工业自动化发展：采用开放式架构实现灵活性和可持续性

TL;DR：工业自动化架构的演变

制造商正在转向开放式工业自动化架构，以提高灵活性、效率和可持续性。具有专有代码的传统封闭系统限制了可扩展性和互操作性。

基于 IEC 61499 的开放式自动化可实现与硬件无关的控制系统以及传统技术和新技术的无缝集成。这支持更快的软件开发预测维护和更轻松地访问数据。通用自动化使制造商能够减少停机时间、降低成本并更自由地进行创新，同时网络安全和高可用性架构可确保面向未来的运营的弹性。

随着工业制造商希望在 2025 年以更少的资源实现更多的目标，企业正在探索先进的自动化架构，以平衡运营效率与更广泛的可持续发展责任。

订阅 PII 并接收：

我们历史悠久的双月刊数字杂志*Process Industry Informer*，包含整个流程工业的独家文章、新闻和更新，以及我们三位行业专家的评论：

肖恩·莫兰

加文·史密斯

戴夫·格林

加上：

流程工业动态 - 我们的每周电子通讯
PII 播客
来自我们广告合作伙伴的特别信息

虽然每个制造商都是不同的，并利用数字化来实现个人目标，但肯定有一些适用于整个行业的共同目标。即，最大限度地减少停机时间，提高运营效率，减少浪费（各种形式），并为制造业的集体可持续发展做出贡献。

这些目标提出了挑战，正在推动工业自动化控制系统的性质向操作技术 (OT) 级别的开放架构转变。这种演变可以为企业及其供应链带来价值。

那么，是什么推动了对开放自动化的需求呢？需要克服这样的缺点：虽然传统的专有技术单独工作效果很好，但它们是锁定和封闭的，代码不可移植。

一旦有更高级的版本可用，制造商就立即更换关键资产是不可行的。这使得传统硬件与定制软件、通信和硬件保持一致，将用户锁定在一个供应商。随着数字化转型的推进，拥有来自多个供应商的不同系统的典型制造商将看到这一挑战被放大。

许多最终用户将需要大量的工业自动化 (IA) 系统重新设计，因为为在旧硬件上运行而编写的代码不可移植或与新一代硬件兼容。这阻碍了英国制造业的数字化转型，阻碍了在大量成本和时间投资背后提高效率的能力。

答案是过渡到开放式自动化，这在 IT 世界中很常见。制造商要求系统以软件为中心且与硬件无关，以便应用程序代码可以移植并在任何供应商的各种硬件上运行。这开启了不同机器、设备和传感器之间的通信，使操作员能够更高效地工作，并以更少的投入实现更多的成果。

这可以通过采用 IEC 61499 通用自动化标准来实现，该标准是一种技术推动者，定义了如何使用独立于执行硬件的“即插即用”软件组件来设计分布式应用程序。

该标准由自动化用户、技术供应商和学者组成的社区领导，他们希望通过非营利组织 Universal Automation.Org 改变自动化游戏规则。

工厂工程师、系统集成商、原始设备制造商或制造供应链中涉及设计、链接和支持遗留系统的任何人都可以减少与维护单个资产相关的巨额支出，同时为持续改进奠定基础。

例如，在食品和饮料制造等成熟的工业部门，新资产和旧资产混合存在的现象很常见。食品加工商面临的挑战是，消费者的购买决策基于多种因素，总是在快速变化的行业中寻找下一个产品或口味。

制造商需要灵活且可扩展，以响应市场需求，但在与专有系统竞争时，这似乎是不可能的。开放式自动化可实现这种程度的灵活性，减少花在非增值任务上的时间，并将更多时间用于创新。

“自动化架构的发展正在推动制造商转向开放的、以软件为中心的系统，以实现灵活性、效率和可持续性。”

这个例子可以应用于任何规模、生产任何产品的制造商，正如我们最近题为“数字化工业自动化的定量比较”的研究论文所示。这涵盖了现场测试的结果，表明通过标准生产策略的开放自动化，软件工程的交付速度可以提高三倍，从而积极提高灵活性。

