OPC UA：產業價值鏈體系中的通訊

November 14, 2022

Christina Cardoza

OPC UA

連線到網路 (或到其他裝置) 的裝置比以往都多。隨著當今智慧工廠中物聯網和 AI 的普及，感應器的數量和資料量均持續增加。事實上，「工業 4.0」聽起來似乎是個充滿挑戰的複雜世界。但不一定如此。參與玩家之間的通訊標準和合作可大幅幫助將這些挑戰轉變為工業流程的優點。

專家小組討論 OPC 基金會為此付出的努力，以及 OPC UA 和其他標準在改變製造和工業領域通訊的潛力。討論小組成員包含：工業數位領導者 ABB 的過程自動化技術長 Bernhard Eschermann；B&R 自動化產品管理副總裁、同時也是 ABB 集團成員的 Stefan Schönegger；Intel 工業和消費者物聯網標準資深總監 David McCall；和 OPC 基金會現場級通訊總監 Peter Lutz。

現今工廠廠區面臨的最大挑戰是什麼？

Stefan Schönegger：面臨到的挑戰正是我們的客戶，而安全性確實是工廠現今面臨到的首個痛點。若製造工廠中的裝置可互相通話，則無需考慮到安全性。

但仍有大量設備尚無法通訊，可能是因為它還沒有交換資料的能力。這是各式各樣的世界，設備來自不同的供應商，不同的供應商使用不同設備，主要為專有且標準。這阻礙了進階分析的傳入，資料經傳輸並轉換為數值。OPC UA 和 TSN 是解決這些問題的答案。

為什麼讓這些裝置相互通訊如此困難？

Bernhard Eschermann：過往不同公司已開發多種通訊標準，但沒有一家願意放棄自己的特定標準。而另一個挑戰是，當資料從測量某物的儀器，透過自動化和邊緣計算到中央服務和雲端時，我們並沒有一致的資料資訊模型。

OPC UA 標準提供了在所有不同層之間擁有一致資訊模型的方法，且它們之間不會存在翻譯工作或資訊遺失的問題。所有這些對通訊世界的巨大改變都非常重要。

我總是將這種情況與在兩個城市之間修築鐵道進行比較。我們不建造一條從 A 到 B 乘坐快速列車最有效方式的大型鐵道，我們有多條速度較慢的鐵道。有了這個新標準，我們最終應得到這條非常快的鐵道。

這些數位化技術對製造業有何好處？

David McCall：目前工業通訊偏向於有線的形式，網路層與在其上執行的工業自動化通訊協定緊密相關。如果您具備自動化通訊協定，即為一層網路，則您可能很難從那個受限制的價值鏈體系中取得資料。

您已擁有兩個驅動程式：一般的物聯網；然後，更具體而言我會將這兩種歸為一組，人工智慧和機器視覺。物聯網通常表示更多的裝置和連線能力。並非全部都執行關鍵任務，且從長遠來看，並非全部都有線。我們期待看到無線技術 (無論是 Wi-Fi 或是 5G)，進入初期正在快速又便宜地部署安全要求或監測的非關鍵任務領域。

然後您便擁有了 AI /機器視覺。這些工作負載會消化大量資料量。其中大多數都在資料中心執行，且可能不是時序關鍵型，但將它們套用至任務關鍵型、時序關鍵型負載的機會很大。這會模糊傳統上認為是 IT 技術或 OT 技術之間的界限。

長期看來，我們正在研究跨越有線和無線技術的單一確定性網路，而工作負載只能採取適當的途徑。您會在適當處部署適當的技術，這將會是任何通訊協定均可利用的同構網路。

但這是大量的工作，因此請嘗試確保均在網路上執行。我們投入了大量的努力，以供每個人使用。

OPC 基金會如何以開放標準應對這些挑戰？

Peter Lutz：Stefan 和 Bernhard 提到了 OPC UA，所以我將簡單總結一下其特別之處。這就是我們所說的支援共同操作性的工業框架，包括內建的安全機制和建築資訊建模的機制。這會驅動通用語義，即為供應商中立和供應商獨立的語義。

