就像在Covid-19大流行中發(fā)生的那樣，沒有什么比數(shù)字化更深入地推動我們的日常生活了。突然之間，一些用于專業(yè)商務的工具和方法(例如視頻會議、在線研討和培訓)成為我們新常態(tài)的一部分。雖然對數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)和服務的突然增加的需求可以說是一場革命，但制造業(yè)的數(shù)字化需要更長的時間來加速。經(jīng)過幾年的政府倡導，它一直在進行中，證明了概念經(jīng)過驗證的好處并推動了標準的發(fā)展。但是，如預測性維護或智能機器人等業(yè)務模型所要求的，具有無縫連接的傳感器到云通訊愿望仍然面臨著網(wǎng)絡基礎(chǔ)架構(gòu)中的一些空白。
單對以太網(wǎng)(Single-pair Ethernet，SPE)是一項新的計劃，旨在為每個傳感器啟用基于IP的網(wǎng)絡，它通過更細的電纜，較小的插頭和連接器以及較小的空間需求而體現(xiàn)了價值。因此，通過它將傳感器直接集成到IT和云系統(tǒng)中，適合替換傳感器和外圍設(shè)備中的許多現(xiàn)有現(xiàn)場總線。
赫優(yōu)訊預計2021年單對以太網(wǎng)將在過程工業(yè)中被采用，因為以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施(尤其是IO-link)解決了當今數(shù)字化工廠面臨的一些挑戰(zhàn)，離散工業(yè)預計將在2025年以后出現(xiàn)。從赫優(yōu)訊的角度來看，毫無疑問，SPE將被采用，從長遠來看會占據(jù)一定的市場份額。赫優(yōu)訊的netX系列網(wǎng)絡處理器提供了一個輕松采用SPE基礎(chǔ)架構(gòu)，并建立從現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎(chǔ)架構(gòu)到SPE網(wǎng)關(guān)的機會，實現(xiàn)遷移路徑。
數(shù)字化的進步和好處
盡管這被稱為第四次工業(yè)革命，但制造業(yè)已經(jīng)在2011年左右開始進入數(shù)字化時代。背后的倡議帶有諸如“平臺工業(yè)4.0”，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC”或“中國制造2025”之類的標題，其目標是定位和資助計劃，以使用數(shù)字方法和技術(shù)全面改善生產(chǎn)設(shè)施的性能。多家全球咨詢公司分析并稱其為“改變游戲規(guī)則，抓住了數(shù)萬億美元的機遇”(Accenture，2015年)。
“需要在嵌入式系統(tǒng)中增加智能并通過智能服務創(chuàng)造價值需求”以及“關(guān)鍵的成功因素是用于預測性生產(chǎn)行動和過程透明性的高級分析，成為新的工業(yè)范例”(Capgemini，2015)。麥肯錫也在2015年的一次分析中，根據(jù)對工業(yè)公司進行的100次訪談得出相似結(jié)論，即“顛覆性技術(shù)將使制造業(yè)數(shù)字化”，并列出了云技術(shù)、高級分析、觸摸和下一級GUI、虛擬和增強現(xiàn)實、先進的機器人技術(shù)和增材制造?；谠S多研究數(shù)據(jù)，他們得出了如下圖所示的價值驅(qū)動力：
