OT與IT融合技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)

1、白鶴學(xué)I色OT與IT融合技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)Communiation Portocal10TI白鴿學(xué)吧01關(guān)于OT 的定義302怎樣可以實(shí)現(xiàn)OT-IT 融合703 ET 必須納入1104充分運(yùn)營(yíng)IIoT14#白鴿學(xué)吧長(zhǎng)期以來(lái)信息技術(shù)IT和操作運(yùn)營(yíng)技術(shù)OT是相互隔離的。他們各自有著不同的目標(biāo)， 沿著不同的路徑發(fā)展，同時(shí)在不同的生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)行。它們之間的鴻溝實(shí)際上阻礙了制造 廠充分利用尚待發(fā)掘和已經(jīng)掌握的必要信息。眾所周知，如果在合適的時(shí)機(jī)卻缺乏合適的信息，會(huì)導(dǎo)致決策錯(cuò)誤和產(chǎn)生不可靠的行動(dòng)。 隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)和運(yùn)用，它們不可能永遠(yuǎn)保持著老死不相往來(lái) 的局面。我們應(yīng)該看到OT-IT 融

2、合是一個(gè)需要分階段實(shí)施、逐步提升層次的相當(dāng)緩慢的 過(guò)程，不過(guò)制造廠已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到在一個(gè)互聯(lián)的工廠和企業(yè)中把 OT-IT 結(jié)合，會(huì)取得許 多意想不到的利益，例如：收獲大數(shù)據(jù)帶來(lái)的諸多好處為更好的決策獲得信息優(yōu)化業(yè)務(wù)過(guò)程使突發(fā)的設(shè)備故障最小化削減運(yùn)營(yíng)成本降低風(fēng)險(xiǎn)，縮短項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)程01關(guān)于OT 的定義維基百科的OT定義：“專門用于直接監(jiān)控和/或控制物理設(shè)備（諸如閥門、泵等）來(lái)檢測(cè)物理過(guò)程，或使物理 過(guò)程發(fā)生變化的硬件和軟件”。簡(jiǎn)單地說(shuō) OT是用計(jì)算機(jī)（或其它處理設(shè)備）監(jiān)控或改變一個(gè)系統(tǒng)的物理狀態(tài)，例如電 站的控制系統(tǒng)或鐵路的控制網(wǎng)絡(luò)。創(chuàng)建OT的初衷是用來(lái)表述傳統(tǒng)IT系統(tǒng)與工業(yè)控制 系統(tǒng)環(huán)境在技術(shù)性

3、和功能性的差異，工業(yè)控制系統(tǒng)所處的環(huán)境是所謂“非鋪地毯區(qū)域的 IT ”，即在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境中直接監(jiān)控和控制生產(chǎn)的IT設(shè)備，例如PLC、 SCADA、 DCS、 CNC 系統(tǒng)（包括計(jì)算機(jī)化的機(jī)床）、科學(xué)設(shè)備（如數(shù)字式示波器）。Gartner 關(guān)于 OT 的 定義：“直接監(jiān)控和/或控制工業(yè)設(shè)備、資產(chǎn)、流程和事件來(lái)檢測(cè)物理過(guò)程或使物 理過(guò)程產(chǎn)生 變化的硬件和軟件”。在網(wǎng)上還可以檢索到一些其它的定義，但基本離不開(kāi)上面兩種定義的概念。歸納OT的 概念有著以的幾點(diǎn)基本內(nèi)容： OT和在工業(yè)企業(yè)用的IT系統(tǒng)都是為工業(yè)企業(yè)服務(wù)的，這些工業(yè)企業(yè)是指流程工業(yè)， 離散制造業(yè)、批量制造業(yè)等，將其它類型的企業(yè)的運(yùn)營(yíng)技術(shù)納

