IT和OT的(de)融合是(shi)一(yi)個由來已久(jiu)的(de)難題，早在十幾(ji)年前提(ti)出(chu)的(de)工業化和信息化“兩(liang)化融合”本質上就屬于IT和OT的(de)融合。后來，隨著2011年工業4.0的(de)提(ti)出(chu)，IT和OT的(de)融合成為制(zhi)造業的(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“統一的OT數據(ju)層”(Unified OT Data Layer，簡稱UODL)的概(gai)念，在IT和OT之間增加(jia)這樣(yang)一個數據(ju)層級，從而填(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獨家采訪了Matrikon公司市場總監Darek Kominek先生(sheng)。
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(er)所(suo)謂的數智化就是(shi)將新一代IT技術(shu)應用到制造企(qi)業的設計、生(sheng)產、管理、銷售及服(fu)務(wu)各個環(huan)節(jie)，并(bing)基于各個環(huan)節(jie)產生(sheng)的數據進(jin)行分析與挖掘，控制、監測、預判、優化，這其(qi)中就包(bao)括現在(zai)比(bi)較流行的數字孿(luan)生(sheng)、仿(fang)真(zhen)建模、預測性維(wei)護(hu)、機器學(xue)習、人(ren)工智能等的應用。
制造業(ye)來說，核心的數(shu)據當(dang)然來自生產環(huan)節，而(er)這就(jiu)(jiu)是傳統的OT領域。這樣，IT和(he)OT就(jiu)(jiu)相遇了，而(er)且需要(yao)融(rong)合(he)，需要(yao)互(hu)相交(jiao)換數(shu)據，“數(shu)據”也就(jiu)(jiu)成了數(shu)智化(hua)轉型的核心。
“一旦(dan)開(kai)啟數字化轉型，各個層級的人都希望得(de)到更多(duo)的數據，特(te)別(bie)是來自車(che)間(jian)這一層級的OT數據。”Darek先生表示，IT和OT融合會給企業帶來諸多(duo)好(hao)處，例如(ru)：能夠(gou)降低工業成(cheng)本，優化業務流程(cheng)，降低過(guo)程(cheng)風險，更快實(shi)(shi)施開(kai)發和集成(cheng)，以及打(da)通(tong) OT設(she)備(bei)和環(huan)境(jing)設(she)施數據、IT基礎設(she)施數據，實(shi)(shi)現雙向互用。
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)據采集(ji)越多越好，速度要(yao)快(kuai)、數(shu)(shu)據要(yao)開放統一(yi)(yi)，而(er)OT希望連接(jie)要(yao)安(an)全，要(yao)保(bao)護好底層數(shu)(shu)據源避免其被過度訪問，保(bao)證穩(wen)定生產(chan)是(shi)(shi)首要(yao)任(ren)務。特別是(shi)(shi)在技術(shu)層面，IT與OT融合(he)最大(da)的(de)困難在于(yu)：數(shu)(shu)據網絡的(de)傳輸接(jie)口與標(biao)(biao)準不統一(yi)(yi)，IT首先要(yao)能夠訪問OT端(duan)的(de)數(shu)(shu)據，而(er)OT的(de)數(shu)(shu)據往往是(shi)(shi)不同于(yu)IT數(shu)(shu)據的(de)專有系統的(de)數(shu)(shu)據，包括各類工業協議(yi)的(de)數(shu)(shu)據、不同軟(ruan)件(jian)接(jie)口標(biao)(biao)準的(de)數(shu)(shu)據。
正是由于IT和OT存在著這(zhe)樣的(de)“天然鴻溝”，IT和OT的(de)融合不可能(neng)一(yi)蹴而就(jiu)，數智化轉型的(de)過(guo)程就(jiu)是IT和OT不斷(duan)融合的(de)過(guo)程。
02
OPC UA為IT和OT融合開啟了一扇窗
