统一规约-关乎数字化的真正实现

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以下文章来源于说东道西，作者宋华振

尽管数字化转型的浪潮如此深入人心，但是，对于OPC UA和TSN的了解却又甚少，这难免让人质疑其可实现性，因为，如果缺乏统一的语义互操作规范，以及更为具有广泛适用的网络与通信，则数字化实际上几乎难以具有经济性与可实现性的。

制造现场网络与

通信需求的变化

图1呈现了三个不同阶段制造现场对通信的需求，首先，回到20年前，我们看工业通信技术，即，现场总线主要还是降低接线、并能够对现场进行远程诊断与配置，到了新世纪，机器也变得越来越复杂，运动控制这种时间严苛型任务变得越来越多，一方面精度要求越来越高，需要更低延时的网络来保障，还有大量伺服轴也要为机器提供更为高效的同步，无论是带宽还是延时、抖动的要求都更高。

进入了智能时代，为了进一步提高生产制造的效率，机器被合并或通过机器人实现衔接，这个时候就出现了在水平方向与垂直方向的数据连接问题，水平交互为了消除中间环节，提升效率，而垂直的通信主要为了能够从局部最优到全局最优，这就使得数据的带宽、互操作、信息建模变得更为迫切，这就需要一个能够融合语义与实时同时兼具，并能够传输各种数据类型（视频、视觉、文本、实时参数等），因此，通信任务的复杂性也是越来越高，必须要有高效的传输架构来支撑。

图1-不同阶段网络需求的变化

OPC UA在这里扮演的角色在于说相同的语言问题，而TSN要解决同声翻译的问题，OPC UA扮演三个角色，首先，它必须对已有的通信予以支持，这包括现场总线，也包括了对TCP/UDP方式的支持，其实，这个任务MQTT、DDS也是可以实现的，因此，OPC UA另一个任务，信息建模成为其被多数厂商采用的关键，除了基础的信息建模，针对行业性的信息建模如PackML、EUROMAP、ISA、AutomationML等也予以了集成，其次，在数字化集成的时候，安全（Security）也是必须予以考虑的。TSN则是一种较之以往的现场总线更突出的通信技术，它由三个部分的标准构成，IEEE802.1Q系列的标准下，包括了IEEE802.1AS/ASrev的时钟同步、数据流调度标准如IEEE802.1Qbv,Qbu IEEE802.3br,IEEE802.1Qch等数据流调度机制构成，其次，IEEE802.1Qcc则负责进行网络的配置，将需求与能力协同，而TSN相对于传统总线在于其模块化实现，不同领域可以集成自己的应用，如IEEE802.1AVB针对车载以太网，而IEC60802 IA Profile则是针对自动化领域的互操作，其结构如图2所示。

图2-TSN的标准体系

降低工程成本是关键

无论对于什么样的数字化连接，无论是M2M，即OPC基金会所说的C2C（Controller to Controller）之间的集成，也包括了B2M(Businessto Machine),也即，数据的上下行交互，而B2B则是端到端的集成（数字化设计、运营、维护系统之间的集成）。

若没有统一的规范，并非不可集成，而是要编写大量的驱动程序，这就会使得其缺乏经济性，因为如果没有统一的规范，各种平台之间如果自定义各自的协议，要么仅在局部项目上可以实现，不具有可复制性，变成了一个个新的信息孤岛，因此，如果没有统一规范，那么，就会形成新的孤岛，这不是一种进步，而是倒退。

今天，工业互联网由各个行业的企业在构建各种不同的平台架构，但是，目前阶段大部分的这种应用场景还是一种“劳动密集型”的应用，其仍然需要大量的工程资源消耗，关键就在于缺乏统一规范的信息模型，这使得很难具有可复制性，而没有可复制性，其工程成本就会很高，而无法获得经济性，这会导致大量的工业互联网企业很难持续生存，借助于资本的力量，但仍然会是大部分会在未来几年消亡。

生态系统

OPCUA由超过4000家企业及机构所构成的生态系统，而其FLC也在积极的推动TSN与OPC UA的融合，以能够实现全球自产业上下游各个环节的连接，IEC60802工作组也致力于TSN的互操作网络行规规范。在汽车工业，TSN作为车载以太网要应对未来自动驾驶的高带宽，高实时与安全性要求，在5G应用联盟，TSN也被用于前传网络的连接。

1.数字化设计类：传统的数字化设计，包括CAD/CAE软件厂商提供了各种信息打包输出，模型、程序，但是，由于与现场系统如机器人、PLC、CNC等并无直接的连接，这使得作业任务只能通过人工方式输入到机器，并且无法上行数据，那么就无法构建数字孪生的实际运行系统，或者仅能依靠专用的某家企业的接口，这使得用户无法获得最大的自由选择。