【儀表網 行業科普】對于制造商而言，數字化轉型是一個持續不斷的過程，其驅動力是在不干擾運營的前提下提高效率、洞察力和安全性。控制平臺的現代化為采用新技術提供了戰略機會，確保即時改進和長期數字創新。

 

　　數字化轉型恰如一場旅程，自十年前工業 4.0 概念問世以來，幾乎所有制造商都已投身其中。每家企業都按照自身的節奏推進，在邁向新的效率提升、洞察深化以及安全性增強目標的征程中，有著各自不同的階段性任務。盡管各企業的轉型路徑千差萬別，但它們有一個共同之處，那就是都要在不影響正常業務運營的前提下實施變革。
 

　　在日常運轉里，數字化轉型最切實地反映在基層一線。對多數企業而言，進行技術更改的時間窗口有限，并且任何一項變革都得慎重考慮其可能給企業運營帶來的風險、產生的影響或者造成的干擾。
 

　　控制平臺的現代化升級帶來了關鍵的契機。制造企業可借此運用新技術改善當下運營狀況，同時為長期的發展壯大以及數字化創新筑牢根基。這些項目通常由一些常見的驅動因素推動，而制造企業必須對此加以重點關注：
 

　　外部觸發因素：企業需要升級流程與數據采集系統，以此滿足新法規、報告要求以及行業指令的合規性標準，這些通常與環境或安全領域相關。
 

　　可靠性因素：存在這樣一些企業，它們關注設備故障修復周期，或者在數據丟失以及計劃內、計劃外停機的情況下會面臨諸多干擾。每一種情形都可能給企業帶來風險，還會導致團隊無法專注于創新和轉型等更具價值的工作。
 

　　可支持性因素：由于零部件供應、應用程序支持或者操作系統支持等方面的原因，底層計算機硬件無法獲得有效支持。應用程序版本可能已經落后，并且超出了供應商所承諾的支持期限。
 

　　更強的計算能力：現代軟件具備新功能且安全性更高，這對計算能力和內存容量提出了新的要求。另外，舊有的基礎設施因多年前是為傳統就地操作而部署的，無法支持與云應用程序的交互。
 

　　企業可以借助這些契機構建并部署具有前瞻性的現代控制架構。此類架構可提供可靠的性能以及強大的計算能力，用以支撐企業持續發展變化的需求。部署具備彈性與靈活性的邊緣計算基礎設施，通過軟件部署與數據采集，為提升自動化和數字化程度筑牢根基。這一舉措還為吸引其他職能部門參與其中，實現針對當前及未來需求的跨職能協同合作打開了方便之門。
 

　　部署用于邊緣控制的設備
 

　　數字化轉型能否成功，關鍵在于能否把生成的海量數據轉化為切實可行的見解。自動化和控制環節在邊緣端產生了大部分此類數據。如今，自動化和控制平臺越來越多地由軟件驅動，需要更強的處理能力和可靠性，遠遠超過該行業多年來一直依賴的傳統現成計算平臺或傳統工業PC 。
 

　　制造企業正在尋找一種可以在任何環境中部署的 “設備”，此設備需具備在任何環境下進行部署的能力，無論是偏遠地區的資產設施、工廠車間，還是運營管理中心。并且，該設備要能夠運行企業所選定的任何軟件。企業希望運用開放的、不依賴特定供應商的工具，重新規劃設備的任務分配，在不造成中斷的情況下來部署新軟件，還能夠在無需停機維護、無需人工干預的情況下遠程操控該設備。
 

　　容錯能力和虛擬化的好處
 

　　通過融合運營技術(OT)和信息技術(IT)工具與技術，團隊可以部署一臺能夠滿足所有這些需求的單一硬件設備。他們可以在一個可遠程訪問的計算平臺上運行生產應用程序，并采用開放的、非專有的標準。這使企業能夠在任何需要的地方部署他們自己的軟件棧，并以最高的可靠性運行它，幾乎無需人工干預。借助容錯、虛擬化、容器化、遠程管理以及網絡安全等一系列核心技術，企業正在打造一個面向當下與未來需求的、具有前瞻性的控制平臺。
 

　　數字化最為基礎的要素，包括計算資源的可獲取性，以及這些資源在計劃外停機狀況下維持運行的可靠性?，F如今，OT與IT團隊比以往任何時候都更有必要協同合作，挑選出能夠契合當下以及未來需求的專用計算硬件。隨著控制架構變得日益復雜，所運行的生產軟件層級不斷提升，確保在具有最少的現場信息技術支持的情況下，確保計算資源能夠持續運轉就顯得尤為關鍵 。
 

　　現在有一些容錯服務器，它們將冗余的內部中央處理器(CPU)、存儲、輸入/輸出(I/O)和電源與監控軟件相結合，以預測故障并主動解決問題，從而實現 99.99999%的可用性。單一計算平臺中的這種基于硬件的容錯功能將故障轉移延遲降低到幾秒(與集群的故障轉移相比)，并且與搭建和管理集群相比，其復雜程度和成本都只是一小部分，更不用說故障時的恢復時間了。
 

　　這種級別的計算可靠性帶來了全新的靈活性，讓企業能夠輕松整合現有的計算基礎設施，并且部署更為復雜的軟件堆棧。舉例來說，如今，控制工程師多了將控制功能轉移至容錯平臺的選擇，可以自行決定是繼續沿用傳統的可編程邏輯控制器(PLC)，還是把控制邏輯遷移到控制平臺上，甚至可以采用基于軟件的可編程邏輯控制器。
 