IT和(he)OT融(rong)合使得OT數據(ju)需要(yao)在企業各(ge)層級(ji)之間進行流動，因此IT和(he)OT之間的(de)(de)(de)互(hu)(hu)(hu)聯、互(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)、語義(yi)互(hu)(hu)(hu)操(cao)作成(cheng)為(wei)了(le)必然要(yao)求(qiu)。由于(yu)對(dui)數據(ju)有(you)(you)(you)實時性要(yao)求(qiu)和(he)各(ge)個(ge)(ge)自動化廠商處于(yu)商業利益的(de)(de)(de)考量(liang)，在工業現場，目(mu)前(qian)存在著各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)通(tong)(tong)信協議，有(you)(you)(you)開放的(de)(de)(de)，有(you)(you)(you)封(feng)閉的(de)(de)(de)，有(you)(you)(you)標準(zhun)的(de)(de)(de)，也有(you)(you)(you)專有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)，所以互(hu)(hu)(hu)聯互(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)并不容易，而要(yao)做到(dao)語義(yi)互(hu)(hu)(hu)操(cao)作更難。好(hao)在一個(ge)(ge)獨(du)立(li)于(yu)制造(zao)商的(de)(de)(de)通(tong)(tong)信技術OPC UA為(wei)互(hu)(hu)(hu)聯、互(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)、語義(yi)互(hu)(hu)(hu)操(cao)作鋪(pu)平了(le)道路，而且隨著OPC UA的(de)(de)(de)發(fa)展，目(mu)前(qian)已經得到(dao)絕大(da)部分廠商和(he)用戶(hu)的(de)(de)(de)支(zhi)持。
“當(dang)企(qi)業(ye)需要(yao)依靠(kao)數據(ju)來做決(jue)策時，你要(yao)確保每個(ge)人都可以(yi)使用實時或近乎實時的準確數據(ju)來做出決(jue)策，而不(bu)是(shi)等待(dai)很長時間才能獲(huo)得報告，然(ran)后試(shi)圖弄清楚(chu)發(fa)生(sheng)(sheng)了(le)什么。”Darek先(xian)生(sheng)(sheng)認為，數據(ju)還要(yao)具有上(shang)(shang)下(xia)文含義(yi)，也(ye)就是(shi)要(yao)有語義(yi)，否則，數據(ju)將沒有意義(yi)。“我們所接觸過的一些北美石油公(gong)司客戶，他(ta)們每天都有TB級(ji)的流量(liang)從(cong)海上(shang)(shang)平臺發(fa)送，匯聚(ju)成一個(ge)數據(ju)湖，但這(zhe)些數據(ju)他(ta)們無法理(li)解它，實際工作中并不(bu)能使用。”
為了讓數據帶(dai)有語(yu)義，OPC UA提供了基礎信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)，包括底(di)層總(zong)線(xian)傳(chuan)輸的(de)語(yu)義可以(yi)(yi)參考統(tong)一標準(zhun)(zhun)進(jin)行(xing)定(ding)義，而垂直行(xing)業的(de)信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)也(ye)同(tong)(tong)樣可以(yi)(yi)進(jin)行(xing)協同(tong)(tong)。在OPC UA的(de)基礎架構中包括內嵌信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)、行(xing)業信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)與供應商(shang)信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)等幾個(ge)層面的(de)信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)，這(zhe)些信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)對不同(tong)(tong)層級的(de)數據進(jin)行(xing)了標準(zhun)(zhun)封(feng)裝，甚至也(ye)可以(yi)(yi)由用(yong)戶創建(jian)自己(ji)的(de)信(xin)息(xi)模(mo)型(xing)(xing)。
對于安全(quan)性， OPC UA的規范、配置文件和認證(zheng)過程可以讓用(yong)戶(hu)十分安心，OPC UA使(shi)用(yong)協議本身而(er)不是附加安全(quan)性來保(bao)護OPC UA客(ke)戶(hu)端(duan)/服務(wu)器通信的安全(quan)。
得益于平臺(tai)獨(du)立性(xing)、強大的安全基礎以及(ji)信息模型(xing)這(zhe)些性(xing)質，OPC UA因此成為工業4.0倚重和普(pu)遍支持的標準規范，這(zhe)也為IT和OT的融合開啟(qi)了(le)一扇窗。
03
統一OT數據層（UODL）
