IT和(he)(he)OT的(de)(de)(de)融(rong)(rong)合(he)(he)是一個由來已久的(de)(de)(de)難題，早在十(shi)幾年前提出的(de)(de)(de)工業(ye)化(hua)和(he)(he)信息化(hua)“兩化(hua)融(rong)(rong)合(he)(he)”本質上就屬于IT和(he)(he)OT的(de)(de)(de)融(rong)(rong)合(he)(he)。后來，隨著2011年工業(ye)4.0的(de)(de)(de)提出，IT和(he)(he)OT的(de)(de)(de)融(rong)(rong)合(he)(he)成為制造(zao)業(ye)的(de)(de)(de)關鍵(jian)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(de)OT數據層”(Unified OT Data Layer，簡稱UODL)的概念，在IT和OT之間增加這樣(yang)一個數據層(ceng)級，從而填(tian)補IT和OT的“天(tian)然鴻溝(gou)”。
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(jia)采訪了Matrikon公司(si)市場總監(jian)Darek Kominek先(xian)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(er)所謂的(de)(de)數(shu)智(zhi)化(hua)就(jiu)是(shi)將(jiang)新一代IT技(ji)術應(ying)用(yong)到制(zhi)造企業(ye)的(de)(de)設(she)計、生產(chan)、管理、銷(xiao)售及(ji)服務各個(ge)環節(jie)，并基(ji)于各個(ge)環節(jie)產(chan)生的(de)(de)數(shu)據進行(xing)分析與挖(wa)掘，控制(zhi)、監(jian)測、預判、優(you)化(hua)，這其(qi)中就(jiu)包括現(xian)在比(bi)較流行(xing)的(de)(de)數(shu)字孿生、仿(fang)真(zhen)建(jian)模、預測性維護、機器學習、人工智(zhi)能等的(de)(de)應(ying)用(yong)。
制(zhi)造業來說(shuo)，核(he)心(xin)的數據(ju)當然來自生產環節，而(er)這就(jiu)是傳統的OT領域(yu)。這樣(yang)，IT和OT就(jiu)相遇了(le)，而(er)且需要融合，需要互相交換數據(ju)，“數據(ju)”也就(jiu)成了(le)數智化(hua)轉型的核(he)心(xin)。
“一(yi)旦(dan)開啟數(shu)字化轉型，各個層級的人都希望得到(dao)更多的數(shu)據，特別(bie)是來自車間這一(yi)層級的OT數(shu)據。”Darek先生表示，IT和(he)(he)OT融(rong)合會給企業(ye)帶(dai)來諸多好處，例(li)如：能夠降低工業(ye)成本，優(you)化業(ye)務流程，降低過程風險，更快實施開發和(he)(he)集成，以及打(da)通 OT設(she)備和(he)(he)環境(jing)設(she)施數(shu)據、IT基礎設(she)施數(shu)據，實現(xian)雙向互(hu)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(xi)望數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)采集越(yue)多越(yue)好(hao)，速度(du)要快、數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)要開放統(tong)(tong)一，而OT希(xi)望連接要安全(quan)，要保護好(hao)底層數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)源避免其被過度(du)訪問，保證穩定生產是首(shou)要任務。特別是在技術層面(mian)，IT與(yu)OT融合(he)最大的(de)困難在于：數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)網絡的(de)傳(chuan)輸(shu)接口(kou)與(yu)標(biao)準不(bu)(bu)統(tong)(tong)一，IT首(shou)先(xian)要能夠訪問OT端(duan)的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)，而OT的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)往(wang)(wang)往(wang)(wang)是不(bu)(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(kuo)各類工業協(xie)議(yi)的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)、不(bu)(bu)同軟(ruan)件接口(kou)標(biao)準的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)。
正(zheng)是由于IT和OT存在(zai)著這(zhe)樣的(de)“天(tian)然鴻(hong)溝”，IT和OT的(de)融合不可能一蹴而就，數智化轉型的(de)過(guo)程就是IT和OT不斷融合的(de)過(guo)程。