4、入OT的概念只是引申， 并非原意。# OT技術(shù)是直接對(duì)工業(yè)的物理過(guò)程、資產(chǎn)和事件進(jìn)行監(jiān)控和/或?qū)^(guò)程、資產(chǎn)和事件實(shí) 施改變控制的硬件和軟件。直觀來(lái)看，OT其實(shí)就是工業(yè)控制系統(tǒng)（PLC、 DCS、 SCADA 等） 及其應(yīng)用軟件的總稱， 但其應(yīng)用軟件 顯然隱含了工業(yè)工程技術(shù)（所謂的 ET）的豐富內(nèi)容。不直接對(duì)工業(yè)物理過(guò)程、資產(chǎn)和事件進(jìn)行監(jiān)控和產(chǎn)生影響的技術(shù)，不屬于OT的范 圍。按照這個(gè)概念ERP顯然不是OT的范疇，MES/MOM 處于IT和OT之間。 OT技術(shù)的承載體是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它的運(yùn)用計(jì)算技術(shù)的處理系統(tǒng)。不過(guò)由于 OT直 接面對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的物理設(shè)備和過(guò)程，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，按質(zhì)按量生產(chǎn)產(chǎn)品

5、是其首 要的目標(biāo)，因此長(zhǎng)期以來(lái)采用專用的系 統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和軟件。在這個(gè)意義上，與IT相比， 其開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化有待于改善和提升。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)下的工廠有IT和OT之分。處理工廠的數(shù)據(jù)和信息，并以維護(hù)所制造產(chǎn) 品的質(zhì)量為目標(biāo)的團(tuán)隊(duì)，就叫IT。另外的團(tuán)隊(duì)控制和分析整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程以獲得進(jìn)一步 的改善，這就是OT。歷史上這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)是相互獨(dú)立的，但一旦它們相互融合會(huì)使整個(gè)工廠產(chǎn)生顯著的改善。OT與IT融合必然創(chuàng)建提質(zhì)增效的結(jié)果。它賦予工廠的管理者監(jiān)控運(yùn)行和過(guò)程的能力大白糖學(xué)吧為增強(qiáng)，甚至可以預(yù)測(cè)到可能發(fā)生的任何意想不到的事件，未雨綢繆。它會(huì)加速生產(chǎn)節(jié)拍或速度、使能源和時(shí)間的消耗最小化，以及降低監(jiān)控資產(chǎn)的成本。下

6、圖1是從近年新進(jìn)且在IIoT 領(lǐng)域發(fā)展很好的美國(guó)InductiveAutomation公司的白皮書IIoT: Combining the Best of OT and IT 中的截圖。直觀地指出OT包括機(jī)械裝備、物理成套設(shè)備以及對(duì)它們踐行監(jiān)控和控制的工業(yè)硬件和軟件。SCAD*wHwjir*/、FEbMMdCdffi pittingto* nurutorung A con*Fd*r*gEiperts mne4wor|kj：rigSCiltwAr4 .hardwaie|-i Ml. i m 3I*thIfWfaisIriAltlhmdmtrial hwdlwareOT和IT的范圍OT專業(yè)人員偏好使

7、用PLC、 DCS、 RTU、 HMIIT包括用于企業(yè)管理的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、通部門傳輸信息的系統(tǒng)。IT專業(yè)人員擅長(zhǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，架構(gòu)、基于 web 的部署和諸如 SQL、 Java 及Wto-4wddvptoyTirwMh6CiiMidSCADA ,以及嵌入式計(jì)算技術(shù)。信技術(shù)以及存貯、處理和向企業(yè)各個(gè)非常熟悉快速擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、云基礎(chǔ)Python等技術(shù)。#在解決問(wèn)題的工作和思維方式上 OT和IT也往往不同。IT采用自頂而下的方法，慣于從總體需求出發(fā)，然后劃分為若干的子部件，且針對(duì)子部件提出和開(kāi)發(fā) 解決方案。這 白鴿坐吧種解決問(wèn)題的思路，不僅僅能了解問(wèn)題 的所在，而且也很好地給出了解決問(wèn)題的方法。O

