工业蜂窝网络+算力平台“双擎”加持，让开放自动化愿景更进一步

施耐德电气 2024-09-26

工博会第一天，施耐德电气携手合作伙伴发布《工业蜂窝网赋能的开放自动化解决方案》报告。

多年来，与日新月异的IT领域相比，人们在谈论工业和OT时往往会联想到“封闭”和“专有”等刻板印象。诚然，这些经年累月的生态壁垒难以在短期内彻底打破，但在开放自动化浪潮的引领下，变化已悄然发生——在一些领先的数字化工厂，原本繁杂的线缆被无线网络所替代，快速搭建柔性产线变得更加高效便捷；工程师可以基于预先封装好的AGV或机械手等功能模块实现快速开发和测试，且无需重复做工......

自施耐德电气2020年推出EcoStruxure开放自动化平台（EAE）平台，在业界打出响亮的一枪以来，短短四年间，开放自动化已经从概念逐步深入实践，越来越多的主流厂商从观望转向积极参与，技术与场景的融合成果也不断涌现。对此，中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师王哲表示：“数字化价值正从工业外围辅助环节向生产控制核心环节不断渗透。尤其是随着5G、边缘计算、人工智能等信息通信技术在工业领域的逐步深入，工业控制领域正经历一场‘网络化、开放化、智能化、协同化’的新型工控革命。对于整个工业界来说，采用新的技术和架构，构建开放化的自动化系统逐渐成为共识。”

在此背景下，施耐德电气联合中国信息通信研究院、中国联通以及北京华胜锐盈共同编写了《工业蜂窝网赋能的开放自动化解决方案》（下称“报告”），并于9月24日工博会首日发布，通过用自身在工业蜂窝网、边缘算力赋能开放自动化的应用实践成果，助力产业高质量发展。站在离散制造业的实际需求，该报告不仅结合新型工控系统的发展趋势，详细描述了开放自动化系统架构，还系统性地提出了工业蜂窝网的定义、范畴、典型网络架构，并对支撑开放自动化的边缘算力平台的系统架构、规划、部署和运维进行了详尽解读。这些前沿探索对开放自动化的深入发展具有重要意义。

工博会第一天，施耐德电气携手合作伙伴发布《工业蜂窝网赋能的开放自动化解决方案》报告

网络和算力平台加持，助力实现更好的开放自动化未来

由于历史原因，传统工控长期面临“四座大山”，即工业通信生态壁垒、软硬件强绑定、传统工业网络形态复杂以及缺乏灵活的工业算力。据统计，目前工业通信协议的国际标准已超过30种。各大厂商围绕PLC工控开发软件和工业通信协议，形成了一个个烟囱式的封闭生态圈，使得不同厂商之间的硬件和软件难以互换和移植。

纵观工控系统从封闭走向开放的演变历程，不难发现，作为工控核心大脑的PLC成为了这一过程中的关键“堵点”。

中国联通大数据首席科学家范济安回顾以往时表示：“由于工控系统涉及到许多设备之间的精准配合，对时延的控制与误差要求极高，这使得PLC通常采用有线的方式，无线网络一般不在考虑之中。然而就在去年，我们联合施耐德电气和中国信息通信研究院发布的《5G+PLC深度融合解决方案》报告中，已经验证了新一代无线蜂窝通信技术5G能够进入工业控制的核心环节，从而显著提升产线的柔性能力。”

这种改变意味着工厂不再需要为每个工站都配备一台PLC，从而大大降低了产线的投资成本，并实现了控制器的集中化。既然PLC不再受到物理束缚，那么连传统的实体PLC也不再是必需？答案是肯定的。据施耐德电气工业自动化中国区开放自动化业务发展总监申红锋介绍，施耐德电气和合作伙伴在今年的实际应用中，将控制系统南向链接的无线化进一步延伸至控制虚拟化及平台生态化。同时，网络连接也从5G专网迭代至融合了5G、4G（含Cat.1、Cat.4等)和NB-IoT等多种网络制式的工业蜂窝网。

