【儀表網 行業科普】基于開放的硬件和軟件架構，軟件定義的自動化系統能夠利用來自多個供應商的組件創建更強大、更高效的應用系統。
在制造設施中開發強大的自動化和控制系統，歷來以專有技術棧為主。雖然這為用戶提供了高可靠性和確定性的系統，但也帶來了供應商鎖定的經濟成本。 高昂的轉換成本限制了用戶使用最先進的硬件和軟件組件，而有限的談判能力則導致了非競爭性的長期支持協議。
這也使得企業利用諸如軟件定義制造(SDM)這類新興模式的能力降低，軟件定義制造依賴于軟件的互操作性和可移植性，以及開放且模塊化的邊緣硬件。當圍繞基于標準的技術框架而不是專有堆棧構建時，SDM 可用于利用最先進的技術嵌入或按需為工作負載分配資源，這可以在制造環境中顯著提高效率并增加產能。
技術進步推動軟件定義制造的發展
SDM架構基于開放的硬件和軟件，這些硬件和軟件既具有可移植性又具備互操作性。與組件生命周期長且缺乏靈活性的專有系統不同，開放系統更加敏捷，并支持更短的組件生命周期。
這些軟件定義的自動化系統允許快速重新配置和低成本的技術引入。它們還提供了使用多個供應商的組件創建同類最佳的應用特定系統的能力。通過將模塊化組件與開放架構相集成，制造企業可以創建出靈活且能夠應對未來技術的系統。
硬件和軟件的分離是開放系統設計的關鍵原則。這意味著只有在為了支持軟件需求而有必要時，才會對硬件進行升級。一般來說，在SDM環境中，專有的單功能硬件及其互連被數量更少的高性能通用多核平臺所取代，這些平臺可以在虛擬機(VM)和容器中運行各種工作負載。這些平臺也可以使用開放、互操作的現成硬件來構建，從而消除了被供應商鎖定的難題。
SDM與過去20年數據通信中發生的軟件定義網絡轉變并無太大不同。然而，要取得成功，它需要幾十年來一直使用相同方法的供應商生態系統的支持。硬件供應商面臨的問題是，SDM 存在風險，因為它會加速商用硬件的采用，從而降低每單位利潤率。但是，這種風險也為供應商提供了機會，讓他們從以硬件為中心的業務模式轉向由硬件加軟件(在某些情況下是許可)方法驅動的業務模式，以及其顯著提高利潤率的潛力。
越來越多的證據表明，行業對軟件定義制造充滿信心。一些領先的供應商已經向工業機械和過程自動化市場推出了虛擬 PLC。這些基于軟件的虛擬化控制器在軟件平臺(通常在 IPC 或服務器上)的虛擬機中運行。虛擬機不僅包含自動化應用程序，還包含自己的操作系統。此功能使其獨立于主機的作系統，主機可以是具有標準作系統的 PC。
工業自動化供應商現在正在將虛擬化產品擴展到其 PLC 和 DCS 控制器中，這些控制器代表了其自動化產品組合中最重要的部分。未來的工業自動化市場可能會走上一條虛擬化之路，就像15年前將IT數據中心轉變為今天的云原生和軟件定義數據中心一樣。
同時，一些技術框架也在構建之中，以加速軟件定義制造的開發和部署。例如，開放過程自動化論壇(OPAF)的開放過程自動化標準(OPAS)提出了基于行業標準的端到端堆棧，可加快支持SDM的技術基礎設施的開發、集成和部署。OPAS旨在盡可能使用現有標準為工業過程自動化創建一個可互操作的架構。
開放式模塊化架構的優勢
InterEdge是由 PCI工業計算機制造商協會(PICMG)制定的一項開放的機電和軟件接口規范，于2024年2月獲得批準，旨在支持工業級計算模塊、I/O 模塊和網絡交換機在 InterEdge 生態系統內的互換性。
該參考架構將支持基于 Linux作系統的IEC 61499 運行時。IEEE 802.3和10Base-T1S MAC/PHYS將包含在內，以支持通過工業以太網、MQTT、DDS 和其他協議進行外部聯網。作為一個模塊化、可插拔的系統，InterEdge架構設計靈活，允許各種不同的實施，同時確保互操作性。該規范主要包括三種類型的模塊：
I/O模塊處理傳感器和精算師等現場設備的接口功能。
交換機模塊負責本地化 InterEdge設置中的網絡交換。
計算模塊用作通往更高級別控制網絡的網關，并使用 IEC 61499和IEC 61131等標準為過程控制系統執行監管功能。
通過用開放的模塊化架構取代諸如可編程邏輯控制器(PLC)之類的專有邊緣設備，工業企業可以避免因被供應商鎖定而帶來的諸多經濟損失。例如，如果面臨設備過時或需要更高的計算能力或安全性的情況，在線進行 “拆除并更換” 會產生高昂的轉換成本。因此，這些邊緣組件往往會在數十年內保持不變，功能也一直固定。
相比之下，InterEdge模塊的標準化允許工廠在運行時進行在線升級和更換。它指定模塊尺寸、物理接口、電源總線和安裝細節，以確保兼容性和性能。這種硬件組件的可互換性為制造商帶來了價值，使他們能夠借助數字化、工業物聯網和工業 4.0等新興趨勢來提升自身的競爭優勢。
InterEdge是OPAS等框架和SDM等計劃的基礎，因為它提供開放、可互操作、基于標準和熱插拔的計算和 I/O硬件。這允許分布式控制系統(DCS)按需訪問資源，還可以幫助用戶相對輕松地從一種技術、制造工藝或應用過渡。如今，埃克森美孚、施耐德電氣、菲尼克斯電氣和英特爾等公司都在積極探索InterEdge，并將其作為能夠運行符合OPAS軟件棧的軟件定義制造參考架構的基礎。
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