02
OPC UA為IT和OT融合開啟了一扇窗
IT和OT融合使得(de)OT數據需要在企業(ye)各(ge)層(ceng)級之(zhi)間進行(xing)流動，因此IT和OT之(zhi)間的(de)(de)互(hu)(hu)(hu)(hu)聯(lian)、互(hu)(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)(tong)、語義互(hu)(hu)(hu)(hu)操(cao)作成為了必然要求。由于對數據有(you)實時性要求和各(ge)個自動化廠商處于商業(ye)利益的(de)(de)考(kao)量，在工業(ye)現場，目前存在著(zhu)各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)通(tong)(tong)(tong)信(xin)協(xie)議，有(you)開放的(de)(de)，有(you)封閉的(de)(de)，有(you)標(biao)準的(de)(de)，也有(you)專有(you)的(de)(de)，所以互(hu)(hu)(hu)(hu)聯(lian)互(hu)(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)(tong)并不容(rong)易，而要做到(dao)語義互(hu)(hu)(hu)(hu)操(cao)作更難。好在一個獨(du)立于制造商的(de)(de)通(tong)(tong)(tong)信(xin)技術OPC UA為互(hu)(hu)(hu)(hu)聯(lian)、互(hu)(hu)(hu)(hu)通(tong)(tong)(tong)、語義互(hu)(hu)(hu)(hu)操(cao)作鋪(pu)平(ping)了道路(lu)，而且隨著(zhu)OPC UA的(de)(de)發展，目前已經得(de)到(dao)絕大部分廠商和用(yong)戶(hu)的(de)(de)支持(chi)。
“當(dang)企業需要(yao)依靠(kao)數(shu)(shu)據(ju)來做決策(ce)時(shi)，你要(yao)確(que)(que)保(bao)每個人(ren)都可(ke)以使(shi)用實(shi)時(shi)或(huo)近乎實(shi)時(shi)的(de)準(zhun)確(que)(que)數(shu)(shu)據(ju)來做出決策(ce)，而不是(shi)等待(dai)很長時(shi)間才能獲(huo)得報告，然后試圖弄(nong)清楚(chu)發生(sheng)了什么。”Darek先生(sheng)認為(wei)，數(shu)(shu)據(ju)還要(yao)具(ju)有上(shang)下文含(han)義，也就是(shi)要(yao)有語義，否則，數(shu)(shu)據(ju)將沒有意義。“我(wo)們所(suo)接觸過的(de)一些(xie)(xie)北美石油(you)公司(si)客(ke)戶，他們每天(tian)都有TB級(ji)的(de)流量從海上(shang)平(ping)臺發送，匯(hui)聚成一個數(shu)(shu)據(ju)湖，但這些(xie)(xie)數(shu)(shu)據(ju)他們無法理(li)解它，實(shi)際工(gong)作(zuo)中(zhong)并不能使(shi)用。”
為了讓數據帶有語義(yi)，OPC UA提供了基(ji)礎信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)，包(bao)括底層(ceng)總線傳(chuan)輸的(de)語義(yi)可以(yi)參(can)考統(tong)一標(biao)準進行(xing)定義(yi)，而垂直行(xing)業(ye)的(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)也(ye)同(tong)樣可以(yi)進行(xing)協同(tong)。在OPC UA的(de)基(ji)礎架構中包(bao)括內嵌(qian)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)、行(xing)業(ye)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)與供應商信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)等幾個層(ceng)面的(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)，這些信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)對不同(tong)層(ceng)級的(de)數據進行(xing)了標(biao)準封裝(zhuang)，甚至也(ye)可以(yi)由用戶創建自己的(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)(xi)模(mo)型(xing)。
對于安全性， OPC UA的規范、配置文件和認證(zheng)過程可以讓用戶十分安心，OPC UA使用協議本身(shen)而不(bu)是附(fu)加安全性來保護OPC UA客戶端(duan)/服務(wu)器通信(xin)的安全。
