對(duì)于智能制造，首先我們要探討的是為什么要推進(jìn)智能制造？就共識(shí)而言，智能制造的核心問題在于解決個(gè)性化的生產(chǎn)問題，如果沒有個(gè)性化生產(chǎn)這一核心驅(qū)動(dòng)力，那么也不需要探討智能制造，需要提升自動(dòng)化去生產(chǎn)就可以了。

一、制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

圖1-制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

首先我們一起探討制造業(yè)面臨哪些挑戰(zhàn)？

如何讓我們生產(chǎn)去響應(yīng)市場變化的需求。因?yàn)楝F(xiàn)在我們?cè)诔欣锟吹?，可口可樂發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽的種類會(huì)非常個(gè)性化，包括江小白這種白酒它都是個(gè)性化的。在印刷行業(yè)，以前的一個(gè)訂單可能會(huì)是30000米，現(xiàn)在一個(gè)訂單少到3000米，很多領(lǐng)域都是這樣，有很大的個(gè)性化的需求。

但是個(gè)性化并非那么美好，因?yàn)閭€(gè)性化對(duì)生產(chǎn)企業(yè)而言其實(shí)是一場災(zāi)難，為什么這么說呢？因?yàn)榘凑宅F(xiàn)有的生產(chǎn)模式，個(gè)性化一定會(huì)帶來質(zhì)量的下降和成本的上升，與交付能力的一個(gè)拉長。舉一個(gè)例子，印刷機(jī)有開機(jī)浪費(fèi)，印刷機(jī)放卷經(jīng)過印刷單元和烘道再到收卷，第一個(gè)紙路是浪費(fèi)掉的。因?yàn)椴豢赡芤簧先ゾ湍苡〉觅|(zhì)量很好，再精湛工藝的老師傅也做不到這一點(diǎn)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)開機(jī)浪費(fèi)如果是100米，對(duì)于大訂單來說，這個(gè)浪費(fèi)比如說一萬米的訂單來說，浪費(fèi)100米，這個(gè)不良品率是1%，但如果這個(gè)訂單變化到2000米的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)不良品率上升到5%了。還有一個(gè)問題，由于訂單的切換重新穿紙，而這個(gè)過程要浪費(fèi)時(shí)間，我們叫工藝切換時(shí)間。包括像注塑機(jī)打一個(gè)產(chǎn)品，比如說我們生活中非常多的塑料件，這個(gè)注塑機(jī)生產(chǎn)也是一樣的，第一模打不好的，因?yàn)橄却蛄艘院罂匆豢催@個(gè)產(chǎn)品行不行，看看參數(shù)，溫度高了還是低了，這些生產(chǎn)需要調(diào)校過程，這個(gè)過程都會(huì)造成浪費(fèi)，我們統(tǒng)一歸結(jié)為開機(jī)浪費(fèi)。

所有這些開機(jī)浪費(fèi)都會(huì)讓生產(chǎn)的時(shí)候，其它的浪費(fèi)包括由于機(jī)器不穩(wěn)定運(yùn)行而造成的不良品都會(huì)成為成本。也就是說個(gè)性化其實(shí)會(huì)帶來我們很多生產(chǎn)成本的上升、質(zhì)量的下降，交付能力的下降。這就要求我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，這也就是我們所有智能制造要去討論的問題。

還有就是機(jī)器變得更加復(fù)雜，包括現(xiàn)在智能制造是跨學(xué)科的，不僅包括機(jī)械、電器、軟件、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)甚至通過機(jī)器的互聯(lián)以后，我們對(duì)它進(jìn)行全局的優(yōu)化，這些都需要我們?nèi)ナ褂靡恍C(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)一些對(duì)問題的解決。還有一個(gè)就是如何讓機(jī)器更容易使用，如何讓生產(chǎn)連續(xù)。

