工业自动化架构演进：采用开放架构实现灵活性与可持续性

核心摘要：工业自动化架构的演进

制造商正转向开放工业自动化架构，以提升灵活性、效率与可持续性。传统封闭系统的专有代码限制了可扩展性与互操作性。基于IEC 61499的开放自动化实现硬件无关的控制系统，新旧技术无缝集成，支持更快软件开发、预测性维护、更易数据获取。通用自动化赋能制造商减少停机、降低成本、更自由创新，网络安全与高可用性架构保障面向未来的韧性运营。

2025年工业制造商寻求以少胜多，正探索先进自动化架构，平衡运营效率与更广泛的可持续性责任。

虽每家制造商不同，利用数字化实现个性化目标，但全行业共享共同目标：最小化停机、提升运营效率、减少各形式浪费、推进制造业集体可持续发展之旅。

这些目标驱动工业自动化（IA）控制系统在运营技术（OT）层面向开放架构演进。这种演进能为企业及供应链创造价值。

推动开放自动化的动力是什么？克服传统专有技术虽各自运行良好，却被锁定封闭、代码不可移植的弊端。制造商无法在更先进版本推出时立即替换关键资产，导致传统硬件搭配定制软件、通讯与硬件留存，锁定单一供应商。拥有多供应商分散系统的典型制造商，在数字化转型推进中将见此挑战放大。

许多最终用户需大规模重构IA系统，因运行在传统硬件上的代码与新一代硬件不兼容、不可移植。这阻碍英国制造业数字化转型，将提升效率的能力拖延在巨大成本与时间投入之后。答案是向IT界常见的开放自动化转型。制造商需软件中心、硬件无关的系统，使应用代码可移植至任意供应商的多种硬件运行。这打通不同机器、设备、传感器的通讯，让操作人员更高效工作、以少胜多。采用IEC 61499通用自动化标准即可实现，该标准定义如何使用"即插即用"软件组件设计分布式应用，独立于执行硬件。标准由自动化用户、技术供应商、学者组成的社区推动，通过非营利组织Universal Automation.Org引领。工厂工程师、系统集成商、OEM或制造供应链中设计、连接、支持传统系统的任何人，可降低服务单个资产的巨额支出，同时为持续改进铺路。

例如成熟的食品饮料制造业，新旧资产混合常见。消费者基于多因素决策购买，在快速变化的行业中总寻找下一款产品或口味。制造商需灵活扩展以响应市场需求，但专有系统让这似乎不可能。开放自动化以更少非增值任务时间、更多创新时间实现这种灵活性。此例适用于任何规模、任何产品的制造商，正如近期研究报告《数字化工业自动化定量比较》所示，现场测试表明开放自动化下标准生产策略的软件工程交付速度快3倍，主动增加灵活性。

"自动化架构演进驱动制造商走向开放、软件中心的系统，实现灵活性、效率与可持续性。"

工业自动化架构的数字化

跨行业广泛采用IIoT技术为制造商带来即时改进，但许多因无法完全致力于自动化而受限于无法发挥真正潜力。例如给传统资产加装传感器采集实时数据，虽支持主动维护减少停机，但缺乏互操作性而受限。通过开放自动化平台共享同一传感器数据，将主动维护能力扩展至全厂所有新旧数据源。制造商可利用单一数字化主线做出明智决策，提升正常运行时间、维护与能耗，无需昂贵投资新关键资产。释放工厂数据流驱动更多边缘设备部署，在资产附近提供处理能力，创建分布式架构，提供更强韧性、可用性与可维护性。相比之下，传统大型集中式控制架构难以应对现代制造流程复杂性，尤其是企业寻求规模化与保持灵活时。这催生对面向数据驱动未来的物理I/O需求。面向未来的I/O产品利用开放以太网协议提供多设备、多架构连接，实现更好性能与可用性。这不仅提供短期优势，更兑现通用自动化承诺，创建统一自动化框架，使今日架构能随未来技术演进，再次赋能制造商自由探索数字化转型任何要素。

工业自动化架构的网络安全

依赖数据连接的工业活动始终伴随网络安全顾虑，不限关键基础设施。各规模企业遭攻击日增，制造商融入更复杂供应链，攻击面扩大。正如通用自动化全覆盖，网络安全战略也须整合人员、技术、运营。数据流开放不代表必须有数据保护漏洞，即使是可能有可利用控制系统的传统资产。这驱动对IEC62443网络安全标准认证解决方案的需求，保障工业系统潜在漏洞，明确各层级责任。实现通用自动化与数字化转型潜力，意味着网络安全须超越流程程序，涵盖接入网络的每个资产或产品。通过去中心化与采用先进功能，制造商将见安全数据交换降低风险、提升整体韧性，即使网络攻击更复杂。这对想在最小化风险下获通用自动化收益的制造商至关重要，始终考虑未来需求同时释放即时效益。

"开放自动化架构释放互操作性，让制造商无缝集成新旧技术，实现更高效率与创新。"

高可用性架构

非计划停机对各规模制造商成本巨大。Performance in Focus 2024报告显示平均小时停机成达£5,471.95，驱动预测性维护与使其成为可能的开放自动化需求。为应对挑战、实现零容忍停机的高可用性架构，制造商可组合热备处理器、冗余交换机、冗余I/O、冗余电源、模块热插拔、Change-Config-On-The-Fly (CCOFT)、Fast Device Replacement (FDR)内置诊断、环形网络拓扑等技术。

工业自动化架构的未来

开放与通用自动化代表工业架构未来，支持制造商2025年以少胜多。面向未来的方法赋能各规模、各专业设施持续创新优化，远超单一技术部署，实现数字化转型全部潜力。通用自动化在英国制造业数字化运营以全球竞争中扮演日益重要角色。

常见问题：工业自动化架构

是什么驱动向开放自动化转型？
制造商需要灵活互操作的系统，不被单一供应商锁定

什么是IEC 61499？
使即插即用软件组件独立于特定硬件的标准

开放自动化如何助力数字化转型？
允许新旧系统连接，实现更快升级与更大创新

对制造商的益处？
减少停机、加快软件开发、更好扩展性、提升效率

为何硬件无关架构重要？
使相同应用代码可在不同设备运行，提升灵活性降低成本

什么是通用自动化？
由全球用户与供应商社区驱动的开放互操作自动化系统运动

开放自动化如何支持预测性维护？
释放所有设备实时数据，支持主动维护决策

制造商如何确保开放系统网络安全？
采用IEC 62443认证技术，跨人员、流程、资产构建端到端网络安全战略

边缘计算在现代架构中的角色？
在资产附近处理数据，提升速度韧性，减少对集中式系统依赖

开放自动化如何影响停机成本？
启用高可用性架构与预测策略，最小化昂贵非计划停机