未来技术助力智能制造

?　后疫情时代，灵活、高效、韧性和可持续发展成为焦点，如今许多行业领导者认为智能制造时代将加速到来。事实上，工业互联网?(IIoT) 正纳入越来越多新技术和新标准，如开放平台通信统一体系架构 (OPC UA?FX)、时间敏感网络 (TSN)、Wi-Fi 6/7 标准、5G 以及单对以太网 (SPE)/以太网-APL 技术。

　　对此，两位 IIoT 领域的资深专家就智能制造的未来发展和实现途径分享了前沿洞见。贝加莱工业自动化有限公司（ABB 集团下属公司）控制系统、机器视觉和网络产品管理副总裁 Stefan Sch?negger 与 Moxa 工业网络基础设施部产品经理 Jack Lin 一起解答了许多行业在规划和实施工业联网解决方案、实现智能制造过程中面临的五大问题。

　　1.实现智能制造的关键技术为何如此重要，它们如何相互作用？

　　Stefan: 智能制造的基本技术原理是通过互联网形成设备网络，无缝监控整个生产过程。在此过程中，设备不断收集和分析包括实时数据在内的各种来源的数据，通过数字信息技术提高适应力，实现快速设计变更。此外，数据科学家可以借助数据模拟制造过程，探究如何提高某些环节的效率。因此，提取并分析所有数据至关重要，这是挖掘相关知识和洞见的基础。而无缝安全的互操作性是数据提取分析的必要前提，这正是 OPC UA 标准的作用。

　　另外，OPC UA

　　●?支持云端和现场的各类应用，如 OPC UA FX (Field eXchange)

　　●?配合 TSN，支持 IEC/IEEE 60802 配置文件，使不同的 IT 和 OT 协议能够共存于通用网络基础设施中

　　OPC 协会还与多个组织开展合作

　　●?新 5G 和 Wi-Fi 6/7 技术

　　●?高级物理层 (APL) 项目组，规定流程工业要求

　　得益于此，OPC UA 标准日益普及，广泛用于工厂自动化和流程工业的诸多应用中。

　　Jack: OPC UA FX、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和单对以太网/以太网-APL 使用相同的通信包交换技术和以太网基础，因此可以轻松衔接，并能协调诸多标准机构和社区（如 IEEE 802.1 TSN TG、IEEE 802.3 TG、IEEE 802.11 TGbe、IETF、5G-ACIA 以及 IEC/IEEE 60802 联合项目）的所有工业合作伙伴的努力。简言之，上述技术在各种工业应用中能够高效协作。

　　2. 是否只有新建项目可以使用智能制造新技术？扩建项目可否使用？

　　Stefan: 牢记客户已为当前所用技术投入大量资金，无法一夜间全部换新。因此，技术升级需平稳过渡。OPC UA FX 是 OPC UA 技术的扩展升级，允许不同的既定通信协议共存于同一网络基础设施，完成技术过渡。在这一技术支持下，统一通信解决方案将代替传统的现场总线和实时以太网协议，切实可行地将现有工业操作升级为智能工厂模式。

　　Jack: 在考虑采用这些新技术时，我们要兼顾新建项目和扩建项目。以 IEEE 802.1 TSN TG 为例，该技术组各项新功能要与 TSN 相关，以过去 40 余年积累的技术为基础。我们历来都是在已有技术沉淀基础上继续开发新功能，确保同时向后和向前兼容。

　　3. 技术如何助力机器学习和人工智能？

　　Stefan: 机器学习和人工智能 (AI) 都需要接受高质量数据训练，才能做出精准预测。我从两方面看待这个问题：

　　得益于芯片技术和新型单对以太网连接技术的进步，更小体积的智能传感器即将问世，能够借助 OPC UA 实现以太网通信连接。智能制造的实时通信可以通过依靠 TSN 技术经由铜线实现，或依靠 5G/Wi-Fi 6/7 技术通过新型无线信号实现。下一代传感器将成为数据信息的新来源。

　　这些新的数据源也将通过 OPC UA 全面的数据语义为机器学习和人工智能提供高质量数据输入。下一代传感器将使用绝对时间戳，提供完整的数值、单位和阈值信息，算法预测的准确性将得到质的提升。这是所有数据科学家梦寐以求的结果。

　　Jack: 有价值的数据往往需要从大量信息中提取。但由于物理限制，共享信息的空间和速度有限。这时就需要发挥 TSN 和 5G 等超可靠无线通信技术的作用。TSN 提供的带宽比现有工业以太网高出 10 到 100 倍，5G 网络容量是前几代蜂窝技术的 10 倍。这些网络技术具有确定性和超低有界延迟，能够确定性传输更精确且更高质量的数据，例如高分辨率的图像和视频流。此外，借助单对以太网和以太网-APL 技术，我们可以顺畅访问最边缘的设备和应用传感器的数据，由此得到整体数据视图。

　　4. 10 年后，智能制造将会发展成什么样子？

　　Stefan: 未来的工厂依旧离不开人力，但人力将需要加大与机器人和智能机器的合作，使制造过程更加安全高效，尽可能实现碳中和。因此，操作技术 (OT) 将借鉴和利用切实有效的信息技术 (IT) 方案，以改良形式将 IT 技术运用到机器运作和工厂生产中。

　　为此，OPC UA 支持跨平台、跨行业、跨国工业通信。未来设备将智能化，能远程升级网络安全防护工具，并具有扩展的功能和特性。各类设备要能使用同一组标准实现相互通信以及与云端通信。因此，未来 OPC UA、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和单对以太网（SPE）/以太网-APL 技术都将继续发挥关键作用。

　　Jack: 如果工业 3.0 的特点是相互独立、预编程的回路和过程，那么工业 4.0 的发展方向将是相互协作、快速反应的协调单一回路。人力、机器、数据和网络等所有资源都和谐互联，能在正确的时间和地点调动并使用正确资源，达到生产目标。

　　5. 实现智能制造面临哪些阻碍？

　　Stefan: 我们需要打破 IT 技术和 OT 技术之间的隔阂，继续融合 IT 和 OT。应当积极推动形成跨学科开放合作的氛围，帮助 IT 和 OT 技术人员交流传播行业知识，协同合作，实现碳中和。

　　Jack: 前面我们讨论了这些关键技术的许多优势。但是仍需考虑一些现实问题，例如业务计划和投资回报率。有时我们会看到，客户在满足当前市场需求和为未来发展投资之间很难取得平衡。事实上，为了满足当前市场需求，他们可能会延缓对未来发展的投资计划。我建议企业积极采取措施，识别可变因素，减少风险，努力克服不可预见的障碍，引领企业走向更好的未来。

　　结论

　　正如 Stefan 和 Jack 所言，智能制造的未来建立在可互操作的标准之上。各行业应大力采用包括 OPC UA、TSN、5G、W-Fi 6/7 和单对以太网 (SPE)/以太网-APL 在内的新技术。如想了解更多关于智能制造和 TSN 的内容，请访问我们的 TSN 微网站。