“之所以进行这两方面的迭代，是因为它们恰好符合开放自动化系统本身的发展需求。”申红锋进一步解释道，“有了网络和算力平台的加持，开放自动化的愿景得以更好地实现。”

一方面，虽然5G进入南向的能力已经得到验证，但并不是所有设备都需要享受5G的高速率、大带宽特性。工业现场的应用十分复杂，不同场景对网络的指标要求并不相同——有的终端对速率要求不高，但对功耗非常敏感；有的终端部署数量较多，希望成本更加经济。对此，施耐德电气与合作伙伴提出了“工业蜂窝网”这一概念。这样既能满足不同智能制造场景对网络能力的差异化要求，还兼具易用、安全、合规、低功耗等特点。

另一方面，传统实体PLC的“重任”可以由采用超融合架构的工业边缘算力平台来承接。北京华胜锐盈科技有限公司总经理/创始合伙人王宇男认为，超融合对工业企业客户而言是最完美的一种选择：“超融合一来能够有效降低从设备采购到维护的成本，二来可以根据企业需求的增长实现快速、灵活的扩容，具有高度开放、高可用、易于扩展、弹性伸缩、便于维护和管理等优势。”

开放自动化的前景固然美好，但相比于抽象的概念，企业更希望看到其落地的具体样貌。施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台（EAE）正是开放自动化系统架构的一个典型实例。基于IEC 61499标准，施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台通过对软件和硬件进行解耦，实现IT/OT的真正融合，推动工业自动化领域的“即插即生产”，切实解决厂商之间应用软件的可移植性、可配置性和互操作性问题。

据申红锋介绍：“自2020年发布以来，施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台以3-6个月为一个周期持续迭代，至今已经更新至V24.0版。全新升级的版本在‘高、大、稳、广、易’这五个方面得到了强化——‘高’指的是整合了工业视觉算法、数字孪生等高级应用；‘大’意味着更大的系统规模，目前每个解决方案可支持超过5000个I/O；‘稳’意味着系统可靠性的进一步提升；‘广’是指平台能够支持Profinet、MQTT、OPC-UA、Modbus等更加广泛的通信协议；‘易’则是通过提升易用性为用户带来更好的开发体验。目前，该平台已经在交通基础设施、水与污水处理、地下管廊、隧道、物流、厂务系统、离散工业生产线、数据中心等多个行业得到了广泛应用。”

拥抱开放自动化=拥抱更低的成本、更高的效率

若是问“为什么开放自动化是工业必须拥抱的未来？”，那必须得看企业能从中获得哪些“真金白银”的收益。

在施耐德电气上海工厂，算、网、控的融合正在赋能自动化设备的改造和柔性产线的构建，为工厂带来的成本收益与效率提升。施耐德电气全球供应链中国区低压产品事业部副总裁应鹏介绍：“施耐德电气上海工厂之所以要部署工业蜂窝网和开放自动化平台，主要动力源于两大需求——一是对自动化设备改造的需求，二是对产线柔性化升级的需求。上海工厂至今已有28年的历史，随着自动化程度的逐步提高，许多设备处于逐步演变的过程中，一些老设备自然需要进行升级改造。然而，在这个过程中，由于硬件的PLC和工站的强绑定，IT和OT之间相对割裂，会在时间和成本方面带来挑战。”

在高速全自动铆银机设备改造项目中，其所用PLC运行10年以上且已停产，系统生命周期到达终点。这意味着一旦出现故障，维修或替换将面临困难，甚至可能造成生产线的长时间停顿，影响生产计划和交货周期。更令人头疼的是，实体PLC与软件程序一对一的绑定关系使得程序不能复用，设备改造升级成本高，同时由于老旧的PLC缺少相关的一些通信功能，导致设备数据采集困难。

为了解决这些挑战，施耐德电气联合合作伙伴采用工业蜂窝网+虚拟PLC的方式对原来的系统架构进行改造。这套方案的灵魂，正是施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台通过工业蜂窝网与I/O交互，将原有的硬接线通过无线方式代替，提高了产线的柔性，而EAE SoftdPAC则实现了软硬件解耦，提高了软件的可重用性。应鹏介绍称，本系统已成功于2024年3月正式进入商用环境下运行，成功验证了工业蜂窝网+EAE可以在高速设备（CT<5s）上使用，改造前后设备产品质量保持一致，预计10台自动铆银机可降低改造成本高达75万元。