得益于平臺獨(du)立性、強大的(de)安全基(ji)礎以及(ji)信息模型這些性質，OPC UA因此成為(wei)工業4.0倚重和普(pu)遍支持的(de)標準規(gui)范(fan)，這也為(wei)IT和OT的(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，從機(ji)器(qi)到機(ji)器(qi)間的(de)水平(ping)傳(chuan)輸(shu)和(he)從機(ji)器(qi)到云端的(de)垂直(zhi)傳(chuan)輸(shu)，數(shu)據已經轉(zhuan)變為(wei)帶(dai)有語義(yi)的(de)“信息”，為(wei)企業車間、運營、業務及云端分析(xi)等各(ge)個層級提(ti)供了統一的(de)實時源數(shu)據。
但隨(sui)之而來(lai)(lai)的(de)(de)(de)是，越來(lai)(lai)越多(duo)的(de)(de)(de)設(she)(she)備中都包含(han)了用(yong)(yong)于外部(bu)訪(fang)問的(de)(de)(de)OPC UA服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，例如(ru) PLC ，邊(bian)緣控制(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，甚至是傳感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中都可能(neng)包含(han)一(yi)(yi)個(ge)OPC UA 的(de)(de)(de)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。而一(yi)(yi)般(ban)的(de)(de)(de)OPC UA連接，OPC客戶(hu)(hu)端(duan)需要與每臺OPC服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)建立單(dan)獨的(de)(de)(de)連接，這種連接方式(shi)會極大將會占用(yong)(yong)網絡帶(dai)寬和前端(duan)處(chu)理器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)算力。即使只有少量的(de)(de)(de)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和客戶(hu)(hu)端(duan)，系統(tong)架構(gou)也會變得非常復雜，當系統(tong)中OPC UA設(she)(she)備很多(duo)時(shi)(shi)，這種訪(fang)問是異常復雜的(de)(de)(de)，且會極大增(zeng)加一(yi)(yi)個(ge)客戶(hu)(hu)端(duan)同(tong)時(shi)(shi)連接多(duo)個(ge)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)端(duan)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)管理成(cheng)本。使用(yong)(yong)OPC UA網關等物理設(she)(she)備固然可以對(dui)數據進行整合，但這種方案，并不適(shi)用(yong)(yong)于多(duo)個(ge)OPC UA服(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分處(chu)多(duo)地的(de)(de)(de)情況，而且還會帶(dai)來(lai)(lai)額外的(de)(de)(de)設(she)(she)備安裝、維護成(cheng)本。
更為重要的(de)(de)是，各層級都(dou)(dou)直(zhi)接訪問源數(shu)據，或者將OT數(shu)據直(zhi)接上傳到云端，都(dou)(dou)是極不安全(quan)的(de)(de)做法。
“因(yin)此，我們(men)提出(chu)，增加(jia)一(yi)(yi)個(ge)(ge)統(tong)(tong)一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)據(ju)層(ceng)，UODL，以(yi)(yi)(yi)便OT端(duan)數(shu)(shu)(shu)據(ju)可以(yi)(yi)(yi)以(yi)(yi)(yi)OPC UA開放標準的(de)(de)(de)(de)形(xing)式匯聚在一(yi)(yi)個(ge)(ge)平(ping)臺上(shang)，而企業各個(ge)(ge)層(ceng)級(ji)的(de)(de)(de)(de)人都(dou)(dou)可以(yi)(yi)(yi)通過(guo)訪(fang)問這個(ge)(ge)平(ping)臺得(de)到(dao)帶有語(yu)義的(de)(de)(de)(de)有價值(zhi)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)。” Darek先生介紹說(shuo)，統(tong)(tong)一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)OT數(shu)(shu)(shu)據(ju)層(ceng)把所有采集到(dao)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)都(dou)(dou)匯聚到(