邊緣計(jì)算是實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵方法與路徑，通過(guò)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的連接、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析與優(yōu)化來(lái)對(duì)制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)劃與策略性問(wèn)題進(jìn)行全局處理，并進(jìn)而用以提高生產(chǎn)制程的效率、成本與品質(zhì)的提升，而在實(shí)現(xiàn)制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的第一步即互聯(lián)問(wèn)題，然而，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性使得對(duì)于統(tǒng)一的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)有著迫切的需求，因此，包括工業(yè)4.0組織、IIC、中國(guó)智能制造體系規(guī)范等均聚焦于OPC UA over TSN，本文將闡述OPC UA over TSN在其中所扮演的核心角色問(wèn)題。

一、邊緣計(jì)算解決基于連接的價(jià)值融合

1.1邊緣計(jì)算為制造業(yè)數(shù)字化升級(jí)帶來(lái)新方法

傳統(tǒng)的制造業(yè)運(yùn)營(yíng)技術(shù)與方法需要升級(jí)，基于模型驅(qū)動(dòng)的控制以及服務(wù)往往需要非常專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域知識(shí)，而基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的則不依賴(lài)于此而由數(shù)據(jù)建模來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、分析與優(yōu)化，各自有其優(yōu)勢(shì)，模型具有可解釋性，但往往門(mén)檻較高，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法則往往由于缺乏可解釋性，但隨著ICT技術(shù)的發(fā)展，它為工業(yè)帶來(lái)新的方法和思路，兩者的融合將發(fā)揮傳統(tǒng)工業(yè)優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

邊緣計(jì)算可以在工業(yè)中解決以下問(wèn)題

（1）尋找最佳的機(jī)器間協(xié)同，這些協(xié)作包括在時(shí)間上的最佳匹配，避免因?yàn)榈却⒉煌降倪^(guò)程而損耗了機(jī)器的能耗、使用效率，使得資產(chǎn)無(wú)法發(fā)揮最大的價(jià)值。通過(guò)削減中間環(huán)節(jié)，消除了浪費(fèi)環(huán)節(jié)，提升效率，簡(jiǎn)單的如讓柔性輸送系統(tǒng)來(lái)降低不必要的搬運(yùn)輸送時(shí)間消耗，提高生產(chǎn)的連續(xù)性，使得離散自動(dòng)化系統(tǒng)邁向流程工業(yè)那種連續(xù)的生產(chǎn)，使得效率提高，如圖1所示。

圖1-工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接底層設(shè)備與管理系統(tǒng)進(jìn)而挖掘效率提升空間

（2）通過(guò)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)變化來(lái)尋找最優(yōu)的控制，傳統(tǒng)的PID往往是以“安全值”設(shè)定靜態(tài)的控制目標(biāo)，這并非是最優(yōu)值，而通過(guò)設(shè)備協(xié)同來(lái)在更高級(jí)的動(dòng)態(tài)協(xié)同，根據(jù)變化，讓機(jī)器來(lái)適應(yīng)生產(chǎn)變化，包括負(fù)載端、 其它設(shè)備的狀態(tài)、工藝變化，以挖掘設(shè)備的最大效率。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，尋找在生產(chǎn)中的預(yù)測(cè)性，包括工藝參數(shù)預(yù)測(cè)，適應(yīng)于“變化”的需求，減少開(kāi)機(jī)浪費(fèi)的方法、尋找在新的協(xié)同生產(chǎn)下的質(zhì)量?jī)?yōu)化、能源計(jì)量、維護(hù)成本下降的方法，各種方法都是因?yàn)檫B接帶來(lái)了優(yōu)化的可能性空間。

（3）智能化，盡管很多任務(wù)如優(yōu)化、策略在機(jī)理模型已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，但，當(dāng)出現(xiàn)更為全局的非線(xiàn)性區(qū)域時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)等智能算法將會(huì)進(jìn)一步來(lái)為生產(chǎn)系統(tǒng)提供新的解決方法，進(jìn)一步挖掘優(yōu)化的潛能。

