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自動(dòng)化軟件發(fā)展趨勢(shì)：為工業(yè)應(yīng)用部署基于云的軟件

越來(lái)越多的技術(shù)供應(yīng)商，開(kāi)始為自動(dòng)化、控制和儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用，提供基于云的軟件。決定自動(dòng)化軟件的安裝區(qū)域，仍然是最終用戶(hù)的責(zé)任。對(duì)于特定應(yīng)用程序，他們是以傳統(tǒng)意義上的方式"擁有"軟件，還是采用軟件即服務(wù)(SaaS)或平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)的方式，哪種方式更有幫助呢？

許多工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)運(yùn)行了30年或甚至更長(zhǎng)時(shí)間，但對(duì)硬件或軟件的變更很少。由于以太網(wǎng)應(yīng)用的介質(zhì)各式各樣，工廠網(wǎng)絡(luò)有可能將自動(dòng)化系統(tǒng)暴露在任何位置(無(wú)論是在云端，還是在現(xiàn)場(chǎng))的自動(dòng)化系統(tǒng)，暴露于未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)之下。

云計(jì)算的興起

越來(lái)越多的制造商正挖掘云計(jì)算(包括軟件即服務(wù)(SaaS)和平臺(tái)即服務(wù)(PaaS))在工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)方面的潛力。云計(jì)算相關(guān)的主要優(yōu)勢(shì)包括：

● 提供的標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)發(fā)和測(cè)試模擬環(huán)境，降低了構(gòu)建和配置基礎(chǔ)設(shè)施的成本。

● 靈活使用分布式工程資源，可進(jìn)行多項(xiàng)目和多用戶(hù)配置，與所處地理位置無(wú)關(guān)。

● 在減少現(xiàn)場(chǎng)物理空間占用、硬件、軟件和維護(hù)的同時(shí)，具有更大的自由度來(lái)專(zhuān)注于運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)的核心能力。

● 可提供專(zhuān)業(yè)知識(shí)使系統(tǒng)保持最新?tīng)顟B(tài)，并應(yīng)用正確的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案來(lái)保護(hù)系統(tǒng)的安全并保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

● 以需求為導(dǎo)向的定價(jià)模式，僅對(duì)實(shí)際需要的應(yīng)用投資，從而可以降低投資成本。

SaaS和PaaS服務(wù)的增長(zhǎng)

SaaS是一種軟件發(fā)布模型，開(kāi)發(fā)人員在其中托管應(yīng)用程序，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向客戶(hù)提供這些應(yīng)用程序。將SaaS集成到過(guò)程控制領(lǐng)域，意味著在大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)范圍之外，添加數(shù)據(jù)收集、集成和分發(fā)功能。

SaaS可以擴(kuò)展對(duì)工廠數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，從而支持對(duì)流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。它還提供了驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃所需的大數(shù)據(jù)。它使實(shí)時(shí)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)和數(shù)據(jù)盤(pán)在工廠或企業(yè)范圍內(nèi)可見(jiàn)，從而可以將注意力集中在更重要的方面，并充分利用新增或現(xiàn)有的監(jiān)控和采集系統(tǒng)(SCADA)的價(jià)值。

如果實(shí)施得當(dāng)，SaaS可以比傳統(tǒng)的軟件所有權(quán)方法節(jié)省大量成本。即使提供冗余和高可用性，這種云服務(wù)模型也可以將硬件和軟件設(shè)置成本降到最低，從而允許對(duì)正在運(yùn)行的應(yīng)用程序進(jìn)行維護(hù)。最終用戶(hù)無(wú)需管理和控制IT基礎(chǔ)設(shè)施。安全、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和所有軟件的許可證，都包含在年費(fèi)或月費(fèi)中，從而消除或大幅減少資本支出。使用任何所需的服務(wù)，都需要一次性成本。企業(yè)需要為其使用的內(nèi)容付費(fèi)，并且可以根據(jù)需要靈活添加或刪除提供的服務(wù)。

SaaS的另一個(gè)好處是自動(dòng)化服務(wù)供應(yīng)商所提供的服務(wù)，通常情況下會(huì)包括更新軟件應(yīng)用程序。供應(yīng)商與客戶(hù)合作，根據(jù)應(yīng)用程序的需要，協(xié)調(diào)所有已裝軟件的更新和補(bǔ)丁程序的安裝，并確保它們能夠正常運(yùn)行。供應(yīng)商承擔(dān)了這一責(zé)任，因?yàn)樗兄诳蛻?hù)使用最新的軟件來(lái)降低支持成本，并同時(shí)提高安全性。