填補IT和OT“天然鴻溝”
借助于OPC UA，從機器到機器間(jian)的(de)水平傳(chuan)輸和從機器到云端的(de)垂直傳(chuan)輸，數據(ju)已經轉變為(wei)帶有(you)語義的(de)“信息”，為(wei)企業車(che)間(jian)、運(yun)營、業務及云端分析(xi)等各個層級提供了(le)統一的(de)實時源(yuan)數據(ju)。
但隨之而來(lai)的是(shi)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)(duo)的設(she)備(bei)中(zhong)都包含(han)了用(yong)于(yu)外部訪問(wen)的OPC UA服(fu)務(wu)(wu)器(qi)，例(li)如 PLC ，邊緣控(kong)制器(qi)，甚(shen)至是(shi)傳感器(qi)中(zhong)都可(ke)能包含(han)一(yi)個(ge)OPC UA 的服(fu)務(wu)(wu)器(qi)。而一(yi)般的OPC UA連接(jie)，OPC客(ke)(ke)戶(hu)端(duan)需(xu)要與(yu)每臺OPC服(fu)務(wu)(wu)器(qi)建立單獨的連接(jie)，這種連接(jie)方式會極(ji)大(da)將會占用(yong)網絡帶寬和前端(duan)處理器(qi)的算力。即使只有少(shao)量的服(fu)務(wu)(wu)器(qi)和客(ke)(ke)戶(hu)端(duan)，系(xi)統(tong)架構也會變得非常復(fu)雜，當系(xi)統(tong)中(zhong)OPC UA設(she)備(bei)很(hen)多(duo)(duo)時，這種訪問(wen)是(shi)異常復(fu)雜的，且會極(ji)大(da)增(zeng)加一(yi)個(ge)客(ke)(ke)戶(hu)端(duan)同時連接(jie)多(duo)(duo)個(ge)服(fu)務(wu)(wu)器(qi)端(duan)時的管理成(cheng)本。使用(yong)OPC UA網關等物(wu)理設(she)備(bei)固然可(ke)以對數據進行整合(he)，但這種方案(an)，并(bing)不適(shi)用(yong)于(yu)多(duo)(duo)個(ge)OPC UA服(fu)務(wu)(wu)器(qi)分(fen)處多(duo)(duo)地的情況，而且還會帶來(lai)額外的設(she)備(bei)安裝、維護成(cheng)本。
更(geng)為重要的(de)是，各層級(ji)都直接訪(fang)問源(yuan)數據，或者將OT數據直接上傳到云端，都是極不安全的(de)做法。
“因(yin)此，我們(men)提出(chu)，增加一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)的(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)層，UODL，以(yi)(yi)便OT端數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)可以(yi)(yi)以(yi)(yi)OPC UA開放標準的(de)(de)形式匯(hui)聚(ju)在一(yi)個(ge)平(ping)臺(tai)上(shang)，而(er)企(qi)業各個(ge)層級的(de)(de)人都可以(yi)(yi)通過訪問這個(ge)平(ping)臺(tai)得到(dao)帶有(you)(you)語義的(de)(de)有(you)(you)價(jia)值的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)。” Darek先生介紹說(shuo)，統(tong)一(yi)的(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)層把(ba)所有(you)(you)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)都匯(hui)聚(ju)到(dao)一(yi)個(ge)公(gong)共(gong)的(de)(de)地(di)址(zhi)(zhi)空(kong)間，根據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)導入MDB中(zhong)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)模型，公(gong)共(gong)地(di)址(zhi)(zhi)空(kong)間里的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)會被映(ying)射到(dao)模型中(zhong)形成一(yi)個(ge)個(ge)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)模型實(shi)例(li)，數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)消費者（可以(yi)(yi)是(shi)上(shang)方的(de)(de)應用(yong)程序，也可以(yi)(yi)是(shi)另一(yi)個(ge)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)源）從該公(gong)共(gong)地(di)址(zhi)(zhi)空(kong)間獲(huo)取信息，這樣(yang)使得數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)對需(xu)要它的(de)(de)應用(yong)來說(shuo)更有(you)(you)意義。