我們知道生產(chǎn)主要分成兩大塊兒，制造業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)主要分為兩大塊，如果讓我歸結(jié)智能制造的本質(zhì)是什么？大家會(huì)發(fā)現(xiàn)制造的本質(zhì)會(huì)材料進(jìn)行物理和化學(xué)兩種加工。比如說流程工業(yè)，比如說石化、制藥這一類工業(yè)都屬于對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)的一個(gè)反應(yīng)，而對(duì)比如說手機(jī)、電子制造業(yè)，對(duì)包裝的，這些領(lǐng)域你會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)材料進(jìn)行物理的加工，比如說我們舉個(gè)例子。

在座每個(gè)人桌上都有一瓶水，它是把塑料顆粒熔化，然后吹出瓶子。這是一個(gè)物理的變化，然后旋蓋、貼標(biāo)簽，包括鈑金加工的沖壓成形，其實(shí)印刷也是把油墨壓到紙上，所有這些都是一個(gè)物理的加工。

也就是說在加工里面怎么樣發(fā)現(xiàn)讓我們的生產(chǎn)質(zhì)量更高，成本更低呢？第一如何讓質(zhì)量更高，加工精度、加工速度這些效率更高。

第二個(gè)問題是如何使用更少的材料？比如說我舉個(gè)例子，太陽能光伏，單晶硅片。10年前接觸光伏行業(yè)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)晶棒切片的時(shí)候多線切割機(jī)是一根金剛線沿著四個(gè)棍子繞1000圈，把這個(gè)晶棒放上去，這個(gè)金剛線上面涂上石英砂，把晶片磨出來的，磨出一片一片的，切成一千片。

今年我們7月與客戶交流的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)他們采用了更細(xì)的金剛線，可以一次繞3000-4000圈，也就是說，它一次可以比以前多切2000多片。這些材料更為節(jié)省，因此，今天我們會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在光伏的電價(jià)成本已經(jīng)下來了。

為什么呢？就是因?yàn)榧夹g(shù)的變革使得可以同一跟單晶硅的晶棒可以切出更多的晶片，這樣的話，整個(gè)成本就會(huì)下降了。所以說，我們?nèi)绾胃?jié)省使用材料？比如說我們桌子上的瓶子，我們做的機(jī)器控制，主要控制他們瓶子的壁厚，因?yàn)槠孔拥暮穸忍駮?huì)很浪費(fèi)材料，比如說浪費(fèi)一克，每一個(gè)瓶子都浪費(fèi)1g沒事，但是你知道一年生產(chǎn)多少個(gè)瓶子的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)一克是很大的量。

如果每一個(gè)瓶子可以節(jié)省一點(diǎn)點(diǎn)的話，這個(gè)量都會(huì)非常大的。貝加萊在塑料行業(yè)也為用戶提供壁厚控制，壁厚控制就是讓瓶子最均勻，怎么均勻呢？太厚浪費(fèi)材料，太薄不合要求，我們所有的生產(chǎn)過程都怎么樣讓質(zhì)量更好、成本更低，如何更節(jié)省材料，使用更少的能源，使用更少的機(jī)器時(shí)間。

談到時(shí)間，在精益生產(chǎn)里面有一個(gè)我們把所有的生產(chǎn)過程分為增值和不增值兩部分。

什么是增值呢？就是生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，這個(gè)叫增值過程，如果你生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品那就減值就是浪費(fèi)。等待的時(shí)間，工藝切換機(jī)器維修的時(shí)間，或者是機(jī)器減速所有的都是浪費(fèi)，我們?nèi)绾巫屛覀兊纳a(chǎn)不斷去讓他生產(chǎn)出給高質(zhì)量的產(chǎn)品，單位時(shí)間生產(chǎn)出更高的產(chǎn)品，比如說我們?yōu)槭裁匆瞿茉垂芾砟?？過去針對(duì)100萬個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一的能耗計(jì)量，但如果說我們現(xiàn)在批次變小了，我們計(jì)算成本的時(shí)候，我們就需要對(duì)能量進(jìn)行更精細(xì)的能源劑量體系。劑量到每一個(gè)產(chǎn)品，比如說我一個(gè)訂單，以前是一百萬個(gè)瓶子的需求。我總共多少能耗，我就可以計(jì)算出。但是我現(xiàn)在接這個(gè)訂單我核算成本的時(shí)候，我要核算這個(gè)訂單只有一萬個(gè)，我這個(gè)成本怎么核算，能耗怎么計(jì)算？