8、T人員習(xí)慣于自下而上的思路，從個(gè)別的部件出發(fā)構(gòu)建復(fù)雜的系統(tǒng)。例如SCADA 系 統(tǒng)要從工廠層面的不同生產(chǎn)過(guò)程采集數(shù)據(jù)，OT人員必須面對(duì)如何從不同的專用系統(tǒng)中 把數(shù)據(jù)集成起來(lái)。而且OT人員環(huán)繞著以任務(wù)為關(guān)鍵的高風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)工作，他們最關(guān)注的 一定是安全（物理安全、功能安全和信息安全）。這也就是為什么互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)的聯(lián)接 不能在OT范圍直接運(yùn)用的根源。隨著智能裝備、大數(shù)據(jù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的引入，OT和IT人員都面臨需要解決存取工業(yè) 數(shù)據(jù)同樣的問(wèn)題。偏偏在企業(yè)中OT和IT處在不同的層面，從解決問(wèn)題的觀點(diǎn)來(lái)看， 它們相互之間并不真正了解對(duì)方的需求。IT人員并不理解為什么OT仍然要使用傳統(tǒng)的 設(shè)備，采用專用的昂

9、貴的解決方案去處理問(wèn)題。OT人員或許對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)或者對(duì)現(xiàn) 今在IT中運(yùn)用的信息安全協(xié)議的寬度并不深度了解。即使存在這些差異，而現(xiàn)在正好存在這樣的機(jī)會(huì) 讓OT和IT相互融合， 通過(guò)提升各 自的能力，從而形成一種真正具有顛覆性的技術(shù)。在工業(yè)3.0的時(shí)代，OT和IT保持 著彼此相互的分割。而為了滿足今天的 數(shù)據(jù)密集型的環(huán)境和進(jìn)入工業(yè)4.0,企業(yè)必須將 OT和IT交匯融合匹配。02怎樣可以實(shí)現(xiàn)OT-IT 融合IT和 OT的融合可不是一件輕而易舉的任務(wù)。即使是在提出IT/OT 融合概念的美國(guó)， 現(xiàn)在還在艱難地探索，至少在當(dāng)下還不存在非常成熟的模式。這里暫不涉及技術(shù)細(xì)節(jié)，更 多從組織方法上進(jìn)行討論。試想

10、，要使長(zhǎng)期獨(dú)立行事、互相隔離的IT部門和OT部門融合交匯，需要在業(yè)務(wù)層和 技術(shù)層進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和組織設(shè)計(jì)，乃至進(jìn)行重組。近兩年美國(guó)有三個(gè)不同行業(yè)的公司在這方面做了值得稱道的工作，主要是：建立一個(gè)新的 混合的制造IT的機(jī)構(gòu)；制造IT機(jī)構(gòu)率先對(duì)工作人員進(jìn)行交叉培訓(xùn)，讓OT人員深度 了解IT的同時(shí)，也使IT人員深度了解OT;制造IT機(jī)構(gòu)去執(zhí)行一整套協(xié)調(diào)一致的 技術(shù)管理流程，以確保建立一個(gè)一致性更好的跨IT和OT的架構(gòu)。這個(gè)被稱為實(shí)現(xiàn) OT-IT 融合的操作架構(gòu)，定義IT和 OT系統(tǒng)的統(tǒng)盤考慮的路線圖。打破IT和 OT之 間的技術(shù)隔離和各自為政，是開(kāi)發(fā)操作架構(gòu)的關(guān)鍵因素。我們還可以從企業(yè)架構(gòu)的角度切入