除了旧设备的改造，一些新产线为了提质增效，也希望进一步引入AI等新兴技术，但往往会担忧转型升级的成本和实施效果等问题。

一条接触器的全自动柔性装配线，希望利用AI视觉技术来优化产品质量检测。按照传统方案，工业相机需要将拍摄的图片通过内置算法自行判断并将结果发送给产线MES系统，再通过MES系统将信息传递给PLC，整体信息流冗长复杂，而且工业AI相机价值不菲、成本高昂。如今，有了施耐德电气工业蜂窝网与开放自动化平台相结合的方案，则可以通过将模型训练算法以及推理算法分别部署在AI引擎和边缘推理服务中，从而将原有工业相机替换成普通的相机，这一方面大大降低了成本，另一方面由于使用自身的视觉算法，调试设备的周期得到缩短，效率得到更大的提升。

对此，申红锋进一步解释：“施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台可以和视觉检测、先进控制算法、预测性维护等先进技术轻松集成，并通过统一的算力平台进行承载。这样就能充分发挥控制和计算的结合对生产效率和质量等带来的提升。”

机遇与挑战并存，开放自动化的发展需要生态协同

在国家新型工业化政策的指引下，新型工业控制系统迎来广阔的空间和新的机遇。作为工业领域的颠覆性创新，开放自动化既是新工业革命的内在要求，也是驱动产业高质量发展的不竭动力，它推动了IT与OT的深度融合，帮助制造商提高生产过程的柔性和透明性，降低生产和建设成本，解决运维和升级的难题。

虽然未来的前景广阔，但是我们也必须认识到——通往开放自动化的前路是一条机遇与挑战并存之路。

首先是工业网络方面，范济安指出：“目前存量市场上工业有线网络依然大量存在，但随着客户定制化需求的增加和生产装备的智能化，制造企业的生产必然更加柔性，客观地为无线网络带来机会。未来工厂网络将是有线、无线相互融合的过程，其中无线网络中的工业蜂窝网将向多网融合，便于运维的方向发展。如今我们和施耐德电气的合作，已经在工厂生产中得到成功验证，面向未来整个行业的成千上万家工厂，我们也在研究如何把5G与工业蜂窝网+开放自动化打造成一个服务于多企业的新型工控平台。”

然后是在算力平台方面，王宇男进一步表示：“虽然工业边缘或现场侧的计算需求各不相同，但总体来讲，高可用性、低时延、安全性和可扩展性是共同的需求，这就要求算力平台供应商推出适配的系统或平台来满足行业客户的应用需求。”

随着产业转型升级进一步步入深水区，“开放”即意味着将更多的工业企业纳入这股浪潮，所以生态圈的合作非常关键。目前，整个产业的生态合作已经积极开展，据王哲介绍，2023年11月，信通院联合20余家企业和科研机构共同启动“新型工控启航行动”，围绕技术验证、标准研制、应用创新和产业促进四个关键环节展开工作，以推动新型工业控制技术创新发展，促进产业生态建设。目前，该行动已经完成了六项标准的研制，发布了四份研究报告，并在新型工控技术验证测试床搭建方面取得重要成果。

站在技术演进与产业变革的转折点上，拥抱开放自动化已经成为制造企业的必选之路。对于施耐德电气来说，开放（OPEN）是面向工业自动化领域的长期目标，申红锋对OPEN进行了进一步拆解：“O是Offer，意味着我们要始终为客户提供一流的硬件、软件和服务；P是Partner，我们一直以来都尤为看重合作伙伴和生态建设；E是Energy，我们正在用自身擅长的能源管理软件和数字化技术助力各行各业提高工业和能源的效率，实现绿色智能制造目标；N是指Next generation，寓意我们将坚定不移地向着下一代工业自动化，即软件定义的、开放的自动化未来持续迈进。”