就像在Covid-19大流行中發(fā)生的那樣，沒(méi)有什么比數(shù)字化更深入地推動(dòng)我們的日常生活了。突然之間，一些用于專業(yè)商務(wù)的工具和方法(例如視頻會(huì)議、在線研討和培訓(xùn))成為我們新常態(tài)的一部分。雖然對(duì)數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)和服務(wù)的突然增加的需求可以說(shuō)是一場(chǎng)革命，但制造業(yè)的數(shù)字化需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)加速。經(jīng)過(guò)幾年的政府倡導(dǎo)，它一直在進(jìn)行中，證明了概念經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的好處并推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。但是，如預(yù)測(cè)性維護(hù)或智能機(jī)器人等業(yè)務(wù)模型所要求的，具有無(wú)縫連接的傳感器到云通訊愿望仍然面臨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中的一些空白。
單對(duì)以太網(wǎng)(Single-pair Ethernet，SPE)是一項(xiàng)新的計(jì)劃，旨在為每個(gè)傳感器啟用基于IP的網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)更細(xì)的電纜，較小的插頭和連接器以及較小的空間需求而體現(xiàn)了價(jià)值。因此，通過(guò)它將傳感器直接集成到IT和云系統(tǒng)中，適合替換傳感器和外圍設(shè)備中的許多現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線。
赫優(yōu)訊預(yù)計(jì)2021年單對(duì)以太網(wǎng)將在過(guò)程工業(yè)中被采用，因?yàn)橐蕴W(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施(尤其是IO-link)解決了當(dāng)今數(shù)字化工廠面臨的一些挑戰(zhàn)，離散工業(yè)預(yù)計(jì)將在2025年以后出現(xiàn)。從赫優(yōu)訊的角度來(lái)看，毫無(wú)疑問(wèn)，SPE將被采用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看會(huì)占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。赫優(yōu)訊的netX系列網(wǎng)絡(luò)處理器提供了一個(gè)輕松采用SPE基礎(chǔ)架構(gòu)，并建立從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)到SPE網(wǎng)關(guān)的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)遷移路徑。
數(shù)字化的進(jìn)步和好處
盡管這被稱為第四次工業(yè)革命，但制造業(yè)已經(jīng)在2011年左右開(kāi)始進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。背后的倡議帶有諸如“平臺(tái)工業(yè)4.0”，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC”或“中國(guó)制造2025”之類(lèi)的標(biāo)題，其目標(biāo)是定位和資助計(jì)劃，以使用數(shù)字方法和技術(shù)全面改善生產(chǎn)設(shè)施的性能。多家全球咨詢公司分析并稱其為“改變游戲規(guī)則，抓住了數(shù)萬(wàn)億美元的機(jī)遇”(Accenture，2015年)。
“需要在嵌入式系統(tǒng)中增加智能并通過(guò)智能服務(wù)創(chuàng)造價(jià)值需求”以及“關(guān)鍵的成功因素是用于預(yù)測(cè)性生產(chǎn)行動(dòng)和過(guò)程透明性的高級(jí)分析，成為新的工業(yè)范例”(Capgemini，2015)。麥肯錫也在2015年的一次分析中，根據(jù)對(duì)工業(yè)公司進(jìn)行的100次訪談得出相似結(jié)論，即“顛覆性技術(shù)將使制造業(yè)數(shù)字化”，并列出了云技術(shù)、高級(jí)分析、觸摸和下一級(jí)GUI、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)和增材制造。基于許多研究數(shù)據(jù)，他們得出了如下圖所示的價(jià)值驅(qū)動(dòng)力：
因此，市場(chǎng)期望值似乎很高，而且潛力巨大，但是盡管有許多概念得到驗(yàn)證，例如通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟來(lái)推動(dòng)，但挑戰(zhàn)仍然是如何實(shí)現(xiàn)從工廠車(chē)間到IT系統(tǒng)的垂直智能生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 經(jīng)過(guò)幾年的研究和探索，我們現(xiàn)在對(duì)制造業(yè)數(shù)字化的需求和利益有更加深刻的理解和普遍共識(shí)。從技術(shù)上講，OPC UA已成為幫助解決IT與OT世界之間垂直語(yǔ)義挑戰(zhàn)的通用標(biāo)準(zhǔn)。在業(yè)務(wù)方面，一些組織推動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)增值的舉措，與2015年的預(yù)測(cè)相似。赫優(yōu)訊參與并推動(dòng)了開(kāi)放工業(yè)4.0聯(lián)盟中的計(jì)劃和業(yè)務(wù)模型，我們支持一個(gè)開(kāi)放的共享生態(tài)系統(tǒng)，以便通過(guò)netFIELD產(chǎn)品和服務(wù)，與大型合作伙伴網(wǎng)絡(luò)共同提供客戶更有價(jià)值的解決方案。然而，將云服務(wù)連接到傳感器級(jí)別仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，單對(duì)以太網(wǎng)為解決設(shè)備訪問(wèn)提供了一種可能。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)
