai)OPC UA的(de)(de)基礎架構中包括內嵌(qian)信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)、行(xing)(xing)(xing)業(ye)信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)與供(gong)應商信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)等幾個層面的(de)(de)信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)，這些信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)對不同層級的(de)(de)數據進(jin)行(xing)(xing)(xing)了(le)標準封裝(zhuang)，甚(shen)至也可以由用戶創建自己的(de)(de)信息(xi)模(mo)(mo)型(xing)(xing)。
對于安全性， OPC UA的(de)(de)規范(fan)、配置(zhi)文件(jian)和認證過程可以讓用(yong)戶(hu)十分安心，OPC UA使用(yong)協議本身(shen)而不是附加安全性來保(bao)護(hu)OPC UA客戶(hu)端/服務器通信的(de)(de)安全。
得益于(yu)平臺(tai)獨立性、強大的(de)(de)安全基(ji)礎以及信息模型這(zhe)(zhe)些性質，OPC UA因(yin)此成為(wei)工業(ye)4.0倚(yi)重和普遍(bian)支持的(de)(de)標(biao)準(zhun)規范(fan)，這(zhe)(zhe)也為(wei)IT和OT的(de)(de)融合開啟了(le)一扇窗。
03
統一OT數據層（UODL）
填補IT和OT“天然鴻溝”
借(jie)助于OPC UA，從(cong)機(ji)(ji)器(qi)到(dao)機(ji)(ji)器(qi)間的(de)水平傳(chuan)輸(shu)(shu)和從(cong)機(ji)(ji)器(qi)到(dao)云端(duan)的(de)垂直(zhi)傳(chuan)輸(shu)(shu)，數(shu)(shu)據已經轉變為(wei)帶有(you)語(yu)義的(de)“信息”，為(wei)企(qi)業車間、運營、業務及(ji)云端(duan)分析等各個層級提供了統一的(de)實時源(yuan)數(shu)(shu)據。
但隨(sui)之而來的是，越來越多的設(she)備(bei)中(zhong)都包(bao)含了(le)用于外(wai)部(bu)訪問的OPC UA服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)，例(li)如 PLC ，邊(bian)緣控制器(qi)(qi)，甚(shen)至是傳感器(qi)(qi)中(zhong)都可(ke)能包(bao)含一(yi)個OPC UA 的服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)。而一(yi)般的OPC UA連(lian)接，OPC客(ke)戶(hu)端需要與(yu)每(mei)臺OPC服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)建立單(dan)獨(du)的連(lian)接，這種連(lian)接方式會極大(da)將會占(zhan)用網絡帶(dai)寬(kuan)和前端處(chu)理(li)器(qi)(qi)的算力。即使只有(you)少量的服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)和客(ke)戶(hu)端，系(xi)統架構也會變得非常(chang)復雜，當(dang)系(xi)統中(zhong)OPC UA設(she)備(bei)很多時，這種訪問是異常(chang)復雜的，且(qie)會極大(da)增加一(yi)個客(ke)戶(hu)端同時連(lian)接多個服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)端時的管理(li)成(cheng)本。使用OPC UA網關等(deng)物理(li)設(she)備(bei)固然可(ke)以(yi)對數據進行(xing)整(zheng)合，但這種方案，并不適用于多個OPC UA服(fu)務(wu)(wu)器(qi)(qi)分處(chu)多地的情況(kuang)，而且(qie)還會帶(dai)來額外(wai)的設(she)備(bei)安(an)裝、維(wei)護成(cheng)本。
更為重要的是(shi)，各層(ceng)級都(dou)直(zhi)接(jie)訪問(wen)源數據，或(huo)者將OT數據直(zhi)接(jie)上傳(chuan)到(dao)云端，都(dou)是(shi)極不(bu)安全的做法。
“因此(ci)，我們提出，增加一(yi)個統一(yi)的(de)(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)層(ceng)(ceng)，UODL，以(yi)便OT端(duan)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)可(ke)(ke)以(yi)以(yi)OPC