（4）資產(chǎn)管理類(lèi)，確保透明的數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸結(jié)、判定，以便提高設(shè)備的使用效率，這些應(yīng)用包括了排產(chǎn)、OEE、品質(zhì)、能源等采集與呈現(xiàn)場(chǎng)景。

（3）預(yù)測(cè)性維護(hù)：在維護(hù)階段，來(lái)自數(shù)字化的建模與運(yùn)營(yíng)中的數(shù)據(jù)采集，共同為維護(hù)提供了透明的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，以及分析的基礎(chǔ)，如采用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中原來(lái)被忽視的信息進(jìn)行挖掘，分析質(zhì)量、成本、設(shè)備狀態(tài)等之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)最佳的生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，包括降低故障帶來(lái)的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1.2邊緣計(jì)算的連接需求分析

在解決邊緣計(jì)算架構(gòu)搭建與實(shí)施中，首先不討論后續(xù)的數(shù)據(jù)獲取后的智能分析與處理環(huán)節(jié)，我們先探討第一步數(shù)據(jù)的采集與傳輸問(wèn)題，就目前的工業(yè)連接推進(jìn)中，首先會(huì)遇到這個(gè)問(wèn)題。

（1）實(shí)時(shí)性需求：與離散制造中運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人以及高速同步不同，邊緣計(jì)算的同步性在于大數(shù)據(jù)量、時(shí)間節(jié)拍下的同步，因此，需要精確的時(shí)間同步、以及大負(fù)載下的傳輸中的實(shí)時(shí)性，對(duì)于在線(xiàn)優(yōu)化而言，100mS級(jí)的任務(wù)也需要在通信領(lǐng)域10mS、1mS級(jí)的分支節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，考慮到路徑消耗、時(shí)間匹配，工業(yè)必須考慮容量，因此，使得通信也需要達(dá)到mS甚至微秒級(jí)，同時(shí)，考慮控制與管理的兼容，因此，選擇了達(dá)到傳統(tǒng)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)所需的100uS級(jí)。

（2）統(tǒng)一與規(guī)范的數(shù)據(jù)接口

對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)而言，不在于是否最優(yōu)，而在于是否統(tǒng)一，最低的標(biāo)準(zhǔn)在于統(tǒng)一，如果沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，哪個(gè)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)效率更高、負(fù)載更小是沒(méi)有意義的。

（3）同一網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯?wèn)題

表1反映了各種數(shù)據(jù)的周期性、帶寬、丟包容忍度、關(guān)鍵性、抖動(dòng)的需求，而這些是一種復(fù)合型需求，依靠傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)都無(wú)法解決全部的問(wèn)題，而因此，TSN技術(shù)被開(kāi)發(fā)以解決這些問(wèn)題。

而另一方面，如果能夠采用同一網(wǎng)絡(luò)傳輸，那么將會(huì)節(jié)省電纜、工程連接、測(cè)試等多方面的成本。

（4）安全傳輸問(wèn)題

由于互聯(lián)的產(chǎn)生，因此，必須解決安全性問(wèn)題，以往的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，由于采用了專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，并且控制系統(tǒng)如PLC往往采用硬邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，而操作系統(tǒng)沒(méi)有或基于非通用架構(gòu)的RTOS，而且考慮到與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間搶占問(wèn)題，通常是隔離的，而在邊緣計(jì)算中，這些隔離的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)被連接，為了全局?jǐn)?shù)據(jù)打通，必須將底層與上層，水平層間進(jìn)行集成，這個(gè)集成過(guò)程開(kāi)放了各自的壁壘，使得安全成為了最大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在全新的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中必須對(duì)上述問(wèn)題予以考慮。

二、OPC UA over TSN的角色扮演

2.1為什么采用OPC UA

圖2-使用OPC UA的原因

如圖2，采用OPC UA構(gòu)建連接的原因有多個(gè)方面，當(dāng)然，比較核心的在于語(yǔ)義互操作和它所構(gòu)建的信息模型，這個(gè)是被認(rèn)為OPC UA核心的原因。

