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TSN为自动化开疆辟土
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SeanSong 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2019-09-09 13:25:53 楼主

谈论技术自然是有必要的,但是,讨论Why才会让我们更为清晰这件技术的意义和价值,也就知道因何要去做这件事情,如何更好的去做这件事情,关于TSN之前探讨的都是技术话题,不妨从“Why”-为什么对于自动化而言,TSN是一个方向?

 

1.解决OT向整体运营管理延伸问题

事实上,自动化业界的企业一直在基于IT技术来解决实际工业的问题,这个发展并非是今天才有,包括采用现场总线、基于以太网的实时通信,以及今天的TSN技术发展,这些都是背后的原因。

 1.1在运营管理发挥寻找空间

 随着离散机器与流程工业不断的发展,其实,我们今天可以说享受了人类科技发展的巨大福利,因为自动化技术让机器具有了极其巨大的生产能力,以至于达到了生产过剩的阶段,要知道现在的饮料灌装系统甚至可以达到20万瓶的生产能力,而印刷机印报纸的速度已经达到了1km/分钟的速度,自动化还能让速度提上去吗?从控制的角度来说是可以的,只是机械受不了了,因为再提高的话,机械的刚度、磨损提高就意味着成本的指数增长,因此,可以理解为今天的机器在某种意义上已经达到了一个最优的极限,因此,纯的机械升级具有不经济性。

表1-更为复杂的制造现场数据传输需求

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在这个背景下,更大的数据用于实现挖掘潜能的目标,这造成了数据带宽的需求,而这些视觉、振动、质量、定位信息,包括AR/VR的信息传递则使得网络容量有了更大的要求,而且数据的特性变得更为复杂,需要传递更多类型的数据,这使得网络中的数据类型的复杂度较之以往提高不少,这对传统实时以太网仅传输物理的信号而言是极大的挑战,因此,人们开始寻找解决问题的新办法,TSN进入了视野。

 

1.2边缘计算的需求

我们前面谈到过,在现场有大量的“优化”需求,同时具有一定的实时性,原本来说,这些“计算”可以通过计算机慢慢计算,但是,由于生产的连接,使得对数据有了“同步”的需求,如实时采集现场数据,对AGV进行动态的规划,而这些计算往往又需要消耗一定的时间,处理“事件”,包括安全方面相关的问题,对于网络的实时性就不是以前通过标准以太网严格优先级这种方式可以解决的,因此,需要具有一定的实时性,一方面,是工业控制任务的协同—这种在M2M的协同也需要实时性,包括TSN往下下沉到运动控制级更需要实时性,就目前来看,TSN完全可以胜任到现场级的实时任务。

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图1-TSN解决多个域的问题(IEC60802关于TSN的场景架构)

连接是一个刚性需求,因为,如上所述,当无法在机械极限内实现效率的提升,则需要通过连接“耦合-解耦”的方式消除同类项,进一步挖掘制造的潜力,而这个潜力包括了几个方面:

(1).通过削减中间环节,直接体现在精益上,消除了浪费环节,提升效率,简单的如让柔性输送系统来降低不必要的搬运输送时间消耗,提高生产的连续性,使得离散自动化系统迈向流程工业那种连续的生产,使得效率提高。

(2)。通过数据驱动来实现优化,寻找在生产中的预测性,包括工艺参数预测,适应于“变化”的需求,减少开机浪费的方法、寻找在新的协同生产下的质量优化、能源计量、维护成本下降的方法,各种方法都是因为连接带来了优化的可能性空间。

(3)。资产管理类,确保透明的数据,并在数据中对问题进行归结、判定,以便提高设备的使用效率,这些应用包括了排产、预测性维护等应用场景。

 

通过TSN网络,其实,自动化可以发挥更为全局的力量来重塑制造业现场的格局,将从机器到产线,将设计与制造进行衔接,利用自身的优势继续发挥全局的规划能力。

 

为自动化引入新工具与方法

这些应用催生了TSN,它代表着自动化领域自觉对IT的融合,这不是IT的推进,而是一种寻找经济性,新的解决问题的方法,应该说“技术带来了解决问题方法与工具的经济性”,因此,自动化端在成本可行的情况下,采用新的技术来解决过去的问题,或者以前没有这样解决问题纯粹是因为技术无法实现,或者成本高昂,IT对于OT的贡献主要体现在大量的商用市场带来的规模效应降低了器件、系统架构的成本。