11、OT-IT 的融合。將此兩個(gè)領(lǐng)域融合， 首先要求依據(jù) 一系列預(yù)先很好定 義、且可擴(kuò)可縮的標(biāo)準(zhǔn)，其涵蓋的范圍從資產(chǎn)到數(shù)據(jù)中心， 反之也 然，即從數(shù)據(jù)中心到資產(chǎn)。確保這些標(biāo)準(zhǔn)安全，是相當(dāng)關(guān)鍵的。否則重要的和價(jià)格昂貴的 資產(chǎn)容易受到攻擊。所有這些相關(guān)的關(guān)切可被概括為企業(yè)架構(gòu)的概念。這一架構(gòu)采取自 頂而下的方法。在傳遞到技術(shù)細(xì)節(jié)之前，其流程包括需要組織的目標(biāo)、策略、遠(yuǎn)景規(guī)劃和 業(yè)務(wù)諸方面。在操作運(yùn)營(yíng)的范圍里， 這一企業(yè)架構(gòu)允許IT和 OT不致發(fā)生對(duì)立的難#m德學(xué)電應(yīng)彥以協(xié)調(diào)的工作。什么是“企業(yè)架構(gòu)”呢？維基百科的定義是：“企業(yè)架構(gòu)是一種為開(kāi)展企業(yè)的分析、設(shè)計(jì)、規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)而定義的完善的實(shí)踐活動(dòng)，為 了成

12、功地進(jìn)行策略的開(kāi) 發(fā)和執(zhí)行，它在所有的時(shí)間內(nèi)采用統(tǒng)盤考慮全局協(xié)調(diào)的方法?！憋@而易見(jiàn)，之所以需要企業(yè)架構(gòu)，是由于需要形成一個(gè)綜合環(huán)境，能夠在在貫穿整個(gè)企業(yè) 的范圍內(nèi)，將通常碎片化的已有流程（不論是手動(dòng)流程還 是自動(dòng)流程）進(jìn)行優(yōu)化，從而 達(dá)到為對(duì)每一個(gè)變化都能作出響應(yīng)，并且支持業(yè)務(wù)策略的良好執(zhí)行?，F(xiàn)在企業(yè)的CEO都清楚通過(guò)IT對(duì)信息進(jìn)行有效管理和利用，是取得業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵 因素，而且是獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必不可少的手段。在業(yè)務(wù)環(huán)境不斷變化的情況下， 企業(yè)架 構(gòu)的作用就是通過(guò)提供IT系統(tǒng)演進(jìn)的戰(zhàn)略背景環(huán)境以及IT與OT的融合予以應(yīng)對(duì)。9三創(chuàng)1學(xué)吧自霹電圖2企業(yè)架構(gòu)由四個(gè)架構(gòu)域構(gòu)成上圖2描述了企業(yè)架構(gòu)總體構(gòu)

13、成的四個(gè)架構(gòu)域：業(yè)務(wù)架構(gòu)（定義業(yè)務(wù)策略、治理、組 織和關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程）應(yīng)用架構(gòu)（提供要部署的的獨(dú)立應(yīng)用，這些獨(dú)立應(yīng)用之間的交 互作用，以及與核心的業(yè)務(wù)流程間的關(guān)系）數(shù)據(jù)架構(gòu)（描述組織的邏輯、物理數(shù)據(jù)資產(chǎn) 和數(shù)據(jù)管 理資源的結(jié)構(gòu)）技術(shù)架構(gòu)（描述支持業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)部署的邏輯的 軟件和硬件的能力，包括IT基礎(chǔ)設(shè)施、中間件、網(wǎng)絡(luò)、通信、處理和標(biāo)準(zhǔn)等）。美國(guó)的The Open Group 為企業(yè)架構(gòu)制定了 TOGAF 標(biāo)準(zhǔn)。幾經(jīng)版本更新目前這一企 業(yè)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)已是第9版了。在實(shí)現(xiàn)方法上在IT和OT集成期間，制造廠必須在初始階段就下力氣，譬如讓IT和 OT 一起建立一種實(shí)時(shí)反映各個(gè)車間生產(chǎn)狀況的看板，這

