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隨著物聯網 (IoT) 迅猛發展，家庭和工作場所的互聯設備實現了無限的可能性。事實上，根據一份行業報告顯示，截止 2020 年，可連接到互聯網的智能設備將超過 500 億部。雖然人們關注的焦點是這些互聯設備將如何永遠地改變我們的生活，但也有一個工業領域必將因為 IoT 和物物相連而經歷一場深刻的變革。這個領域就是工業自動化。 歡迎進入“工業 4.0”時代 工業自動化近年來一直在經歷快速的技術轉型。事實上，自從機器至機器 (M2M) 技術在幾十年前問世以來，工業自動化一直處于穩定向上的發展態勢，但仍然受制于車間內的基本通信條件。 隨著業界掀起了通常稱為工業物聯網 (IIoT) 或“工業 4.0”的新一波工業自動化浪潮，如西門子和通用電氣等主要工業自動化制造商都在致力滿足用戶的互操作性需求，不僅是設備之間的互操作性，還包括遠程的設施和運營機構之間的互操作性。工業 4.0 不僅僅是指將幾部獨立設備連接到基礎設施，它還涉及到這些設備怎樣連接。這一波新浪潮帶來了工業供應鏈的各個環節之間的更多的交互和數據交換，從車間的終端節點（傳感器、執行器、聚合器等）開始，在整個 IoT 企業中傳送數據，最終傳送到云數據中心。此外，我們也不要忘記，隨著云在工業 4.0 中發揮更加關鍵的作用，網絡安全也變得更加重要。 障礙仍然存在 毋庸置疑，IoT 和工業自動化已經取得了長足的發展，很多公司掌握了大量數據，并且簡化了運營流程，從而提高成本效率、縮小外形參數和減少能源消耗。但隨著工業 4.0 的到來，嵌入式系統復雜性的日益增加以及更加復雜的片上系統 (SoC) 架構的相繼問世，我們現在正處于一個關鍵的時刻。 為了保持競爭力，工業自動化制造商必須解決以下問題： ·全球市場：全球市場競爭日趨激烈，這促使制造商將注意力放在成本縮減上，包括投資和運營開支 ·安全問題：由于設備和局域網 (LAN) 之間的連接增多，所交換數據的價值日益提高，網絡恐怖主義成為我們非常擔憂的現實問題，這也促使制造商高度重視各種安全問題 ·安全要求：在工業自動化環境中，可能出現的人身傷害會產生很高成本，因此必須提高安全要求 應對挑戰 可靠的工業自動化系統解決方案不僅要應對上述趨勢，還要確保工業自動化制造商能夠提升產品競爭力，縮短產品開發時間，當然還要最大程度地減小IIoT系統啟動的工作量和成本。實現這些目標最終將有助于制造商更加快速高效地將產品推向市場。此外，在從舊系統遷移到 IIoT 時，公司希望整合當前的嵌入式設計，以優化軟件復用，擴大工業產品線，同時縮減產品尺寸以及降低能源消耗。 圖 1：當前 IoT 的工業自動化解決方案必須能夠在混合操作系統環境中運行，可能包括開源軟件（Embedded Linux 和 Android）和商用實時操作系統，或者完全沒有操作系統——在裸機上運行。所選的商用 RTOS 必須通過最新安全認證，這一點也非常重要。 商用 RTOS 的性能和選擇標準 如果您的工業自動化解決方案的核心將在商用實時操作系統 (RTOS) 上運行，建議您選擇適用于各種工業自動化設備和系統的具有可擴展性并經過完全優化的 RTOS。任何一款性能優良的 RTOS 都應該包括用于應用程序分離的用戶空間進程模型，可對需要更高安全性的特定應用程序進行分區。您選擇的 RTOS 應該提供各種連接和安全選項，其中包括最新的安全認證。至少必須通過 IEC 61508 認證。除此之外，還建議您的 RTOS 應該兼容其他類型的通信認證，以建立針對網絡安全的工業控制。 使用 RTOS 的另一個重要方面是確保您的 RTOS 能夠在跨平臺開源用戶界面 (UI) 開發框架上運行。當前常用的 UI 開發框架是 Qt 平臺。Qt 提供了視覺顯示項目庫，讓開發人員能夠在最精簡的高性能 RTOS 的基礎上，構建更加本地化且便于操作人員使用的 UI 圖形。 同樣還需要開源軟件 在選擇如Linux 等開源軟件 (OSS) 平臺時，Linux 內核必須是可提供商業支持的、可擴展且可定制的平臺。Yocto 項目就是 Linux 開發社區的一個例子，其可以幫助用戶快速啟動定制 Linux 項目。借助諸如此類的 Linux 平臺，項目團隊能夠快速高效地擴展 Linux 系統并將其應用于量產。在工業自動化產品中，Linux 應該集成高級工具和支持功能（例如實時補丁 PREEMPT_RT 和 SELinux）以實現安全性，這一點非常重要。您選擇的 Linux 平臺還應該具備專有功能作為輔助，包括快速啟動技術、工具測試和多核支持（它可以實現多核架構的開發）。 多核支持的重要性 對于任何工業自動化解決方案，確保操作系統支持多核開發都是一個關鍵因素。多核支持讓開發人員能夠配置、部署及管理異構和同構處理器上的多個操作系統和應用程序。多核開發支持有助于我們管理和應對諸多挑戰，如與異構多核環境內部的進程間通信、資源管理/共享、多核管理相關的挑戰。可靠性涉及到工業自動化的方方面面；異構架構內部的軟件開發人員必須確保如果某個子系統發生故障，整個系統的其他部分不會出現故障或受到影響。 內置連通性和中間件 任何工業自動化解決方案的另一個關鍵要素是連通性和中間件的可用性。合適的平臺應該具有多種連通性和中間件功能，從而方可構建功能豐富的工業自動化系統。該平臺還應該采用 IoT 技術以支持 OEM 云戰略。這些技術可以支持 CoAP、RESTful API、MQTT 等協議。 圖 2：典型的多平臺解決方案能夠實現工業自動化，從終端節點（供給泵、壓力傳感器、安全閥等）到企業，最終到云。 結論 對于考慮實施 IIoT 解決方案，對工業軟件工程師或公司首席財務官而言意味著什么？首先，通過融合，公司有機會創造更豐厚的利潤。適合工業自動化的 IIoT 解決方案包含很多經過測試和驗證的技術融合。這會帶來很多益處，包括加快系統啟動和減少安全漏洞。這種方法讓企業能夠將更多時間投入到產品或市場差異化方面；公司能夠專注于建立戰略和競爭差異。最后，如果選擇包含多種運行時環境、集成工具和第三方技術的平臺，您將能夠構建工業自動化解決方案。利用它，您可以輕松添加新產品線或功能、延長產品生命周期、縮小產品外形參數以及降低能源消耗。 對于希望以最低風險利用舊系統的工業自動化系統嵌入式開發人員而言，現在正是充分利用 IoT 和工業 4.0 的良機。 |