同時，這也意味(wei)著用(yong)戶更加不必從上(shang)層直接(jie)(jie)連接(jie)(jie)到(dao)底層數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)源。
不僅如此，有了這個(ge)UODL，數據(ju)的(de)維(wei)護升級也將(jiang)變得(de)更加簡(jian)單，用戶可(ke)以輕松置換數據(ju)源，只需(xu)要更新(xin)數據(ju)模型，使得(de)地(di)址空間(jian)的(de)視圖符合更新(xin)后的(de)應用程序的(de)要求即(ji)可(ke)。
Darek先生(sheng)指出，UODL的構(gou)建其實(shi)是(shi)在(zai)IT和OT之(zhi)間引入了一(yi)類稱為DT（數(shu)(shu)據(ju)技(ji)術）的技(ji)術，讓UODL具(ju)備了五(wu)個方面的基本(ben)功能(neng)(neng)：第(di)一(yi)，要(yao)有連接性(xing)，能(neng)(neng)夠(gou)與(yu)底層數(shu)(shu)據(ju)源對話；第(di)二，要(yao)有整(zheng)合匯聚(ju)的能(neng)(neng)力(li)，能(neng)(neng)將不同的數(shu)(shu)據(ju)源聯合成一(yi)個統一(yi)的公共(gong)地址空間；第(di)三，要(yao)支持賦予(yu)和管理數(shu)(shu)據(ju)語義的能(neng)(neng)力(li)，以(yi)(yi)便(bian)將有意義的數(shu)(shu)據(ju)呈現給各方應用；第(di)四，必須能(neng)(neng)夠(gou)在(zai)整(zheng)個企業范圍內共(gong)享信(xin)息，促使(shi)IT和OT的合作順暢；最后，還可以(yi)(yi)輕松和云平臺集成。
▲UODL五(wu)大基本功能
“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數據層(ceng)（UODL）的(de)提(ti)(ti)出，為IT和OT融合(he)提(ti)(ti)供全新的(de)思路(lu)。不(bu)過， UODL 現在已經(jing)不(bu)僅(jin)僅(jin)只是一個(ge)(ge)概念(nian)，對(dui)OPC技術有著豐富(fu)經(jing)驗的(de)Matrikon經(jing)過兩年多的(de)研發(fa)，推(tui)出了一個(ge)(ge)開箱即(ji)用的(de)UODL平臺，Matrikon Data Broker，簡稱MDB。
“MDB從設計開發之初，就(jiu)把UODL的(de)(de)每(mei)一(yi)個(ge)功(gong)(gong)能(neng)(neng)模(mo)塊貫徹在(zai)MDB的(de)(de)每(mei)一(yi)個(ge)軟件功(gong)(gong)能(neng)(neng)當中了。” Darek先(xian)生(sheng)表示(shi)， 這(zhe)種功(gong)(gong)能(neng)(neng)化的(de)(de)設計使得(de)用戶(hu)在(zai)使用MDB時，可以根(gen)據(ju)自己項目(mu)的(de)(de)需求和(he)發展，來選擇添加和(he)保(bao)留的(de)(de)功(gong)(gong)能(neng)(neng)模(mo)塊，幫助企業用戶(hu)解決各個(ge)層(ceng)級會遇到的(de)(de)OT數據(ju)難(nan)題(ti)，實現企業范(fan)圍內的(de)(de)OT數據(ju)通信。
▲MDB：實現企(qi)業全域內數據通信的平臺(tai)
首先，由于(yu)(yu)Matrikon在OPC Classic和OPC UA領域有豐富的經(jing)驗和產品，所以(yi)(yi)MDB具有全面的底層數(shu)據連接(jie)能力。對(dui)于(yu)(yu)非OPC標準協(xie)議的第三方(fang)(fang)數(shu)據，MDB有對(dui)應的適配器（MDB Adapters）將這(zhe)些數(shu)據轉為OPC UA從而進(jin)入(ru)MDB。對(dui)于(yu)(yu)以(yi)(yi)前的OPC Classic數(shu)據，可(ke)以(yi)(yi)通過Matrikon OPC UA Tunneller將第三方(fang)(fang)OPC DA服(fu)務器匯聚(ju)到(dao)MDB。同時，MDB 還具有多(duo)層級數(shu)據匯聚(ju)功能，可(ke)將多(duo)個數(shu)據源聚(ju)合到(dao)一(yi)個訪問點中。