dao)一(yi)(yi)個(ge)(ge)公共(gong)的(de)(de)(de)(de)地址空(kong)間(jian)，根據(ju)導入MDB中的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)模(mo)型(xing)(xing)(xing)，公共(gong)地址空(kong)間(jian)里的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)會被映射(she)到(dao)模(mo)型(xing)(xing)(xing)中形(xing)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)個(ge)(ge)數(shu)(shu)(shu)據(ju)模(mo)型(xing)(xing)(xing)實例(li)，數(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)(de)(de)消費(fei)者（可以(yi)(yi)(yi)是(shi)上(shang)方的(de)(de)(de)(de)應用(yong)程序，也(ye)可以(yi)(yi)(yi)是(shi)另一(yi)(yi)個(ge)(ge)數(shu)(shu)(shu)據(ju)源(yuan)）從(cong)該公共(gong)地址空(kong)間(jian)獲取信息(xi)，這樣使(shi)得(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)對(dui)需(xu)要它的(de)(de)(de)(de)應用(yong)來說(shuo)更(geng)有意義。同時，這也(ye)意味著用(yong)戶更(geng)加(jia)不必從(cong)上(shang)層(ceng)直接連接到(dao)底(di)層(ceng)數(shu)(shu)(shu)據(ju)源(yuan)。
不僅如此，有了這(zhe)個UODL，數據的(de)維護升級也將變得更加(jia)簡單，用戶可以輕松置換(huan)數據源，只需要更新數據模型，使得地址空間的(de)視圖符合更新后的(de)應用程序的(de)要求即(ji)可。
Darek先生指出，UODL的(de)(de)(de)構建(jian)其實是在IT和OT之(zhi)間(jian)引入了(le)(le)一類稱為DT（數(shu)據技術(shu)）的(de)(de)(de)技術(shu)，讓(rang)UODL具備了(le)(le)五個(ge)方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)基(ji)本(ben)功能：第(di)一，要有(you)連接性(xing)，能夠與(yu)底(di)層數(shu)據源(yuan)對話(hua)；第(di)二(er)，要有(you)整合(he)匯聚的(de)(de)(de)能力，能將(jiang)不同的(de)(de)(de)數(shu)據源(yuan)聯合(he)成一個(ge)統一的(de)(de)(de)公共(gong)地址空間(jian)；第(di)三，要支持賦予和管理(li)數(shu)據語義的(de)(de)(de)能力，以便(bian)將(jiang)有(you)意義的(de)(de)(de)數(shu)據呈現給各方(fang)應(ying)用；第(di)四，必須能夠在整個(ge)企業范圍內共(gong)享信(xin)息，促(cu)使IT和OT的(de)(de)(de)合(he)作順(shun)暢；最后，還可以輕松和云平(ping)臺集成。
▲UODL五大基本功能(neng)
“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(tong)一OT數(shu)據層（UODL）的提(ti)出，為IT和OT融合提(ti)供全新的思路。不過， UODL 現在(zai)已經(jing)不僅(jin)僅(jin)只是一個(ge)概念，對(dui)OPC技術有(you)著豐(feng)富經(jing)驗的Matrikon經(jing)過兩(liang)年多的研發，推出了一個(ge)開箱即用的UODL平臺，Matrikon Data Broker，簡(jian)稱MDB。
“MDB從設計(ji)開發(fa)之(zhi)初，就把(ba)UODL的(de)(de)(de)每(mei)一(yi)個功能模塊貫徹在(zai)MDB的(de)(de)(de)每(mei)一(yi)個軟件(jian)功能當(dang)中了(le)。” Darek先生表示， 這種功能化的(de)(de)(de)設計(ji)使得用(yong)戶(hu)在(zai)使用(yong)MDB時，可(ke)以根據(ju)自己項目(mu)的(de)(de)(de)需求(qiu)和(he)(he)發(fa)展(zhan)，來選擇添加和(he)(he)保(bao)留的(de)(de)(de)功能模塊，幫(bang)助(zhu)企業(ye)用(yong)戶(hu)解決各個層級會遇(yu)到的(de)(de)(de)OT數據(ju)難題，實(shi)現企業(ye)范(fan)圍內的(de)(de)(de)OT數據(ju)通(tong)信。
▲MDB：實(shi)現企業全域內(nei)數據通信的平(ping)臺