UA開放(fang)標準(zhun)的(de)(de)(de)形式匯聚(ju)在(zai)一(yi)個平臺(tai)上(shang)(shang)，而企業各個層(ceng)(ceng)級(ji)的(de)(de)(de)人都(dou)可(ke)(ke)以(yi)通過訪(fang)問這(zhe)(zhe)(zhe)個平臺(tai)得到(dao)帶有語義的(de)(de)(de)有價值的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)。” Darek先生介紹說，統一(yi)的(de)(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)層(ceng)(ceng)把所有采集到(dao)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)都(dou)匯聚(ju)到(dao)一(yi)個公(gong)(gong)共的(de)(de)(de)地(di)址(zhi)空間，根據(ju)(ju)(ju)導入(ru)MDB中的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)模(mo)型，公(gong)(gong)共地(di)址(zhi)空間里的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)會被映(ying)射到(dao)模(mo)型中形成一(yi)個個數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)模(mo)型實例，數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)消(xiao)費者（可(ke)(ke)以(yi)是上(shang)(shang)方的(de)(de)(de)應(ying)用程序(xu)，也可(ke)(ke)以(yi)是另一(yi)個數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源(yuan)）從該公(gong)(gong)共地(di)址(zhi)空間獲取(qu)信息，這(zhe)(zhe)(zhe)樣使(shi)得數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)對(dui)需要它的(de)(de)(de)應(ying)用來說更有意義。同(tong)時，這(zhe)(zhe)(zhe)也意味著用戶(hu)更加不必(bi)從上(shang)(shang)層(ceng)(ceng)直接連接到(dao)底層(ceng)(ceng)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源(yuan)。
不僅(jin)如此(ci)，有了這個UODL，數據(ju)的(de)維護升級也將(jiang)變得(de)更加簡單，用戶(hu)可(ke)以輕松置(zhi)換數據(ju)源(yuan)，只需要(yao)更新數據(ju)模型，使(shi)得(de)地址空間(jian)的(de)視圖符合更新后的(de)應用程序的(de)要(yao)求即(ji)可(ke)。
Darek先生指(zhi)出，UODL的(de)(de)(de)構建(jian)其實是(shi)在(zai)(zai)IT和(he)(he)OT之間引入了(le)一(yi)(yi)類稱為DT（數(shu)(shu)(shu)據(ju)技術(shu)）的(de)(de)(de)技術(shu)，讓UODL具(ju)備了(le)五(wu)個方面(mian)的(de)(de)(de)基本功能(neng)(neng)：第(di)一(yi)(yi)，要有(you)連接性(xing)，能(neng)(neng)夠(gou)(gou)與(yu)底(di)層數(shu)(shu)(shu)據(ju)源(yuan)對話(hua)；第(di)二，要有(you)整合匯(hui)聚的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)，能(neng)(neng)將(jiang)不(bu)同的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)源(yuan)聯(lian)合成一(yi)(yi)個統一(yi)(yi)的(de)(de)(de)公共地(di)址空(kong)間；第(di)三，要支持賦予(yu)和(he)(he)管(guan)理(li)數(shu)(shu)(shu)據(ju)語義的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)，以便將(jiang)有(you)意義的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)呈(cheng)現(xian)給各方應(ying)用(yong)；第(di)四，必須能(neng)(neng)夠(gou)(gou)在(zai)(zai)整個企(qi)業范(fan)圍內共享信息，促使IT和(he)(he)OT的(de)(de)(de)合作順暢；最后，還可以輕松和(he)(he)云平臺集成。
▲UODL五大基(ji)本(ben)功(gong)能
“UODL搭建了一個安全的、無縫隙的和可持續發展的OT數據架構，使得OT數據在全企業范圍內的可見性大大提升、做到真正可用，一體式地解決了底層數據通信的諸多復雜問題，填補了 IT 和 OT之間的‘天然鴻溝’。” Darek總結道。
04
Matrikon Data Broker：開箱即用的UODL
統一OT數(shu)據層（UODL）的提(ti)出(chu)，為IT和OT融合(he)提(ti)供全新的思(si)路。不過， UODL 現(xian)在已經(jing)不僅僅只是一個概(gai)念，對OPC技(ji)術有著(zhu)豐富經(jing)驗(yan)的Matrikon經(jing)過兩年多的研發，推出(chu)了一個開箱即用的UODL平臺，Matrikon Data Broker，簡稱MDB。
“MDB從設(she)計開發之初，就把UODL的(de)每一(yi)個功(gong)能模塊貫徹在MDB的(de)每一(yi)個軟件功(gong)能當中(zhong)了。” Darek先生表示(shi)， 這(zhe)種功(gong)能化的(de)設(she)計使(shi)(shi)得用(yong)戶在使(shi)(shi)用(yong)MDB時，可以(yi)根據(ju)(ju)自己項目的(de)需(xu)求和發展，來選擇添加和保留的(de)功(gong)能模塊，幫助企業用(yong)戶解決各個層級會遇到的(de)OT數據(ju)(ju)難(nan)題，實現企業范圍內(nei)的(de)OT數據(ju)(ju)通信。