從2000年初開(kāi)始，與這些數(shù)字化計(jì)劃并行，許多行業(yè)將工業(yè)以太網(wǎng)作為主要通訊標(biāo)準(zhǔn)，逐漸取代了諸如PROFIBUS、InterBus、CC-link、Sercos或DeviceNet之類(lèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。以太網(wǎng)的幾種變體已標(biāo)準(zhǔn)化，支持對(duì)工廠自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)(例如汽車(chē)，包裝或食品和飲料)中需要的更高帶寬和確定性實(shí)時(shí)通訊。
以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自不同的自動(dòng)化公司，并且對(duì)MAC和OSI鏈路層上的修改方式不同，以支持實(shí)時(shí)需求。一些協(xié)議基于經(jīng)典的TCP/IP的以太網(wǎng)系統(tǒng)，另一些協(xié)議修改了第3層和第4層，而某些協(xié)議則需要對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層修改硬件。 IEEE發(fā)布了最新的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)，針對(duì)通用硬件基礎(chǔ)對(duì)第1、2和3層的實(shí)時(shí)功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。所有以太網(wǎng)變體都具有將數(shù)據(jù)從辦公室端連接到車(chē)間的能力，并增強(qiáng)了整體效率性能、診斷和可用性。但是，工業(yè)以太網(wǎng)的復(fù)雜性以及作為菊花鏈或交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湎拗屏似湓谕鈬O(shè)備(如傳感器和執(zhí)行器)中的使用。現(xiàn)在，通過(guò)單對(duì)以太網(wǎng)(SPE)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，可以解決基于以太網(wǎng)的無(wú)縫IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中的這個(gè)問(wèn)題。
開(kāi)始，汽車(chē)工業(yè)單條雙絞線對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在其車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，諸如CAN，MOST或FlexRay之類(lèi)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)在布線和軟件方面的成本太高，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的布線工作量也相當(dāng)大，因此，需要找到一種替代現(xiàn)有以太網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。Broadcom公司通過(guò)BroadR Reach進(jìn)行了首次展示，表明簡(jiǎn)單的雙絞線電纜足以在較短的距離內(nèi)傳輸高速數(shù)據(jù)。 IEEE采取了著名的802.3以太網(wǎng)協(xié)議下的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃，并將范圍擴(kuò)展到建筑和其他工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)對(duì)那里的類(lèi)似挑戰(zhàn)。實(shí)際上，當(dāng)針對(duì)每個(gè)傳感器使用基于IP的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)時(shí)，工業(yè)領(lǐng)域中的上述現(xiàn)場(chǎng)總線以及樓宇自動(dòng)化中的LON、BACnet或Modbus成為重點(diǎn)。
由于從傳感器到云的垂直集成是數(shù)字業(yè)務(wù)模型的主要基礎(chǔ)，因此增強(qiáng)IP網(wǎng)絡(luò)到傳感器的方案很有吸引力：
增強(qiáng)可見(jiàn)性、診斷和控制
通過(guò)OPC UA通過(guò)一種語(yǔ)義訪問(wèn)所有自動(dòng)化設(shè)備
一種獨(dú)立于供應(yīng)商的常用工具
增強(qiáng)可靠性和可用性
實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量和維護(hù)
現(xiàn)在，單對(duì)以太網(wǎng)通過(guò)更細(xì)的布線，較小的插頭和連接器以及更少的空間需求體現(xiàn)了價(jià)值，適合替換傳感器和外圍設(shè)備中大量現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線。另外，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何在自動(dòng)化的不同領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)際部署。