14、些看板向預(yù)設(shè) 的各級(jí)主管人員 報(bào)告重要信息，例如產(chǎn)線的負(fù)載不平衡，分析產(chǎn)品可能會(huì)因某個(gè)工段有故障而發(fā)生問(wèn)題，11等等。由于產(chǎn)線是工廠最關(guān)鍵的區(qū)域，它們隨時(shí)隨地產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，從監(jiān)控車間中可以得到高 效利用的信息。雖然信息通常是IT的范疇，但是通過(guò)傳感器捕捉信息， 在產(chǎn)線發(fā)生不 良的事件之前加以檢測(cè)并預(yù)測(cè)，這恰恰是OT的范疇。只有當(dāng)這些信息流能與操作運(yùn)行 相結(jié)合并在產(chǎn)線中得以執(zhí)行，制造廠才會(huì)從中得到客觀的利益。03 ET 必須納入OT-IT 融合的進(jìn)程圖3 ET 納入OT-IT 融合的進(jìn)程由于在制造業(yè)中集成產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì)的重要性大為增加，促使企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求工程技術(shù) ET (engineer

15、ing technology）納入IT-OT 的融合進(jìn)程中白健學(xué)吧在 ARC給出的概念中，ET包括了數(shù)字模型的建模技術(shù)，形成了流程工藝工程師必須 與IT軟件開(kāi)發(fā)人員一起工作，工業(yè)安全專家必須與IT信息安全專家協(xié)同，自動(dòng)化專 家必須與IT數(shù)據(jù)科學(xué)家協(xié)同的局面。在制造業(yè)中由于智能設(shè)備的復(fù)雜度增加，相應(yīng)的軟件推動(dòng)IT和OT緊密的集成，于是 創(chuàng)造了在原有的知識(shí)上獲得新的洞察和觀察視角的機(jī)會(huì)。只是在IIoT 的數(shù)字化數(shù)據(jù)環(huán) 境中，將ET工程技術(shù)中那些為建立虛擬模型的技術(shù)納入 OT-IT 融合的進(jìn)程和交換中， 這才能真正發(fā)揮作用?；蛟S過(guò)去ET已經(jīng)被隱含在 OT-IT 的融合中，但是它的作用被低 估了。在現(xiàn)

16、在和將來(lái)的工作環(huán)境必須改變這種觀念，原因在于建模工具已成為管理決策或 技術(shù)決策中的基礎(chǔ)和必備的環(huán)節(jié)。DdhSLitiilishDeasion SupportCyienecurity藉m而加HE Govd, *Pftn ArmlytK ModelingVinual & AugmenJvd rvaliiySmart ConnectedMachinesIT/ET/OT Convergence Path to IIoT圖4在IIoT 環(huán)境下OT-IT 的融合必須納入ET 如圖4所示，由于ET需要利用IT來(lái)改善OT ,所以ET處于IT和OT的中間 隨著獲取實(shí)際狀態(tài)和對(duì)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行可視化的技術(shù)不斷在改進(jìn)，

17、ET為用戶提供更好了 解資產(chǎn)在實(shí)際運(yùn)用中的能力。在這三個(gè)領(lǐng)域之間的關(guān)系應(yīng)該超越“和平共存”，而通過(guò)合 并融合，最終產(chǎn)生大于其各自部分總和的結(jié)果。在虛擬環(huán)境下對(duì)新產(chǎn)品、新系統(tǒng)，甚至新的生產(chǎn)工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，將會(huì)創(chuàng)造一種令人 耳目一新的效果，特別是從成本的視角來(lái)看可以獲得前所未有的增益。虛擬 模型可 以在資產(chǎn)整個(gè)生命周期中將IT/ET/OT 聯(lián)系起來(lái)，僅從資產(chǎn)管理的角度來(lái) 評(píng)價(jià)，可以取得在一個(gè)問(wèn)題發(fā)生之前就能預(yù)測(cè)，并能夠以優(yōu)化的速度和成本對(duì)可能發(fā)生的 問(wèn)題進(jìn)行維護(hù)。舉例來(lái)說(shuō)，制藥行業(yè)由于具有對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行合規(guī)驗(yàn)證的要求，一旦不合規(guī)就會(huì)影響其 聲譽(yù)。當(dāng)驗(yàn)證的要求發(fā)生變化，接下去就要改變控制規(guī)程，如