因此，市場期望值似乎很高，而且潛力巨大，但是盡管有許多概念得到驗證，例如通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟來推動，但挑戰(zhàn)仍然是如何實現(xiàn)從工廠車間到IT系統(tǒng)的垂直智能生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 經(jīng)過幾年的研究和探索，我們現(xiàn)在對制造業(yè)數(shù)字化的需求和利益有更加深刻的理解和普遍共識。從技術(shù)上講，OPC UA已成為幫助解決IT與OT世界之間垂直語義挑戰(zhàn)的通用標準。在業(yè)務方面，一些組織推動了各個行業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)增值的舉措，與2015年的預測相似。赫優(yōu)訊參與并推動了開放工業(yè)4.0聯(lián)盟中的計劃和業(yè)務模型，我們支持一個開放的共享生態(tài)系統(tǒng)，以便通過netFIELD產(chǎn)品和服務，與大型合作伙伴網(wǎng)絡共同提供客戶更有價值的解決方案。然而，將云服務連接到傳感器級別仍然是一項挑戰(zhàn)，單對以太網(wǎng)為解決設(shè)備訪問提供了一種可能。
工業(yè)網(wǎng)絡
從2000年初開始，與這些數(shù)字化計劃并行，許多行業(yè)將工業(yè)以太網(wǎng)作為主要通訊標準，逐漸取代了諸如PROFIBUS、InterBus、CC-link、Sercos或DeviceNet之類的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。以太網(wǎng)的幾種變體已標準化，支持對工廠自動化相關(guān)行業(yè)(例如汽車，包裝或食品和飲料)中需要的更高帶寬和確定性實時通訊。
以太網(wǎng)的標準來自不同的自動化公司，并且對MAC和OSI鏈路層上的修改方式不同，以支持實時需求。一些協(xié)議基于經(jīng)典的TCP/IP的以太網(wǎng)系統(tǒng)，另一些協(xié)議修改了第3層和第4層，而某些協(xié)議則需要對數(shù)據(jù)鏈路層修改硬件。 IEEE發(fā)布了最新的實時以太網(wǎng)系統(tǒng)時間敏感網(wǎng)絡(TSN)，針對通用硬件基礎(chǔ)對第1、2和3層的實時功能進行標準化。所有以太網(wǎng)變體都具有將數(shù)據(jù)從辦公室端連接到車間的能力，并增強了整體效率性能、診斷和可用性。但是，工業(yè)以太網(wǎng)的復雜性以及作為菊花鏈或交換機網(wǎng)絡的拓撲限制了其在外圍設(shè)備(如傳感器和執(zhí)行器)中的使用。現(xiàn)在，通過單對以太網(wǎng)(SPE)的標準化工作，可以解決基于以太網(wǎng)的無縫IP網(wǎng)絡基礎(chǔ)架構(gòu)中的這個問題。
開始，汽車工業(yè)單條雙絞線對以太網(wǎng)進行標準化。在其車載網(wǎng)絡中，諸如CAN，MOST或FlexRay之類的現(xiàn)有標準在布線和軟件方面的成本太高，標準以太網(wǎng)的布線工作量也相當大，因此，需要找到一種替代現(xiàn)有以太網(wǎng)的通用標準。Broadcom公司通過BroadR Reach進行了首次展示，表明簡單的雙絞線電纜足以在較短的距離內(nèi)傳輸高速數(shù)據(jù)。 IEEE采取了著名的802.3以太網(wǎng)協(xié)議下的標準化計劃，并將范圍擴展到建筑和其他工業(yè)領(lǐng)域，應對那里的類似挑戰(zhàn)。實際上，當針對每個傳感器使用基于IP的無縫網(wǎng)絡時，工業(yè)領(lǐng)域中的上述現(xiàn)場總線以及樓宇自動化中的LON、BACnet或Modbus成為重點。
由于從傳感器到云的垂直集成是數(shù)字業(yè)務模型的主要基礎(chǔ)，因此增強IP網(wǎng)絡到傳感器的方案很有吸引力：
增強可見性、診斷和控制
通過OPC UA通過一種語義訪問所有自動化設(shè)備
一種獨立于供應商的常用工具
增強可靠性和可用性
實現(xiàn)預期的質(zhì)量和維護
現(xiàn)在，單對以太網(wǎng)通過更細的布線，較小的插頭和連接器以及更少的空間需求體現(xiàn)了價值，適合替換傳感器和外圍設(shè)備中大量現(xiàn)有的現(xiàn)場總線。另外，一個關(guān)鍵問題是如何在自動化的不同領(lǐng)域進行實際部署。