2.1.1OPC UA實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義互操作規(guī)范

對(duì)于邊緣計(jì)算或其它今天我們所討論的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)而言，必須考慮在其底層所連接的設(shè)備、系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語(yǔ)義規(guī)范問(wèn)題，不同的控制器、系統(tǒng)往往采用了不同的數(shù)據(jù)對(duì)象、結(jié)構(gòu)、單位等，這使得工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在全局?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)，無(wú)論是上行、下行的數(shù)據(jù)傳輸都會(huì)出現(xiàn)需要開(kāi)發(fā)、測(cè)試不同的驅(qū)動(dòng)程序的問(wèn)題，而工業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜多樣的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，自定義了眾多的協(xié)議，這個(gè)局面造成了互聯(lián)的難題。

因此，產(chǎn)業(yè)界一直在尋求一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，而在進(jìn)行多番比較后，制造業(yè)無(wú)論是OT端還是ICT端都將目光聚焦在了OPC UA上，包括了IIC、工業(yè)4.0組織、中國(guó)制造等均將OPC UA定義為統(tǒng)一的語(yǔ)義互操作規(guī)范。

OPC UA作為統(tǒng)一的語(yǔ)義規(guī)范所扮演的角色在于“經(jīng)濟(jì)性”，即無(wú)需每個(gè)企業(yè)、項(xiàng)目都重新編寫(xiě)自定義的驅(qū)動(dòng)程序，包括語(yǔ)義轉(zhuǎn)換程序，這些程序不但消耗時(shí)間，而且浪費(fèi)工程師資源，因此，使得IT訪(fǎng)問(wèn)OT端缺乏經(jīng)濟(jì)性。

2.1.2OPC UA的信息模型

圖3是OPC UA的信息模型結(jié)構(gòu)，包括了基礎(chǔ)、行業(yè)、廠(chǎng)商自定義的信息模型三個(gè)層級(jí)。

圖3-OPC UA通信、信息模型與安全連接

信息模型是整個(gè)OPC UA也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵，因?yàn)闊o(wú)論對(duì)于控制協(xié)同、數(shù)據(jù)擬合、機(jī)器學(xué)習(xí)，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)額是非常必要的，否則，將會(huì)需要大量的編程與測(cè)試，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在連接中缺乏經(jīng)濟(jì)性，而垂直行業(yè)信息模型則反映了行業(yè)在如何進(jìn)行數(shù)字化控制、與ERP/MES長(zhǎng)期連接中建立起來(lái)的知識(shí)，像EUROMAP，如圖4，其它則包括最新開(kāi)發(fā)的AutoID，用于解決資產(chǎn)的數(shù)字化輸入，對(duì)RFID、QR碼等的數(shù)據(jù)接口，確保產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備、在制品都可以被便利的集成。機(jī)器視覺(jué)與機(jī)器人，在最新的OPC UA集，由VDMA協(xié)同各個(gè)機(jī)器人與視覺(jué)廠(chǎng)商共同開(kāi)發(fā)了這一越來(lái)越重要的伴隨模型，因?yàn)榻裉斓闹悄墚a(chǎn)線(xiàn)，機(jī)器人需要更多“眼睛”來(lái)識(shí)別在制品，對(duì)其位置、幾何尺寸等進(jìn)行識(shí)別，以便進(jìn)行各種撿取、加工動(dòng)作。

圖4-EUROMAP連接注塑機(jī)與MES系統(tǒng)

2.2TSN及其角色

TSN是另一個(gè)關(guān)注的焦點(diǎn)，早期應(yīng)用于音視頻同步，而2015年IEEE成立了面向工業(yè)應(yīng)用的TSN工作組，在2016年成立整形器（Shaper）工作組，到2018年開(kāi)始包括華為、CISCO、貝加萊、SIEMENS、Mitsubshi等各家自動(dòng)化公司宣布推出TSN交換機(jī)、TSN終端設(shè)備，TSN的發(fā)展速度較之以往的總線(xiàn)技術(shù)更為迅速。