我們也致力擴展 OPC UA 以增強雲端連線能力，同時將其帶入確定性通訊、運動控制台、儀器和功能安全性等領域。我們可以將其作為從現場到雲端，以及水平完全可擴充的工業通訊解決方案。

OPC UA FX 是我們用於框架擴充的術語，涵蓋了現場級別的各種使用案例。這包括例如控制器之間的通訊，也包括從控制器到現場裝置，以及現場裝置之間的通訊。且該解決方案以現有的 OPC UA 架構為基礎，因此現今任何支援 OPC UA 的公司都可以輕鬆移轉或升級其產品或應用程式，以支援現場級別的擴充。

如果您的客戶開始使用這些標準，他們會看到什麼優勢？

Bernhard Eschermann：顯然，您可以在單一通訊介質上混合各種類型的流量 (事件型非確定性流量和確定性即時流量)。例如，這表示將控制室連線至現場攝影機、感應器和致動器。均可透過相同通訊媒介進行，無須獨立線路。

在整個系統中擁有此 OPC UA 層，不同實體層和傳輸通訊協定上，表示解釋資料在整個系統中保持不變。它也維持不變，無論哪個供應商來自任何特定設備。因此，它可以幫助到客戶，因為它們可讓任何事物相連線。它可以幫助到我們，因為它減少了我們開發不同對應和介面卡的工作量。

為什麼要加入 OPC 基金會，以落實這些標準？

Stefan Schönegger：我認為，只有一條路可走，那就是採用開放標準，實現開放價值鏈體系，邁向安全之路。不採用開放標準會陷入僵局。

如果您展望未來，朝著更自主的系統邁進，您不能手動解釋資料或透過閘道推送資料，卻仍希望語義不變。自主系統需要自主執行的分析範式。您最終會得到僅由 OPC UA 和 FX 提供的功能。

Intel 在 OPC 基金會和這些標準中的參與情況如何。

David McCall：我們希望參與其中，以確保它在技術和業務層面都是真正強大且可行的標準。我們可以組織示威者並處在前線，因為我們確實認為 OPC UA FX 處於領先地位，展示如何將未來五到十年內至關重要的技術組合在一起。

我們接下來對 OPC 基金會的期望為何？

Peter Lutz：這是一個架構，我們持續改善我們的規格。其中一項技術當然是 TSN，因為 TSN 為我們提供了確定性運輸，且同時也是 IT/OT 聚合的關鍵。我們也正致力於雲端連線能力。總體而言，我們擁有龐大的架構與多個工作小組，因此我們不斷改善與更新，滿足業界需求。

您預計工業通訊未來的方向為何？

David McCall：Peter 指出 OPC 確實成功地使其成為該行業的現存未來。現在唯一的問題是，這種轉變會以多快的速度發生？現在我們看到所有的主要供應商都在尋求支援其自身現有的通訊協定，以及 OPC UA FX。我認為 OPC UA FX 將在控制等級逐漸成為物聯網的通用語言。所有的主要雲端供應商都在對其進行標準化。然後尤其是在未開發地區中，在棕色土壤地帶中逐漸增加，它將成為現存的通訊協定。

Stefan Schönegger：從工廠作業員或設備生產商的角度來看，如果您只想著重於效率和產量，或工廠和生產線的適應性，你會問：「我如何將裝置與另一個來自不同供應商的裝置連線？」OPC UA 是這個問題的解答。

Peter Lutz：我完全相信 OPC UA (尤其是我們目前正在為現場級開發的擴充) 將成為主導的工業通訊信標準。這包含兩種層面。一方面我相信憑藉架構、嚴格分層、靈活性以及 OPC UA 提供的所有功能，從技術角度而言，它是面向未來的解決方案。但它正在成為標準，正因為它被廣泛接受。我認為這最終在所有不同級別廣泛採用 OPC UA 的成功模式。

Bernhard Eschermann：我們應多加思考的是如何從全球各工廠和工廠大量可用資料中獲得價值，以提高效率。我相信世界會受益匪淺，不僅是通訊標準本身，還能夠更多加利用現有資料。

最後一個想法：在很多地方，競爭具有意義。例如，如何使用資料來建立有用的深入剖析。但在開發都做同樣事的通訊標準時，競爭沒有意義。