目前在英国制造业中运行的工业自动化系统通常是几十年前安装的。它们现在阻碍制造商充分发挥数字化转型的潜力以及技术和计算能力的进步。与硬件无关的平台的驱动提供了使用工业化 PC 运行可操作应用程序代码的机会。

这一发展使得软 PLC 或边缘控制器的采用成为可能，从而进一步推动 IT 和 OT 的融合。然而，即使制造商投资边缘计算技术来处理收集、分析和报告数据的负担，如果没有可以在单一不可知平台中处理数据的开放自动化方法，其好处也会受到限制。

数字化工业自动化架构

在整个行业中，我们可以看到 IIoT（工业物联网）技术的广泛采用，这些技术为制造商提供了立竿见影的改进，但最终许多制造商由于无法完全致力于自动化而无法实现真正的潜力。

例如，向遗留资产添加传感器以进行实时数据收集将通过支持主动维护来减少停机时间，但由于缺乏互操作性而受到限制。

通过开放自动化平台共享相同的传感器数据，通过访问设施中所有来源（新的和旧的）的数据来扩展主动维护能力。制造商可以使用该单一数字主线做出明智的业务决策，以提高正常运行时间、维护和能源消耗，而无需对新的关键资产进行昂贵的投资。

解锁整个制造工厂的数据流推动了在网络边缘部署更多设备。这可以在资产附近提供处理能力，以创建分布式架构，从而提供更高的弹性、可用性和可维护性。

相比之下，传统的大型集中控制架构不太能够处理现代制造流程的复杂性，特别是当这些企业希望扩大规模并保持灵活性时。

这对物理 I/O 的需求不断增长，必须为数据驱动的未来做好准备。面向未来的 I/O 产品通过使用开放以太网协议提供与各种设备和架构的连接，从而实现更好的性能和可用性，从而支持通用自动化。

这不仅会在短期内提供优势，而且还通过为所有自动化创建统一的框架来实现通用自动化的承诺，这意味着今天创建的架构可以随着未来技术的发展而发展，再次使制造商能够自由探索数字化转型的任何要素。

网络安全适用于工业自动化架构

任何依赖数据连接的工业活动都将始终伴随着网络安全问题，这不仅仅适用于关键基础设施。各种规模的企业都越来越成为攻击目标，并且随着制造商成为更复杂的供应链的一部分，攻击面也随之增加。

正如通用自动化无所不包一样，网络安全也必须具有整合人员、技术和运营的战略。仅仅因为数据流已经开放，并不意味着一定存在数据保护漏洞，即使遗留资产可能具有可利用的控制系统。

这推动了对通过 IEC62443 网络安全标准认证的解决方案的需求，以保护工业系统中的潜在漏洞，同时为各个级别的责任提供明确的指导。

实现通用自动化和数字化转型的潜力意味着网络安全必须超越流程和程序来考虑，以涵盖添加到网络中的每项资产或产品。

通过分散化和采用先进功能，制造商将看到安全的数据交换，从而降低风险并提高整体弹性，即使网络攻击变得更加复杂。对于希望以最小化风险看到通用自动化的好处、始终考虑未来需求、同时释放直接利益的制造商来说，这一点至关重要。

“开放式自动化架构释放了互操作性，使制造商能够无缝集成传统技术和新技术，以提高效率和创新。”

高可用性架构

对于各种规模的制造商来说，计划外的停机都会带来巨大的成本。《2024 年绩效聚焦》报告显示，平均每小时的停机成本为 5,471.95 英镑，这推动了对预测性维护和实现预测性维护的开放式自动化的需求。

为了应对这一挑战，并促进无法容忍停机的高可用性架构，制造商可以使用多种技术，例如热备用处理器、冗余交换机、冗余 I/O、冗余电源、模块热插拔、动态更改配置 (CCOFT)、快速设备更换 (FDR) 内置诊断和环形网络拓扑。

工业自动化架构的未来

开放和通用自动化代表了工业架构的未来，支持制造商在 2025 年寻求以更少的资源实现更多目标。这种面向未来的方法使各种规模和专业的设施能够不断创新和优化，远远超出单一技术部署的范围，并充分发挥数字化转型的潜力。随着英国制造业不断数字化运营以在全球范围内竞争，通用自动化在英国制造业中发挥着越来越重要的作用。