首先，由于Matrikon在OPC Classic和OPC UA領域有(you)(you)豐富的經(jing)驗和產品，所以MDB具有(you)(you)全面的底層(ceng)數據(ju)連接(jie)能(neng)力。對(dui)(dui)于非OPC標準(zhun)協議的第三方數據(ju)，MDB有(you)(you)對(dui)(dui)應的適配器(qi)（MDB Adapters）將這些數據(ju)轉為OPC UA從而進(jin)入MDB。對(dui)(dui)于以前(qian)的OPC Classic數據(ju)，可以通過Matrikon OPC UA Tunneller將第三方OPC DA服務器(qi)匯聚(ju)(ju)到(dao)MDB。同時(shi)，MDB 還具有(you)(you)多(duo)層(ceng)級數據(ju)匯聚(ju)(ju)功能(neng)，可將多(duo)個(ge)數據(ju)源聚(ju)(ju)合到(dao)一個(ge)訪問點中。
▲MDB 數據(ju)采集與匯聚
其(qi)次(ci)，是(shi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)意義的增(zeng)強和數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)共享。MDB用戶無需編(bian)程即可完成數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)建模，使(shi)用像VDMA，UMATI， MT Connect，MDIS和其他定制或標準(zhun)化(hua)的UA配套規(gui)范可輕松完成數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)建模。同時支持(chi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)源到數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)源的映射(she)(she)、數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)模型(xing)到數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)模型(xing)的映射(she)(she)、數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)源到數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)模型(xing)的映射(she)(she)，豐富(fu)的數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)源語義給數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)字孿生，人(ren)工智能和機(ji)器學(xue)習應用程序提(ti)供了更好數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)基礎。
▲MDB 數據建模
第三，MDB可實(shi)現(xian)企(qi)業(ye)全域內跨網絡通信。MDB基于OPC UA規范里的反(fan)向連(lian)接功能，開發(fa)了MDB FireBridge，該功能可以由服(fu)(fu)務器(qi)(qi)端(duan)(duan)發(fa)起(qi)連(lian)接請求，建(jian)立與客(ke)戶(hu)端(duan)(duan)的連(lian)接，這(zhe)就相(xiang)當于是從信任區(qu)向不信任區(qu)建(jian)立一個連(lian)接，這(zhe)樣可以快速簡單(dan)地搭起(qi)跨防火墻和(he)DMZ的OPC UA客(ke)戶(hu)端(duan)(duan)-服(fu)(fu)務器(qi)(qi)通信，而無(wu)需打開防火墻入站端(duan)(duan)口。
▲MDB FireBridge 跨防火(huo)墻通信
最后，MDB可以通過(guo)MQTT實現安全可靠的云連接。使(shi)用MDB MQTT擴展插件(jian)（MDB MQTT Publisher。）發布OPC UA數據，可以與第三方云供(gong)應商，比如微軟Azure，AWS, 谷歌(ge)云等(deng)輕松快速(su)地(di)集成。
▲MDB 與云(yun)連接(jie)
據Darek先生(sheng)介紹，目(mu)前(qian)MDB已經(jing)在(zai)美國某著(zhu)名(ming)化工(gong)企業中得到應用，在(zai)不到12周(zhou)的(de)(de)時間內為該(gai)企業將分布(bu)全(quan)球(qiu)各地(di)的(de)(de)九個分廠的(de)(de)生(sheng)產實時數據安全(quan)地(di)連(lian)接了云上，進(jin)行后期的(de)(de)處理和分析。
“IT和OT的融合(he)其實(shi)面臨(lin)著各種各樣的挑戰(zhan)，但Matrikon Data Broker可以從(cong)技(ji)術(shu)上(shang)幫(bang)你克服(fu)這些復(fu)雜的挑戰(zhan)，填補兩者(zhe)之間的‘鴻溝(gou)’，從(cong)而呈現 OT 數據價(jia)值。Matrikon的使(shi)命是讓(rang)未來變(bian)得(de)更友好，讓(rang)數字(zi)化旅程變(bian)得(de)更加愉快！” Darek先生最(zui)后說(shuo)道(dao)。