 

由于TSN的投入,使得自动化至少在几个方向可以扩张:

1。工业物联网:经由TSN的交换网络,传感器可以无需经由控制器层而直接被Cloud访问,这个带来全新的应用架构的变化,因此,IIoT中所描述的APP可以提供新的业务模式支撑,采用TSN赋予了整个工业物联网全新的连接自由与更为广泛的可能。

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TSN可以实现传感器到云的传输,这件事情本身对整个工业应用场景是一个巨大的变革,突破了传统网络的层层架构,赋予了新的应用潜在的可能,使得整个运营管理更加透明、直接的数据实现奠定了基础。

2.向边缘计算的扩展,目前来说,IT和OT端都延伸到了边缘计算这个领域,各自发力,OT以解决原有问题,以及新的形势下的系统连接带来的数据连接需求。

边缘计算对于数据的需求是多样的,而这正是TSN网络所要应对的,也即,TSN为这样的场景而生。

 

3.TSN使得新的计算架构得以实现:传统的控制集中式架构,DCS分布式控制架构,但是,未来,有了TSN,新的架构可以实现任意形式的,分布或集中,可以说没有边界,数据可以直接通过TSN交换网络被发送到云端,这构成了应用的云端化,也会产生新的业务模式。

 

4.TSN也将扩张到更多的领域,使得OT可以借助于更多的技术来解决问题。包括机器视觉、AR/VR,而解决问题不仅在控制,也在管理运营。

 

5.TSN使得现场数据可以被有效的传输,分流,自动化在其中扮演更为灵活的角色,数据采集、信号处理本身就是自动化的优势,而借助于TSN会能够让自动化进入更为广泛的领域,包括进入楼宇、智慧城市、交通、农业等领域。

 

IT与OT如何发挥各自效应,则关键在于如何借助于OPC UA over TSN的架构来实现融合,如果各自为政,最终对于IT而言,则无法获得经济性,对于OT同样如此,如果无法取得经济性,高效益,用户最终也无法让整个架构推进。


TSN构建全新OICT融合生态系统

 技术的发展有一种自然而然的规则,非以人的意志为转移,从IT与OT融合角度来看,的确需要一个新的生态系统—这是自然发展的规律,从竞争到竞合,这是一个必然的过程,而对于IT与OT都属于工程技术界,那么本身的融合自然依靠于技术来作为生态系统的基底,而能够扮演这个角色的,就目前来看,想要使得双方都能够获得有效数据传输,则TSN可以在其中扮演这个角色。

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图3-OPC UA over TSN构建未来制造技术生态



显然,最终的用户是最有发言权的,TSN能否扮演这个角色,自然仍然以用户的最终选择来看,至少目前来看,正如22日在e-works论坛上来自ZF/RTW的CIO所说“为什么不能有一个统一的网络让这些数据可以被有效的通信”,是的,对于用户的现场而言,一个统一的网络会带来非常多的便利,才能让数据真正成为一个透明的、高效,发挥数据的价值。

 

对于IT与OT端而言,各自对如何推进制造有各自的想法和主张,但是,必须明确的是“融合”是谁也规避的,谁也不能自说自话,必须通过相互的配合,但是,各自又有“边界”,对于OT而言,优势在于接近现场,对现场物理对象与模型、控制、优化有直接的采集、连接、应用经验和知识积累,而对于IT则在于交换网络、软件、工具与方法等的积累,但是,相互逾越都不会专业,而边界其实就在这个融合的标准与规范上,各自继续发挥自身的优势,而又可以为用户带来基于转型需求的价值提升。

 

至于这个生态系统所需的商业智慧,则需要来自IT与OT业界的同仁们共同来构建,需要引入专业的生态系统研究的管理学家能够参与其中,技术作为载体,而价值作为OT与IT各自有其发挥的领地,而如何平衡其中的关系与利益,则是来自于“人”的智慧。


来源:微信号 说东道西

作者:宋华振

该作品已获作者授权,未经许可,禁止任何个人及第三方转载。


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