2.2.1TSN解決統(tǒng)一的連接標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

圖5-工業(yè)通信技術(shù)逐漸向統(tǒng)一架構(gòu)演變

傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在著復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這些總線(xiàn)、基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信來(lái)自各個(gè)時(shí)期，以及始創(chuàng)企業(yè)自身的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景、行業(yè)屬性等，使得其具有較大的差異，并且在這些總線(xiàn)上數(shù)據(jù)對(duì)象的定義也有這較大差別，尤其是在數(shù)字化時(shí)代，IT數(shù)據(jù)的大負(fù)載與OT端的實(shí)時(shí)性、高可靠性同時(shí)傳輸?shù)男枨蟾鼮槠惹校瑏?lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的、管理級(jí)的數(shù)據(jù)要被納入統(tǒng)一架構(gòu)進(jìn)行融合，這也使得需要一個(gè)統(tǒng)一的底層網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)，因此，TSN成為了聚焦的關(guān)鍵技術(shù)，目前包括IEEE、IEC等均在制定基于TSN的工業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的底層互操作性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

如圖5所示，工業(yè)通信業(yè)的確朝著更為統(tǒng)一的方向發(fā)展，這也是潮流所趨。

2.2.2TSN的構(gòu)成要素

TSN事實(shí)上是由一系列IEEE標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，包括了圖6所示的幾個(gè)方面標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成：

（1）時(shí)鐘同步，在IEEE1588精確時(shí)鐘同步協(xié)議基礎(chǔ)上，考慮工業(yè)的高可靠性開(kāi)發(fā)了IEEE802.1AS-Rev的廣義時(shí)鐘同步標(biāo)準(zhǔn)，其主要負(fù)責(zé)最佳時(shí)鐘選擇、發(fā)送同步時(shí)間給各個(gè)橋節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)、延時(shí)計(jì)算等工作。

圖6-構(gòu)成TSN的標(biāo)準(zhǔn)組

（2）低延時(shí)整形器（Shaper），根據(jù)應(yīng)用不同，定義了IEEE802.1Qav-基于信用的整形器（Credit-Based Shaper），以及IEEE802.1Qbv-基于時(shí)間感知整形器、以及為了提升帶寬使用效率的IEEE802.1Qbu+IEEE802.3br的可搶占式MAC方式，包括IEEE802.1Qch-周期性排隊(duì)與轉(zhuǎn)發(fā)整形器，以及IEEE802.1Qcr采用ATS異步數(shù)據(jù)整形器的方法，這些整形器主要實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)調(diào)度”，以及如何在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)最高效的數(shù)據(jù)傳輸，而IEEE802.1QCB則針對(duì)冗余而設(shè)計(jì)，包括與5G融合的IEEE802.1QCM等正在制定中的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)配置雷標(biāo)準(zhǔn)：由于TSN能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)中的周期性和非周期性數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸，并且支持了橋接網(wǎng)絡(luò)（交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)），因此，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型、帶寬需求等與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜，需要一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)度，而中央網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)配置則是收集各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸需求，并統(tǒng)一計(jì)算，統(tǒng)一下發(fā)，統(tǒng)一調(diào)度，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的時(shí)候，可以自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的傳輸。

三、OPC UAover TSN在邊緣計(jì)算中的角色

對(duì)于OPC UA常用的角色主要體現(xiàn)在信息模型，然而，必須結(jié)合邊緣計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，我們才能更為清晰的了解到OPC UA將在其中扮演的角色，OPC UA大部分時(shí)間被討論在于傳輸（支持Client/Server，Pub/Sub機(jī)制的傳輸）、信息模型方面的能力，這里我們以數(shù)字孿生場(chǎng)景、機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用場(chǎng)景中的OPC UA角色來(lái)闡述其重要性。

3.1OPC UA與數(shù)字孿生

在數(shù)字孿生的設(shè)計(jì)中，控制類(lèi)設(shè)計(jì)軟件如ATLAB/Simulink可以為數(shù)字化模型提供OPC UA的接口，那么直接仿真的模型可以構(gòu)建一個(gè)基于OPC UA的信息傳遞規(guī)范，可以通過(guò)OPC UA接口與不同的控制器提供統(tǒng)一規(guī)范的連接，這樣就可以讓數(shù)字化的軟件與控制器進(jìn)行快速的模型交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的上下行信息交互。

