自动化行业在「人工智能、5G、工业 4.0、中国制造 2025」等背景下，未来的发展方向是什么？
工业4.0、中国制造2025等等这些词就跟之前的“区块链”一样，可以说是大家不管是否真的懂得其含义但都在讨论的热词，那么对于自动化行业来说这些词又意味着什么呢？ 我觉得答案是：自动化行业的未来需要一个“安卓系统”。 当然，我说的“安卓系统”并不是真的指那个移动操作系统，其实我想说的是需要像“安卓系统”这样开放性平台，自动化行业才能在如今这个工业4.0时代真正的“赶上时代的步伐”。 普通人的生活被互联网改变了很多，但是现在的自动化行业和上个世纪90年代差别不是很大，还处于L1层和L2层的自动化软件+硬件捆绑的模式[1]。到现在为止各大自动化厂商的思路还是围绕着这种“硬件+软件”的思路，也就是说这些自动化厂商都有自己特定的软件开发环境，并将这个使用独特开发环境开发的软件与客户订购的硬件一同交付给客户，通常情况下客户都无法深入这个软件开发环境，只能通过供应商提供的组态工具与控制器进行极其有限的交互[2]。这种软件与硬件绑死，且客户无法自行组装其他组态工具的情况就是自动化系统长期以来的缺点：封闭且专用。 上面说得可能比较抽象，拿安卓系统来举例。我们都知道安卓系统的特点就在于其开放性，所有人都可以做基于安卓系统的软件开发。这意味着满足版本兼容性的前提下，所有的安卓软件（不管是哪个公司或者开发者开发的软件）都可以适配对应系统版本的安卓手机，作为使用者的我们可以随时随地下载不同的软件，随时自主更新系统和软件，自由度极高。 而现在的自动化系统则是像一个封闭的专用手机，只能使用这个厂家开发的专用软件干固定的事情，除厂家以外的人都无法参与开发软件，即使这些自动化系统在一开始购买时就是按照客户的需求来定制了应用程序，但随着时间的推移以及公司发展的需求衍生出了其他的需求，就会发生类似你想用点什么除了手机内已有的软件以外的软件，却是没处下载的，只能和厂商协商定制开发，对软件厂商存在很大的依赖。想要随时升级系统也不可能了，如果厂家还没研发出来升级的系统，即使外界已经用上了5G，你也得用着厂家给你的无法升级的2G手机。想象一下，如果自动化系统在未来也能用上“安卓系统”，客户可以随意搭配组态工具，按自己的需求自由架接不同的硬件，能够大大的提升生产效率和灵活度。 自动化系统在封闭性和可配置性上的短板也许在以前大家都不咋地的时候很难察觉到有什么不好，但在如今这个IT和互联网技术快速发展的现在，是会被时代远远的抛在身后，不但效率升级受到影响，升级维护的成本也十分巨大，美国埃克森美孚石油公司一直在使用Honeywell的DCS系统TDC 3000，这些系统的备品备件最多可以用到2025年，到时就将面临升级改造的严重问题。为了避免系统无法使用，Honeywell用了七年时间开发了Experion LCN R501.1，就是为了让这些老系统能够利用Honeywell的云基开放虚拟工程平台[3]。系统的软件技术升级花了整整七年，这个升级成本就可想而知有多么的庞大。 当然了，自动化行业的行业领头大佬们也是有许多明白开放性对自动化行业的重要性的，http://Automation.com总编Bill Lydon认为，未来的制造和生产运营将会像手机等移动设备那样的围绕通用开源架构展开，并将遵循由开放标准驱动的互联网和企业计算模式，成为真正的互联网+自动化[4]。 想要到达Lydon说的那种未来，开放性的自动化系统就必不可少了，自动化行业中的老牌领先企业施耐德电气认为，对于Lydon提出的问题，答案可能在于IEC 61499标准的普及。 IEC 61499标准又是个什么东西呢？ IEC 61499标准是随着系统控制功能分散化、智能化的要求出现的。从上个世纪90年代以来计算机技术、通讯技术、控制技术的发展促使控制系统向数字式、分布式、开放可互操作和面向开放式互连网络的现场总线控制系统发展[5]。在1990年的时候IEC TC65（国际电工协会第65技术委员会）收到了关于分布式工业过程测量与控制系统中的功能块标准化的建议，在过去的十多年中，一直在开发一系列使标准，其中的主要标准IEC 61499则定义了分布式工业过程测量与控制系统中使用的功能块。由现场总线设备、智能仪器以及各种传感器构建成一个大型复杂控制系统，而控制功能则可以分散在各个硬件设备中再通过通讯网络互连起来。根据IEC 61499标准，由符合标准的功能块来实现这些软件单元，并根据标准规定进行功能块互连就可以实现分布式系统的控制功能[6]。 不过可惜的是，在IEC 61499提出的时候技术跟不上，所以IEC 61499标准一直都无法普及，直到近些年技术飞速发展时IEC 61499标准的普及才开始出现了实现的可能。 