　　借助這樣的平臺，企業能夠在長達數年的時間里，既不會遭遇計劃外停機的狀況，也無需對計算基礎設施進行更新。這種高可靠性與團隊所熟悉的OT資產的長使用周期相契合，而不像典型的IT設備那樣，三年就需要更新。
 

　　運營團隊需要部署一系列生產應用程序?；谟嬎闫脚_的容錯能力，團隊能夠整合軟件工作負載。虛擬化技術提供了一種將多個應用程序作為獨立分區的虛擬機(VM)進行部署的方法。
 

　　借助虛擬化技術，核心的人機界面(HMI)與監控和數據采集(SCADA)系統、分布式控制系統(DCS)以及歷史數據記錄器等可以繼續在平臺上運行，不過它們是以虛擬機的形式呈現。通過這種方式，這些系統能夠輕松增添批處理功能，或者配置工程工作站。運行多個虛擬機，賦予團隊同時運行來自不同供應商應用程序的能力。僅需一個具備虛擬化功能的單一計算平臺，便能夠同時運行來自不同供應商的多個系統平臺以及應用程序。由此可見，虛擬化無疑是團隊部署所有所需軟件的一種高效途徑。
 

　　尤為關鍵的是，制造商能夠連接至云設施環境，特別是針對那些已集成到企業資源規劃(ERP)系統中的制造執行系統(MES)，以及企業層面的訂單操作流程。這種集成對于多站點部署以及標準化工作而言具有重要的意義。依據計算平臺規模的不同，企業在單個平臺上運行的虛擬機數量少則三四個，多則可達幾十個。在容錯計算平臺上運行的虛擬化軟件堆棧提供了極高的可靠性，能夠有效避免應用程序出現任何因計算問題導致的停機狀況。對于OT團隊而言，虛擬化已然成為部署分層軟件、重新分配設備任務以及支持軟件部署的關鍵工具。
 

　　使用容器化技術
 

　　容器是一種特殊的軟件包，其中囊括了所有的代碼以及相關依賴項。當采用容器的形式進行部署應用程序時，這種特性使得應用程序能夠在各種不同的計算環境中保持一致的運行狀態。對于負責管理異構環境的運營團隊而言，容器提供了一種能夠實現一致性部署的有效方式。在完成部署后，則通過編排技術來對這些應用程序進行管理。常見的容器應用工具包括Docker和Kubernetes。
 

　　容器在多個方面對虛擬機起到了有益的補充作用。其一，容器能夠以更為輕量級的軟件包形式來部署軟件，甚至可用于潛在的軟件測試工作，并且支持軟件的持續更新與部署。
 

　　其二， IT團隊對容器以及編排技術(后續部分將詳細討論)的運用已相當嫻熟。在OT計算平臺上，容器為IT團隊提供了獨立的分段空間，使得IT應用程序能夠輕松地與OT應用程序并行運作。從OT的視角來看，在分段的虛擬機中運行容器，為IT部門部署應用程序提供了合適的運行環境，而且不會存在干擾并行虛擬機中正在運行的OT應用程序的風險。利用容器實現持續部署可以很好地滿足OT和IT雙方的需求，能夠在不影響企業正常運營的前提下，不斷推動軟件的迭代發展并持續部署新的軟件。
 

　　遠程管理和邊緣計算編排
 

　　在自動化和控制領域，遠程管理向來是一項關鍵需求，尤其是對于那些處于孤立狀態的資產，或者IT人員配備有限的偏遠站點而言，這一需求更為迫切。如今，有諸多將遠程管理功能融入控制平臺的可行方案，這些功能已然成為未來控制平臺不可或缺的關鍵組成部分。
 

　　團隊能夠部署輕量級管理器以及遠程桌面，以此對資產性能展開遠程監控。許多企業都在致力于實現單一操作面板功能，以提升操作的可見性。通過OPC UA進行連接是一種將控制平臺與運營中心相連接的簡便方式。該平臺還具備數據存儲轉發功能，能夠在網絡中斷或者因低帶寬廣域網連接而導致連接中斷的情況下，保障數據的有效處理。
 

　　當下最受關注的新興技術之一當屬邊緣計算編排技術，這是一種能從集中的位置向多個目標實施軟件部署的方式。在IT領域，這種便于軟件部署與更新的方法已然十分成熟，如今在OT的應用中也日益普遍。它為持續集成和持續部署提供支持，從而實現軟件的快速更新。借助這種方式，團隊能夠遠程部署新軟件，并且將開發運維(DevOps)的方法引入到OT領域當中。
 

　　網絡安全問題
 

　　對于網絡安全方面的問題與考量，可能是IT和OT團隊最為一致的需求，且往往是團隊所面臨的首要難題。任何現代化項目的推進或者軟件的部署都會引發有關網絡安全的討論，而這一話題常常推動著OT團隊與IT團隊攜手合作，共同探尋出一個聯合解決方案。
 

　　網絡安全團隊常常會參照美國國家標準與技術研究院(NIST)所制定的網絡安全框架(CSF)，這一框架詳細闡述了組織所需考慮的特定功能。它所涉及的范圍廣泛，包含了一系列的軟件應用程序，同時也有眾多的供應商可供選擇?？梢允褂锰摂M化技術來部署這一整套網絡安全解決方案，使其與其他OT應用程序并行運行。一些供應商的解決方案還提供了可作為虛擬機運行的應用程序。
 

　　容錯計算平臺不僅在強化網絡安全應用程序方面起著關鍵作用，對于為OT應用程序提供其必需的基本可靠性而言，同樣至關重要。這種高可靠性，為IT應用程序在同一平臺上運行創造了條件，進而讓團隊能夠通過管理單個平臺，而非維護兩個相互獨立的系統，來簡化運行流程。