圖7顯示了一個(gè)基于OPC UA的連接，如B&R的Automation Studio可以與MATLAB/Simulink通過(guò)OPC UA進(jìn)行信息交互—當(dāng)然，這同樣可以與其它第三方的控制器實(shí)現(xiàn)這樣的交互，對(duì)單個(gè)的控制器而言也許它的價(jià)值在于高效的信息建模，但對(duì)一個(gè)工廠(chǎng)涵蓋多家控制器而言，則意味著快速的跨平臺(tái)的連接。

圖7-基于OPC UA的數(shù)字孿生信息交互

在其它的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件如PTC、Solidworks均已提供了OPC UA的接口，并且可以與多種控制器連接，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)機(jī)理模型、學(xué)習(xí)模型與控制器的交互，而無(wú)需為每個(gè)不同的連接建立復(fù)雜的交互接口。

通過(guò)數(shù)字孿生，可以實(shí)現(xiàn)虛擬交付、虛擬調(diào)試等任務(wù)，連接數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)以及數(shù)字化維護(hù)。

3.2機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源

人工智能，包括機(jī)器學(xué)習(xí)被認(rèn)為是制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)解決非線(xiàn)性、聚合、關(guān)聯(lián)性分析的有效途徑，基于各種數(shù)學(xué)算法與模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制造現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析，但是，對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)而言，其必須實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的條件：

（1）結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)：如果數(shù)據(jù)缺乏結(jié)構(gòu)性，會(huì)產(chǎn)生與學(xué)習(xí)算法模型的無(wú)法對(duì)接問(wèn)題，或者會(huì)產(chǎn)生大量需要進(jìn)行手動(dòng)的映射變量的工作，而OPC UA提供了結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，并且，在OPC UA的方法中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了一些預(yù)處理，如積分運(yùn)算等，另外，基于OPC UA的SoA特征也使得各種數(shù)據(jù)應(yīng)用可以便利的訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

（2）有效數(shù)據(jù)：如果采樣大量無(wú)效數(shù)據(jù)，那么對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)而言同樣是沒(méi)有意義的，OPC UA的各種行業(yè)伴隨模型充分體現(xiàn)了其在工業(yè)領(lǐng)域的深厚積累，例如注塑機(jī)信息模型就包括了注塑機(jī)的模腔溫度、壓力、鎖模力、螺桿進(jìn)給速度等各種與注塑機(jī)質(zhì)量、運(yùn)行相關(guān)的參數(shù)，這些已經(jīng)被驗(yàn)證完整反映注塑機(jī)加工過(guò)程的信息模型為各種機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)分析平臺(tái)提供了快速構(gòu)建整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)。

關(guān)于高效傳輸不再累述，這是OPC UA眾所周知的基本功能，人工智能與現(xiàn)場(chǎng)連接同樣需要高效傳輸機(jī)制。

圖8-機(jī)器學(xué)習(xí)通過(guò)OPC UA獲得有效的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)

圖8結(jié)合信息模型，進(jìn)而分析機(jī)器學(xué)習(xí)中OPC UA所能提供的多個(gè)維度的支持。

3.3TSN為邊緣計(jì)算帶來(lái)架構(gòu)的柔性與便利

OPC UA over TSN可以實(shí)現(xiàn)傳感器到云的傳輸，這件事情本身對(duì)整個(gè)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景是一個(gè)巨大的變革，突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的層層架構(gòu)，賦予了新的應(yīng)用潛在的可能，使得整個(gè)運(yùn)營(yíng)管理更加透明、直接的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

向邊緣計(jì)算的擴(kuò)展，目前來(lái)說(shuō)，IT和OT端都延伸到了邊緣計(jì)算這個(gè)領(lǐng)域，各自發(fā)力，OT以解決原有問(wèn)題，以及新的形勢(shì)下的系統(tǒng)連接帶來(lái)的數(shù)據(jù)連接需求。

圖9-OPC UAover TSN實(shí)現(xiàn)完全集成

邊緣計(jì)算對(duì)于數(shù)據(jù)的需求是多樣的，而這正是TSN網(wǎng)絡(luò)所要應(yīng)對(duì)的，也即，TSN為這樣的場(chǎng)景而生。

TSN實(shí)際上不僅是一項(xiàng)技術(shù)，它對(duì)于IT和OT融合的格局將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響：

