新技術的進步加上對更高效的制造工藝和工廠的需求，正在推動工業(yè)設施的前所未有的變革。這些變化正在提高自動化，精確度和可用數(shù)據(jù)量。

這些進步帶來了工業(yè)4.0的現(xiàn)實，為制造商提供了巨大的希望和機會，通過提高生產(chǎn)力在全球經(jīng)濟中競爭，安全性和可靠性，同時減少排放。據(jù)估計，在未來10年內(nèi)，這些機會對自動化設備制造商來說意味著約6.5萬美元。

雖然機會很有吸引力，但還有很多障礙需要克服。例如，在傳統(tǒng)上保守的行業(yè)中采用新技術可能會很慢。如今的自動化工廠通常是新系統(tǒng)和遺留系統(tǒng)的混合，系統(tǒng)間通信具有相關的復雜性。從網(wǎng)絡邊緣安全地捕獲和傳輸數(shù)據(jù)仍然很難與現(xiàn)有基礎設施無法實現(xiàn)。簡而言之，工廠和加工廠不會在一夜之間變換。需要一段過渡期。

為了實現(xiàn)并加速這種轉(zhuǎn)變，自動化供應商正在轉(zhuǎn)向ADI公司等技術合作伙伴和供應商，以提供更多的系統(tǒng)領域?qū)I(yè)知識和解決方案。

互聯(lián)企業(yè)所需的過渡，特別是以太網(wǎng)和安全

工業(yè)以太網(wǎng)已廣泛應用于控制應用領域，并隨著組織和市場向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)變而不斷擴展，成為首選的通信媒介。

其中一個挑戰(zhàn)是解決以太網(wǎng)上的確定性問題。許多協(xié)議使用專有的第2層解決方案但是，當嘗試提取相關數(shù)據(jù)以供企業(yè)網(wǎng)絡的更高級別使用或在不同的制造節(jié)點之間進行協(xié)調(diào)時，這些可能會導致嚴重的互操作性問題。新的IEEE 802.1 TSN標準針對工業(yè)控制中遇到的同類問題，并承諾從專有解決方案轉(zhuǎn)向支持基于標準的方法。

以太網(wǎng)傳統(tǒng)上是一種盡力而為的網(wǎng)絡。要允許以太網(wǎng)部署在關鍵任務應用程序中，必須添加特定功能，包括時間同步，計劃流量，入口策略，無縫冗余等。這些新興IEEE TSN標準背后的目標是實現(xiàn)真正融合的網(wǎng)絡，所有類型的流量都可以無縫共存。這將允許關鍵任務實時流量在與流量流量和盡力而為流量相同的網(wǎng)絡上傳輸。這些功能使網(wǎng)絡設計人員能夠確保在整個網(wǎng)絡拓撲中按時，按時交付某些類別的流量。與專有的第2層解決方案不同，這些功能可以擴展到千兆線路速率以及更高。

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將邊緣設備連接到由TSN支持的融合可信賴的工業(yè)4.0連接企業(yè)網(wǎng)絡，帶來了許多挑戰(zhàn)。邊緣設備中的當前通信技術（例如，現(xiàn)場總線和4mA至20mA電流回路）工作 - 并且它們可靠地工作。但是，從工廠車間到前臺辦公室的路徑上的多層通信往往阻礙了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆疲ū镜鼗蜻h程）。通常需要網(wǎng)關將一種格式或協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種格式或協(xié)議，并且數(shù)據(jù)可以存儲在多個服務器上，以實現(xiàn)分析的實際發(fā)生。將數(shù)據(jù)從簡單傳感器移動到云的總擁有成本不僅涉及數(shù)據(jù)交付所需的設備，還涉及確保數(shù)據(jù)完整性所需的軟件，處理和人力。

將以太網(wǎng)帶到如此簡單的設備（例如溫度變送器）似乎是矛盾的，它不是關于設備的簡單性或它產(chǎn)生或消耗的相對少量的數(shù)據(jù)。它是關于在融合網(wǎng)絡上經(jīng)濟高效地從設備中提取數(shù)據(jù)的能力，然后使用該數(shù)據(jù)獲得可操作的結(jié)果。例如，分布式控制系統(tǒng)（DCS）可能使用來自溫度變送器的數(shù)據(jù)來確保其部分過程實時控制運行。但是，這個特定溫度也可能對整個過程產(chǎn)生影響。通過將溫度變送器無縫連接到云，可以近乎實時地考慮所有過程參數(shù)來執(zhí)行分析，以確保整個過程正在運行。可以進行調(diào)整，以便優(yōu)化生產(chǎn)或提高能效。