上面的一大段有点不太容易懂，简单的来说IEC 61499就是能够让自动化系统变成去中心化、分散式控制的系统，不再如传统自动化系统那样由一个控制中心控制整条生产线，而是由每个节点的控制系统控制该区域的设备，每个节点的控制系统则由通讯网络来互相连接，是物联网版的自动化系统。 IEC 61499具有几个主要的特性：建立在现有的领域标准的基础上、面向部件的功能块、通过连接功能块以直觉图形的方式对控制算法建模、直接支持分布式、不同供应商的设备可进行互动、基本支持再组态[7]。 是不是觉得IEC 61499在某种程度上和安卓系统有一些相似？特别是“不同供应商的设备可进行互动”这点，是不是很像在说安卓系统？ 那么要如何满足上述的几个特性呢？在文章《What is IEC 61499》中提到了三个词：移植性、互操作性、可配置性[8]。按照文章中的定义，移植性是指一个软件工具能够接收并且正确的解释由另一个不同的软件工具写出来的软件部件和系统组态[9]，这一点就打破了传统自动化系统的封闭性，无需再使用特定的软件开发环境，使得自动化系统不再“专用手机只能用专用软件”。 互操作性则指的是来自不同供应商的不同的设备之间可以一起运行操作，不需要再通过网关来转换[10]。 而可配置性则指的是任意设备以及其配备的软件都能被软件工具与来自不同供应商的任何设备以及这些设备配备的软件进行配置[11]，说的简单粗暴点，就是我在使用戴尔电脑的时候，不一定非要用回配套的戴尔鼠标和键盘，可以按照喜好和需求购买和使用联想的产品。 IEC 61499提倡的代码可移植性、互操作性、可配置性，使得自动化软件能够像黑盒子那样被自由部署，实现软硬件的互相独立，从而实现“即插即用”的效果。 想想看，如果有一天自动化系统就像安卓系统一样可以按需在应用商店中下载自己需要的软件，配置自己需要的部件，这该是多么有趣的画面。 那么有了统一的标准后，工业自动化中又是否又像安卓系统那样开放又统一的平台呢？ 有的。 比如上面提到的施耐德就推出了一个开放自动化平台，这个平台是基于IEC61499标准的开放自动化平台[12]。跟传统的自动化系统不同，开放自动化平台的特点在于它的开放性，即鼓励任何开发商和供应商（甚至独立的软件设计师）在上面开发软件，这样做的优势也很明显，以软件组件为构建核心则无需依赖底层硬件，即做到了软件与硬件的分离，且开放自动化平台支持符合IEC 61499标准的硬件架构内的应用程序分布，这样做的好处就是只要该设备的系统硬件架构符合IEC 61499标准则均可以使用开放自动化平台的应用程序，不需要再额外的编程转化[13]。软硬件独立分离、应用程序可随处配置应用都构成了开放自动化平台最大的优势，就是——更低的总拥有成本。 与之前为了更新换代没有别的选择，而且要花数年之长的时间去开发不同，若是用了开放的自动化平台则软件升级的灵活性和便利程度都更高，在部分硬件需要更换时也可以免去可能要替换整条生产线的问题，只更换部分硬件。更新升级速度更快，更换部件成本更低，对于注重ROI的企业来说，无疑是更好的选择。 就好像安卓系统一样，大量的第三方软件供应商为满足手机用户的需求提供了更多的可能，而对于工业自动化行业来说，开放自动化平台就是如同“安卓系统”一般的存在，对于企业来说低成本又高效，无论怎么看都比使用封闭的自动化平台更加的划算。 在现在的自动化行业中的最大痛点就是生产的效率和升级维护的巨大成本与障碍，巨大的时间成本和不成比例的更新成本都拖慢了工业自动化行业的发展脚步，即使工业软件的研发需要考虑更多更全面的需求，但一套自动化系统七年才能完成一次升级，这个速度在现在这个技术快速迭代的时代来说，也着实是有些过慢了。只有在克服了效率和升级维护的障碍时，才能在工业自动化未来的功能发展上有更好的突破 很难以想象在如今这个AI、物联网等技术炙手可热的时候，工业自动化行业还在使用不开放以及不同供应商之间不互通的中央集控自动化系统，在一步一步慢慢地走向将AI、物联网融入工业自动化的未来中。 使用开放的自动化平台才能够更好的建设工业互联网，而只有实现了基础的工业互联网才能走向更高级的智能决策与预测性维护等新技术，开放平台拥有开放性就可以打通软硬件的数据层，从而收集更广泛的数后才可将决策交给AI，在执行只需最低程度人为干预的操作 ― 包括监控、警报、安排的事件和数据/分析任务。更能够AI来提前预测生产线中可能出现的故障以及产品寿命，让企业可以提前做预测性维护，减少因故障或产品寿命问题带来的损失[14]。 在提出IEC 61499的年代技术还跟不上，所以无法普及，那么在现在这个技术成熟的时代，也许是时候拥抱IEC 61499标准，使用开放自动化平台，只有这样才能跟得上如今这个快速发展的时代，真正的进入工业4.0。