▲MDB 數據采集與匯聚
其次，是數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)意義(yi)的(de)(de)增強和(he)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)共享。MDB用戶無(wu)需編程(cheng)即可(ke)完成數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)建模(mo)，使用像VDMA，UMATI， MT Connect，MDIS和(he)其他定制或標準化的(de)(de)UA配(pei)套規范可(ke)輕松完成數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)建模(mo)。同時(shi)支(zhi)持數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)源(yuan)(yuan)到數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)源(yuan)(yuan)的(de)(de)映(ying)射(she)、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)到數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)的(de)(de)映(ying)射(she)、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)源(yuan)(yuan)到數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)模(mo)型(xing)的(de)(de)映(ying)射(she)，豐富的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)源(yuan)(yuan)語義(yi)給(gei)數(shu)(shu)字孿生，人(ren)工智能和(he)機器學習應用程(cheng)序提供(gong)了更好(hao)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)基礎(chu)。
▲MDB 數(shu)據建(jian)模
第三，MDB可實現企業全(quan)域內跨網絡通信。MDB基(ji)于(yu)OPC UA規范(fan)里的反向連接(jie)功(gong)能，開(kai)發(fa)了MDB FireBridge，該功(gong)能可以(yi)由服務(wu)器端發(fa)起(qi)連接(jie)請(qing)求，建(jian)立(li)與客戶(hu)端的連接(jie)，這就(jiu)相當于(yu)是從信任區(qu)向不信任區(qu)建(jian)立(li)一個連接(jie)，這樣可以(yi)快速簡單地搭(da)起(qi)跨防(fang)火墻和DMZ的OPC UA客戶(hu)端-服務(wu)器通信，而無(wu)需打(da)開(kai)防(fang)火墻入(ru)站端口。
▲MDB FireBridge 跨防(fang)火墻(qiang)通信
最后，MDB可以通過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，可以與第三方云(yun)供(gong)應(ying)商，比(bi)如微軟(ruan)Azure，AWS, 谷歌云(yun)等(deng)輕松快速地集(ji)成。
▲MDB 與云連接
據(ju)Darek先生介紹(shao)，目(mu)前(qian)MDB已經(jing)在(zai)美國(guo)某(mou)著名化工(gong)企業(ye)中得到應用，在(zai)不到12周的時(shi)間內為該企業(ye)將分布全球各地的九個分廠的生產實時(shi)數據(ju)安全地連接了云上，進(jin)行后(hou)期(qi)的處理和分析(xi)。
“IT和OT的(de)融合其實面(mian)臨著(zhu)各(ge)(ge)種(zhong)各(ge)(ge)樣(yang)的(de)挑(tiao)戰，但(dan)Matrikon Data Broker可以(yi)從(cong)技術上幫你克服這些復雜的(de)挑(tiao)戰，填補兩者(zhe)之間(jian)的(de)‘鴻(hong)溝’，從(cong)而呈現 OT 數據(ju)價值。Matrikon的(de)使(shi)命是讓未來變得更(geng)友好，讓數字化(hua)旅程(cheng)變得更(geng)加愉(yu)快！” Darek先生最(zui)后(hou)說道。
