后疫情時代，靈活、高效、韌性和可持續(xù)發(fā)展成為焦點，如今許多行業(yè)領導者認為智能制造時代將加速到來。事實上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 正納入越來越多新技術和新標準，如開放平臺通信統(tǒng)一體系架構 (OPC UA FX)、時間敏感網(wǎng)絡 (TSN)、Wi-Fi 6/7 標準、5G 以及單對以太網(wǎng) (SPE)/以太網(wǎng)-APL 技術。
對此，兩位 IIoT 領域的資深專家就智能制造的未來發(fā)展和實現(xiàn)途徑分享了前沿洞見。貝加萊工業(yè)自動化有限公司（ABB 集團下屬公司）控制系統(tǒng)、機器視覺和網(wǎng)絡產(chǎn)品管理副總裁 Stefan Sch?negger 與 Moxa 工業(yè)網(wǎng)絡基礎設施部產(chǎn)品經(jīng)理 Jack Lin 一起解答了許多行業(yè)在規(guī)劃和實施工業(yè)聯(lián)網(wǎng)解決方案、實現(xiàn)智能制造過程中面臨的五大問題。
1.實現(xiàn)智能制造的關鍵技術為何如此重要，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔茫?/b>
Stefan: 智能制造的基本技術原理是通過互聯(lián)網(wǎng)形成設備網(wǎng)絡，無縫監(jiān)控整個生產(chǎn)過程。在此過程中，設備不斷收集和分析包括實時數(shù)據(jù)在內(nèi)的各種來源的數(shù)據(jù)，通過數(shù)字信息技術提高適應力，實現(xiàn)快速設計變更。此外，數(shù)據(jù)科學家可以借助數(shù)據(jù)模擬制造過程，探究如何提高某些環(huán)節(jié)的效率。因此，提取并分析所有數(shù)據(jù)至關重要，這是挖掘相關知識和洞見的基礎。而無縫安全的互操作性是數(shù)據(jù)提取分析的必要前提，這正是 OPC UA 標準的作用。
另外，OPC UA
● 支持云端和現(xiàn)場的各類應用，如 OPC UA FX (Field eXchange)
● 配合 TSN，支持 IEC/IEEE 60802 配置文件，使不同的 IT 和 OT 協(xié)議能夠共存于通用網(wǎng)絡基礎設施中
OPC 協(xié)會還與多個組織開展合作
● 新 5G 和 Wi-Fi 6/7 技術
● 高級物理層 (APL) 項目組，規(guī)定流程工業(yè)要求
得益于此，OPC UA 標準日益普及，廣泛用于工廠自動化和流程工業(yè)的諸多應用中。
Jack: OPC UA FX、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對以太網(wǎng)/以太網(wǎng)-APL 使用相同的通信包交換技術和以太網(wǎng)基礎，因此可以輕松銜接，并能協(xié)調諸多標準機構和社區(qū)（如 IEEE 802.1 TSN TG、IEEE 802.3 TG、IEEE 802.11 TGbe、IETF、5G-ACIA 以及 IEC/IEEE 60802 聯(lián)合項目）的所有工業(yè)合作伙伴的努力。簡言之，上述技術在各種工業(yè)應用中能夠高效協(xié)作。
2. 是否只有新建項目可以使用智能制造新技術？擴建項目可否使用？
Stefan: 牢記客戶已為當前所用技術投入大量資金，無法一夜間全部換新。因此，技術升級需平穩(wěn)過渡。OPC UA FX 是 OPC UA 技術的擴展升級，允許不同的既定通信協(xié)議共存于同一網(wǎng)絡基礎設施，完成技術過渡。在這一技術支持下，統(tǒng)一通信解決方案將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場總線和實時以太網(wǎng)協(xié)議，切實可行地將現(xiàn)有工業(yè)操作升級為智能工廠模式。
Jack: 在考慮采用這些新技術時，我們要兼顧新建項目和擴建項目。以 IEEE 802.1 TSN TG 為例，該技術組各項新功能要與 TSN 相關，以過去 40 余年積累的技術為基礎。我們歷來都是在已有技術沉淀基礎上繼續(xù)開發(fā)新功能，確保同時向后和向前兼容。
3. 技術如何助力機器學習和人工智能？