18、果能在專業(yè)的規(guī)程實(shí)踐的指 導(dǎo)下運(yùn)用制造IT自動(dòng)地保證所需要結(jié)果的一致性，問(wèn)題就容易解決。還有一個(gè)依靠資產(chǎn)信息進(jìn)行能源管理的案例。加拿大最大的集成能源公司 Suncor Energy，其運(yùn)營(yíng)卓越管理系統(tǒng)（OEMS ）和數(shù)字化轉(zhuǎn)型平臺(tái)的基礎(chǔ)就是資產(chǎn)信息。從2004 年開(kāi)始OEMS 的目標(biāo)就是有效和高效率地改善工廠的可靠性、風(fēng)險(xiǎn)管理和環(huán)境的可持續(xù) 發(fā)展。為了獲得良好的效果，資產(chǎn)信息必須是完整的、可存取的、適時(shí)的和可信賴的。 良好的資產(chǎn)信息提供了按許可證運(yùn)行來(lái)改善風(fēng)險(xiǎn)管理、減少非計(jì)劃停車和非計(jì)劃降低運(yùn) 行速度、提高生產(chǎn)率、削減供應(yīng)鏈成本，以及削減資產(chǎn)投運(yùn)的調(diào)試時(shí)間。Suncor 公司從企業(yè)的視角設(shè)計(jì)資

19、產(chǎn)信息系統(tǒng)，首先設(shè)置四大支柱：標(biāo)準(zhǔn)和過(guò)程、內(nèi)容、人與企業(yè)文化、技術(shù)工藝， 先對(duì)所采集的五花八門的信息按一定的數(shù)據(jù)格式加以標(biāo)準(zhǔn)化，接著按照工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)建立工具，并按業(yè)務(wù)情況和實(shí)例加以提升。建立一種可管理的結(jié)構(gòu)確保呈現(xiàn)和顯示來(lái) 自所有業(yè)務(wù)單位的數(shù)據(jù)。除非標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)情況和實(shí)例已經(jīng)被批準(zhǔn)，是不允許客制化的。過(guò) 程按不同的人員即工程師、操作人員、維護(hù)人員予以實(shí)現(xiàn)。04充分運(yùn)營(yíng)IIoT促使OT-IT 融合怎樣把老一輩在工廠生產(chǎn)管理的經(jīng)驗(yàn)和積累的知識(shí)， 通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為“數(shù)字原生” 的知識(shí)財(cái)富，并被年青一代繼承和發(fā)展，這一挑戰(zhàn)也可理解為OT與IT交匯融合，使 得OT和IT各自的“神經(jīng)突觸”緊 緊相連，從而為創(chuàng)造更多價(jià)值提供保證。圖5是 日本橫河利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIoT 實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)的OT和IT融合的解決方案。15Enterpn*fr XPSM BF3nt AHOTraticrial technolL* xLil I LT LpA。直e/二9Opeiabocs w 網(wǎng) 4Vhen| & conlioiMinion crttical solutionsRemote solutions圖5通過(guò)IIoT促成OT-IT 融合的基礎(chǔ)架構(gòu)原來(lái)在本企業(yè)內(nèi)各個(gè)工廠積累了豐富的控制、管理和優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)， 形成了一套以生產(chǎn)任 務(wù)優(yōu)先的解決方案。不過(guò)這些解決方案充其量體現(xiàn)了操作運(yùn)營(yíng)管理 和控制的局部?jī)?yōu)化