PaaS非常適合為開(kāi)發(fā)和測(cè)試軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的工業(yè)企業(yè)提供編程環(huán)境和開(kāi)發(fā)人員工具。它提供了一個(gè)完整的集中式開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以按需訪問(wèn)。

某些基于云的環(huán)境，包括復(fù)雜的模擬環(huán)境，可以在項(xiàng)目應(yīng)用程序安裝到生產(chǎn)系統(tǒng)之前，對(duì)其進(jìn)行全面測(cè)試。軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序，可以是工業(yè)企業(yè)過(guò)去使用過(guò)、但現(xiàn)在部署在云端的虛擬機(jī)上的自定義應(yīng)用程序。它們也可以是利用自動(dòng)化服務(wù)供應(yīng)商提供的平臺(tái)和工具，在云端從頭開(kāi)始構(gòu)建的應(yīng)用程序。

在某些情況下，相同的軟件可用于SaaS和PaaS應(yīng)用程序?？刂坪瓦^(guò)程工程師可以用PaaS模型開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，而將SaaS用于生產(chǎn)環(huán)境。例如，自動(dòng)化、過(guò)程控制及SCADA系統(tǒng)軟件(以前僅安裝在客戶(hù)工廠設(shè)施內(nèi))，可作為離線開(kāi)發(fā)和開(kāi)放式虛擬工程平臺(tái)(OpenVEP)或優(yōu)化后的SCADA軟件，以提供企業(yè)級(jí)的服務(wù)可靠性和安全性，從而可以監(jiān)視和控制分布在各處的資產(chǎn)。

將此類(lèi)軟件放入數(shù)據(jù)中心，與電信和互聯(lián)網(wǎng)直接高速連接，可實(shí)現(xiàn)與所有遠(yuǎn)程設(shè)備高速、可靠的連接以及整體業(yè)務(wù)的可視化。

基于云的SCADA系統(tǒng)

傳統(tǒng)意義上的SCADA系統(tǒng)是完全擁有的、在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，并有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)支持人員，資本和運(yùn)營(yíng)支出相對(duì)較高。這些成本包括安全和防火墻、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)服務(wù)器和軟件的費(fèi)用。然而，在現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法缺乏靈活性，也不能有效的利用位于其它地方的寶貴資源。更重要的是，每隔4到5年可能就需要將這些現(xiàn)場(chǎng)解決方案更新一次。將現(xiàn)有解決方案遷移到新硬件上，通常比初始安裝更困難——尤其是在最初未進(jìn)行虛擬化的情況下。

為了幫助客戶(hù)應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)和業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)，領(lǐng)先的自動(dòng)化供應(yīng)商為托管云環(huán)境開(kāi)發(fā)了SCADA軟件。新的基于云的SCADA系統(tǒng)代表了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）時(shí)代軟件的發(fā)展趨勢(shì)。在云端配置功能，意味著最終用戶(hù)可以從資本模型轉(zhuǎn)向可預(yù)測(cè)的資本和運(yùn)營(yíng)支出模型。他們可以在幾天內(nèi)就擁有一個(gè)功能強(qiáng)大的SCADA系統(tǒng)。

實(shí)施云服務(wù)策略

制造商必須確認(rèn)是否應(yīng)該將部分控制和監(jiān)視軟件遷移到云環(huán)境中，或者仍將其保留在現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)只有一個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)施云服務(wù)模型可能不是必需的。但是，具有多處生產(chǎn)設(shè)施的制造商則可以通過(guò)云服務(wù)從不同區(qū)域收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)管理和優(yōu)化。一些制造商可能會(huì)將其部署為一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公司優(yōu)先事項(xiàng)狀態(tài)的可視化，從而可以協(xié)調(diào)資源并做出更好的企業(yè)級(jí)決策。

傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝具有速度快、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，也無(wú)需支付遠(yuǎn)程服務(wù)許可證費(fèi)用。云托管則允許更緊密的協(xié)作和隨時(shí)隨地訪問(wèn)控制數(shù)據(jù)，而無(wú)需在單個(gè)計(jì)算機(jī)上管理軟件許可證。員工可以在任何地方完成工作，同時(shí)仍可以確保自己責(zé)任范圍內(nèi)工作的安全性。其他人可以查看特定項(xiàng)目的進(jìn)展，以便繼續(xù)在當(dāng)前系統(tǒng)上工作。

使用分布式工程資源的靈活性，有助于打破各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜抑g各自為政的狀況。企業(yè)可以大大降低差旅成本，同時(shí)使人員能夠遠(yuǎn)程工作，更快地將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。這也使專(zhuān)家能夠?yàn)槿魏喂S設(shè)施提供支持，以減少停機(jī)時(shí)間，同時(shí)保持多個(gè)設(shè)施之間的一致性。

云還是現(xiàn)場(chǎng)決策，往往取決于控制的內(nèi)容以及所處的位置。員工越來(lái)越需要在工作流程中進(jìn)行協(xié)調(diào)，而不是在自己的計(jì)算機(jī)上獨(dú)自操作軟件（這樣往往缺少對(duì)關(guān)鍵程序的備份）。在某個(gè)地區(qū)運(yùn)行設(shè)施的制造商，可能希望將基于云的解決方案托管在其所在的地理區(qū)域內(nèi)。但是，如果需要監(jiān)視更廣泛或全球分布的資產(chǎn)，可能需要使用多個(gè)云策略，這樣即使一個(gè)位置發(fā)生故障，就可以順利的切換到另一個(gè)。

隨著云計(jì)算的不斷普及，主要自動(dòng)化供應(yīng)商都開(kāi)始提供云托管和現(xiàn)場(chǎng)控制軟件。兩者兼而有之的一個(gè)原因，就是遵守法規(guī)并滿(mǎn)足關(guān)鍵的數(shù)據(jù)需求。每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

客戶(hù)可以與自動(dòng)化技術(shù)供應(yīng)商合作，根據(jù)運(yùn)營(yíng)和業(yè)務(wù)需求選擇正確的路徑。總體戰(zhàn)略可能是混合的解決方案。相關(guān)的自動(dòng)化知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于制造企業(yè)做出最佳決策至關(guān)重要。

云技術(shù)的最大機(jī)會(huì)也許是對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。例如，如果企業(yè)管理層希望監(jiān)視分布在不同區(qū)域所有工廠和遠(yuǎn)程資產(chǎn)的狀態(tài)時(shí)，可以使用SaaS云解決方案。此方法可提供一組儀表板、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)和其它報(bào)告功能，以幫助了解整個(gè)企業(yè)的狀況。它使人們能夠一致地了解目前的情況，并可匯集成百上千設(shè)施的數(shù)據(jù)，以可視化圖形的形式呈現(xiàn)出來(lái)，從而可以吸引整個(gè)企業(yè)的利益攸關(guān)方的注意，幫助他們做出更好的決策。

分層網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略

將工業(yè)工廠環(huán)境數(shù)據(jù)托管到云，人們會(huì)擔(dān)心其安全性，因此主要技術(shù)供應(yīng)商部署了嚴(yán)格的縱深防御策略，從而可以通過(guò)多層物理和網(wǎng)絡(luò)安全來(lái)深度保護(hù)軟件。這樣，安全專(zhuān)家就有時(shí)間在入侵影響關(guān)鍵控制資產(chǎn)之前識(shí)別和消除入侵。

此外，還可以開(kāi)發(fā)包含額外防火墻和高級(jí)加密的靈活解決方案，以保持對(duì)客戶(hù)控制基礎(chǔ)設(shè)施和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安全訪問(wèn)，從而增強(qiáng)安全性。

工業(yè)企業(yè)現(xiàn)在可以使用相同的軟件(無(wú)論是在現(xiàn)場(chǎng)還是云端)，來(lái)實(shí)現(xiàn)在控制或自動(dòng)化應(yīng)用程序方面所帶來(lái)的好處。云服務(wù)模型為協(xié)作和移動(dòng)訪問(wèn)提供了顯著的優(yōu)勢(shì)，但最終用戶(hù)在選擇控制軟件或平臺(tái)方法時(shí)必須考慮其特定要求。

2020第十六屆中國(guó)北京國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化展覽會(huì)

16th China Beijing International Industrial Automation Exhibition, 2020

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