Stefan: 機器學習和人工智能 (AI) 都需要接受高質量數(shù)據(jù)訓練，才能做出精準預測。我從兩方面看待這個問題：
得益于芯片技術和新型單對以太網(wǎng)連接技術的進步，更小體積的智能傳感器即將問世，能夠借助 OPC UA 實現(xiàn)以太網(wǎng)通信連接。智能制造的實時通信可以通過依靠 TSN 技術經(jīng)由銅線實現(xiàn)，或依靠 5G/Wi-Fi 6/7 技術通過新型無線信號實現(xiàn)。下一代傳感器將成為數(shù)據(jù)信息的新來源。
這些新的數(shù)據(jù)源也將通過 OPC UA 全面的數(shù)據(jù)語義為機器學習和人工智能提供高質量數(shù)據(jù)輸入。下一代傳感器將使用絕對時間戳，提供完整的數(shù)值、單位和閾值信息，算法預測的準確性將得到質的提升。這是所有數(shù)據(jù)科學家夢寐以求的結果。
Jack: 有價值的數(shù)據(jù)往往需要從大量信息中提取。但由于物理限制，共享信息的空間和速度有限。這時就需要發(fā)揮 TSN 和 5G 等超可靠無線通信技術的作用。TSN 提供的帶寬比現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)高出 10 到 100 倍，5G 網(wǎng)絡容量是前幾代蜂窩技術的 10 倍。這些網(wǎng)絡技術具有確定性和超低有界延遲，能夠確定性傳輸更精確且更高質量的數(shù)據(jù)，例如高分辨率的圖像和視頻流。此外，借助單對以太網(wǎng)和以太網(wǎng)-APL 技術，我們可以順暢訪問最邊緣的設備和應用傳感器的數(shù)據(jù)，由此得到整體數(shù)據(jù)視圖。
4. 10 年后，智能制造將會發(fā)展成什么樣子？
Stefan: 未來的工廠依舊離不開人力，但人力將需要加大與機器人和智能機器的合作，使制造過程更加安全高效，盡可能實現(xiàn)碳中和。因此，操作技術 (OT) 將借鑒和利用切實有效的信息技術 (IT) 方案，以改良形式將 IT 技術運用到機器運作和工廠生產(chǎn)中。
為此，OPC UA 支持跨平臺、跨行業(yè)、跨國工業(yè)通信。未來設備將智能化，能遠程升級網(wǎng)絡安全防護工具，并具有擴展的功能和特性。各類設備要能使用同一組標準實現(xiàn)相互通信以及與云端通信。因此，未來 OPC UA、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對以太網(wǎng)（SPE）/以太網(wǎng)-APL 技術都將繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用。
Jack: 如果工業(yè) 3.0 的特點是相互獨立、預編程的回路和過程，那么工業(yè) 4.0 的發(fā)展方向將是相互協(xié)作、快速反應的協(xié)調單一回路。人力、機器、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡等所有資源都和諧互聯(lián)，能在正確的時間和地點調動并使用正確資源，達到生產(chǎn)目標。
5. 實現(xiàn)智能制造面臨哪些阻礙？
Stefan: 我們需要打破 IT 技術和 OT 技術之間的隔閡，繼續(xù)融合 IT 和 OT。應當積極推動形成跨學科開放合作的氛圍，幫助 IT 和 OT 技術人員交流傳播行業(yè)知識，協(xié)同合作，實現(xiàn)碳中和。
Jack: 前面我們討論了這些關鍵技術的許多優(yōu)勢。但是仍需考慮一些現(xiàn)實問題，例如業(yè)務計劃和投資回報率。有時我們會看到，客戶在滿足當前市場需求和為未來發(fā)展投資之間很難取得平衡。事實上，為了滿足當前市場需求，他們可能會延緩對未來發(fā)展的投資計劃。我建議企業(yè)積極采取措施，識別可變因素，減少風險，努力克服不可預見的障礙，引領企業(yè)走向更好的未來。
結論
正如 Stefan 和 Jack 所言，智能制造的未來建立在可互操作的標準之上。各行業(yè)應大力采用包括 OPC UA、TSN、5G、W-Fi 6/7 和單對以太網(wǎng) (SPE)/以太網(wǎng)-APL 在內(nèi)的新技術。如想了解更多關于智能制造和 TSN 的內(nèi)容，請訪問我們的 TSN 微網(wǎng)站。