（1）TSN使得新的計(jì)算架構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)：傳統(tǒng)的控制集中式架構(gòu)，DCS分布式控制架構(gòu)，但是，未來(lái)，有了TSN，新的架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)任意形式的，分布或集中，可以說(shuō)沒(méi)有邊界，數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)TSN交換網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送到云端，這構(gòu)成了應(yīng)用的云端化，也會(huì)產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)模式。

（2）TSN也將擴(kuò)張到更多的領(lǐng)域，使得OT可以借助于更多的技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題。包括機(jī)器視覺(jué)、AR/VR，而解決問(wèn)題不僅在控制，也在管理運(yùn)營(yíng)。

（3）TSN使得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可以被有效的傳輸，分流，自動(dòng)化在其中扮演更為靈活的角色，數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理本身就是自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，而借助于TSN會(huì)能夠讓自動(dòng)化進(jìn)入更為廣泛的領(lǐng)域，包括進(jìn)入樓宇、智慧城市、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

圖10-邊緣計(jì)算層級(jí)

圖10所示，為工業(yè)領(lǐng)域的邊緣計(jì)算從嵌入式到云端的整個(gè)層級(jí)過(guò)渡，這里必須依賴(lài)于OPC UA over TSN從底層到頂層的連接。IT與OT如何發(fā)揮各自效應(yīng)，則關(guān)鍵在于如何借助于OPC UA over TSN的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)融合，如果各自為政，最終對(duì)于IT而言，則無(wú)法獲得經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于OT同樣如此，如果無(wú)法取得經(jīng)濟(jì)性，高效益，用戶(hù)最終也無(wú)法讓整個(gè)架構(gòu)推進(jìn)。

四、OPC UA over TSN構(gòu)建全新OICT融合生態(tài)系統(tǒng)

技術(shù)的發(fā)展有一種自然而然的規(guī)則，非以人的意志為轉(zhuǎn)移，從IT與OT融合角度來(lái)看，的確需要一個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)—這是自然發(fā)展的規(guī)律，從競(jìng)爭(zhēng)到競(jìng)合，這是一個(gè)必然的過(guò)程，而對(duì)于IT與OT都屬于工程技術(shù)界，那么本身的融合自然依靠于技術(shù)來(lái)作為生態(tài)系統(tǒng)的基底，而能夠扮演這個(gè)角色的，就目前來(lái)看，想要使得雙方都能夠獲得有效數(shù)據(jù)傳輸，則TSN可以在其中扮演這個(gè)角色。

圖11-OPC UA over TSN構(gòu)建未來(lái)制造技術(shù)生態(tài)

圖11為在OPC UA基金會(huì)中對(duì)于FLC-Field Level Communication的定義，將TSN與OPC UA融合，構(gòu)成OPC UA over TSN（注意這里的OPC UA over TSN中over是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)連接寫(xiě)法）。

對(duì)于IT與OT端而言，各自對(duì)如何推進(jìn)制造有各自的想法和主張，但是，必須明確的是“融合”是誰(shuí)也規(guī)避的，誰(shuí)也不能自說(shuō)自話(huà)，必須通過(guò)相互的配合，但是，各自又有“邊界”，對(duì)于OT而言，優(yōu)勢(shì)在于接近現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物理對(duì)象與模型、控制、優(yōu)化有直接的采集、連接、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累，而對(duì)于IT則在于交換網(wǎng)絡(luò)、軟件、工具與方法等的積累，但是，相互逾越都不會(huì)專(zhuān)業(yè)，而邊界其實(shí)就在這個(gè)融合的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范上，各自繼續(xù)發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，而又可以為用戶(hù)帶來(lái)基于轉(zhuǎn)型需求的價(jià)值提升。

至于這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)所需的商業(yè)智慧，則需要來(lái)自IT與OT業(yè)界的同仁們共同來(lái)構(gòu)建，需要引入專(zhuān)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)研究的管理學(xué)家能夠參與其中，技術(shù)作為載體，而價(jià)值作為OT與IT各自有其發(fā)揮的領(lǐng)地，而如何平衡其中的關(guān)系與利益，則是來(lái)自于“人”的智慧。

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