ADI將這些挑戰(zhàn)視為客戶成功的關鍵，也是我們投資尖端技術以推動以太網(wǎng)發(fā)展的動力因素。一種關鍵的支持技術，我們稱之為低復雜度以太網(wǎng)，是將簡單工業(yè)設備（如溫度變送器）直接引入以太網(wǎng)的驅(qū)動程序。

低復雜性以太網(wǎng)解決了當今標準第2層以太網(wǎng)實施的傳統(tǒng)尺寸，功耗和成本問題，從而降低了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说目傮w擁有成本。

向融合工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡的過渡還需要在物理層進行創(chuàng)新，以提供與現(xiàn)有系統(tǒng)的某些固有功能相匹配的解決方案。許多部署最廣泛的以太網(wǎng)物理層標準限制為100米電纜長度，并且需要多條雙絞線電纜才能實現(xiàn)。相比之下，工廠自動化網(wǎng)絡基礎設施的許多現(xiàn)有安裝基礎都建立在單根雙絞線上，可以以31.25 kbps的數(shù)據(jù)速率延伸超過1000米。為了解決這個問題，ADI正在IEEE的主持下與主要的工業(yè)合作伙伴合作開發(fā)新的以太網(wǎng)標準。該標準稱為10SPE，可通過單根雙絞線電纜工作，長度可達1000米，數(shù)據(jù)速率為10 Mbps。通過采用基于標準的協(xié)作方法來解決這一問題，ADI正在協(xié)助降低采用障礙，縮短實現(xiàn)融合的工廠范圍網(wǎng)絡目標的時間框架。

除了開發(fā)支持以太網(wǎng)融合的新功能外，其他已經(jīng)使用100 Mbps確定性以太網(wǎng)的應用正在推動帶寬和性能的極限。諸如機器人技術之類的應用需要越來越多的協(xié)調(diào)軸控制，其精度比以前更高。將控制網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換為千兆位速度有助于滿足這些要求，并代表了工業(yè)以太網(wǎng)市場的另一個主要趨勢。

以太網(wǎng)的飛速成功往往使以太網(wǎng)技術用戶難以解決與其應用相關的安全問題。預計的工業(yè)網(wǎng)絡邊緣數(shù)據(jù)和傳感需求的增長可能會受到安全感知風險的阻礙。此外，工業(yè)控制應用中對低延遲和抖動的要求可能與安全要求直接沖突。這些技術的用戶有責任盡快解決這些應用中的性能和安全問題。

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工業(yè)領域的網(wǎng)絡安全風險每天都在受到越來越多的關注。由于工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出現(xiàn)，工業(yè)空間正在被廣泛分布的設備，動態(tài)信息流和跨環(huán)境的連接定義，以提供新的功能。然而，毫不奇怪，除了創(chuàng)建新功能外，它還會產(chǎn)生以前未曾想到的新安全威脅，但比以往更加真實。

如果想象必須安全連接到網(wǎng)絡的設備數(shù)量很多，那么很明顯，建立這些設備的身份是有問題的。物理上分布的共享加密密鑰很快變得不切實際，證書交換的管理變成了物流的噩夢。如果要實現(xiàn)值得信賴的工業(yè)4.0企業(yè)的愿景，無鑰匙的身份建設至關重要。同樣，需要具有低固定延遲和小硬件和/或軟件占用空間的輕量級加密技術來安全地連接網(wǎng)絡邊緣的高度受限設備。 ADI在資源受限設備的身份認證和安全解決方案以及輕量塊加密等技術上投入了大量資金，以解決這些重要問題。

結(jié)論

ADI公司工業(yè)自動化集團提供領先優(yōu)勢在工業(yè)網(wǎng)絡邊緣的傳感，控制，監(jiān)控和強大的實時通信系統(tǒng)領域的解決方案。 ADI在安全和認證，功能和本質(zhì)安全以及多協(xié)議支持等領域開發(fā)并獲得了專業(yè)知識。通過強有力的合作，我們將實現(xiàn)并加速向信任的IIoT連接企業(yè)從傳感器到云的過渡。