▲MDB：實現企業全域內數(shu)據通信的平臺
首先，由于Matrikon在OPC Classic和OPC UA領域有豐富(fu)的經驗和產品，所以(yi)MDB具(ju)有全面的底層數(shu)(shu)(shu)(shu)據連接能(neng)力。對(dui)于非OPC標準(zhun)協議的第(di)三方(fang)數(shu)(shu)(shu)(shu)據，MDB有對(dui)應的適配器（MDB Adapters）將這些數(shu)(shu)(shu)(shu)據轉(zhuan)為(wei)OPC UA從而進入(ru)MDB。對(dui)于以(yi)前的OPC Classic數(shu)(shu)(shu)(shu)據，可(ke)以(yi)通過Matrikon OPC UA Tunneller將第(di)三方(fang)OPC DA服務器匯聚到MDB。同時，MDB 還具(ju)有多(duo)(duo)層級數(shu)(shu)(shu)(shu)據匯聚功能(neng)，可(ke)將多(duo)(duo)個(ge)數(shu)(shu)(shu)(shu)據源聚合到一個(ge)訪問點中。
▲MDB 數據采(cai)集與(yu)匯聚
其次，是數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)意義的(de)(de)(de)增強和數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)共(gong)享。MDB用戶無需編程(cheng)(cheng)即(ji)可(ke)完成數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)建模(mo)，使用像VDMA，UMATI， MT Connect，MDIS和其(qi)他定制或標準化(hua)的(de)(de)(de)UA配套規范可(ke)輕松完成數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)建模(mo)。同時支(zhi)持數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源到數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源的(de)(de)(de)映射、數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)到數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)映射、數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源到數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)的(de)(de)(de)映射，豐富(fu)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)源語義給數(shu)(shu)(shu)字孿(luan)生，人工智能和機器(qi)學習應用程(cheng)(cheng)序提供了更(geng)好數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)基礎。
▲MDB 數據建模(mo)
第三，MDB可實現企(qi)業全(quan)域內(nei)跨網絡(luo)通信(xin)。MDB基于(yu)(yu)OPC UA規范里(li)的反向連(lian)接(jie)功(gong)能(neng)，開發了MDB FireBridge，該功(gong)能(neng)可以(yi)由服務器端(duan)(duan)發起連(lian)接(jie)請求，建(jian)立與(yu)客戶(hu)端(duan)(duan)的連(lian)接(jie)，這就相(xiang)當于(yu)(yu)是從信(xin)任區向不信(xin)任區建(jian)立一個連(lian)接(jie)，這樣可以(yi)快速簡單地搭起跨防火墻(qiang)和DMZ的OPC UA客戶(hu)端(duan)(duan)-服務器通信(xin)，而無需打開防火墻(qiang)入站端(duan)(duan)口。
▲MDB FireBridge 跨防(fang)火墻通信(xin)
最后，MDB可以(yi)通過MQTT實現(xian)安全可靠的云(yun)連接。使用MDB MQTT擴展插件（MDB MQTT Publisher。）發布OPC UA數據，可以(yi)與第(di)三方(fang)云(yun)供(gong)應(ying)商，比如微(wei)軟(ruan)Azure，AWS, 谷歌云(yun)等(deng)輕松快速地集成。
▲MDB 與云連接
據Darek先生介紹，目前MDB已經(jing)在(zai)美國某著(zhu)名化工企業中(zhong)得到應用，在(zai)不到12周的(de)(de)時間內為該企業將分布全(quan)球(qiu)各地的(de)(de)九(jiu)個(ge)分廠的(de)(de)生產實時數據安全(quan)地連接了(le)云上，進行(xing)后期的(de)(de)處理和分析。
“IT和OT的融合其(qi)實(shi)面臨著(zhu)各種各樣的挑戰(zhan)，但(dan)Matrikon Data Broker可以(yi)從技術上幫你克服這些復(fu)雜的挑戰(zhan)，填補兩者之間的‘鴻溝’，從而呈現 OT 數(shu)據價(jia)值(zhi)。Matrikon的使命是讓(rang)未來變得更友好，讓(rang)數(shu)字化旅(lv)程變得更加(jia)愉快！” Darek先生(sheng)最后說(shuo)道(dao)。