我們?yōu)槭裁粗v預(yù)測(cè)性維護(hù)呢？是因?yàn)檫^去我生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，一個(gè)訂單我可能要打一個(gè)月，那我某臺(tái)機(jī)器停機(jī)兩小時(shí)沒有關(guān)系，但是這個(gè)訂單只能打一天再停兩小時(shí)，這個(gè)時(shí)間對(duì)工廠來說是不可承受的。

所以他時(shí)刻保證機(jī)器處于一個(gè)健康狀態(tài)，能夠穩(wěn)定的生產(chǎn)，因?yàn)橹挥蟹€(wěn)定可靠的生產(chǎn)，才能讓我們印刷機(jī)變成印鈔機(jī)，才能讓我們的包裝線變成印鈔線。比如我們?cè)诠I(yè)現(xiàn)場里面管理運(yùn)營，我們經(jīng)常講OEE，設(shè)備的綜合使用效率，這個(gè)設(shè)備綜合使用效率怎么去理解呢？比如說如果一個(gè)生產(chǎn)線的OEE是80%，那就意味著80%的時(shí)間在幫我們生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，在幫我們賺錢。另外20%的時(shí)間在幫我們浪費(fèi)，如果OEE到60%的話就意味著60%的時(shí)間在賺錢，另外40%時(shí)間在浪費(fèi)。也就是說說個(gè)不好聽的話，可能你要去核算一下你會(huì)發(fā)現(xiàn)40%的浪費(fèi)比你60%賺錢的時(shí)間還更厲害，這個(gè)工廠就虧損了。對(duì)企業(yè)來說，我們?cè)趺礃尤ヌ岣呶覀兊纳a(chǎn)效率，提高我們的質(zhì)量成本交付能力，這個(gè)是我們要去解決的問題。

二、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

今天我們要去通過技術(shù)，比如說通過設(shè)計(jì)概念的變化，通過新的設(shè)計(jì)方法，比如說通過數(shù)字孿生技術(shù)，通過積極學(xué)習(xí)這些技術(shù)來去優(yōu)化我們的生產(chǎn)，尋找生產(chǎn)里面的問題。

第二個(gè)問題比如說用數(shù)學(xué)的方法，其實(shí)數(shù)學(xué)方法數(shù)據(jù)擬合、優(yōu)化算法、自適應(yīng)控制，包括各種各樣的數(shù)學(xué)的方法來解決這個(gè)。

今天很多在討論人工智能討論機(jī)器學(xué)習(xí)，其實(shí)這些都是數(shù)學(xué)問題，不要把那個(gè)東西講那么高大上，它基本上都是數(shù)學(xué)問題。你去翻閱人工智能的歷史你會(huì)發(fā)現(xiàn)人工智能在工業(yè)里面，因?yàn)槿斯ぶ悄芾锩嬗腥齻€(gè)學(xué)派，我們連接主義、符號(hào)主義和行為主義，其實(shí)行為主義很多工作就是工業(yè)自動(dòng)化，工業(yè)控制領(lǐng)域里面在做的工作，比如說在工業(yè)控制里面最典型的我們叫PID調(diào)節(jié)，它其實(shí)就是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制的方法。

所以說可能在我們做工業(yè)控制的人來說，所謂的人工智能并非新鮮，它過去沒有發(fā)展起來是因?yàn)樗懔Σ蛔?，其?shí)整個(gè)美國的阿波羅登月工程中，所有的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力都比不上在座今天每個(gè)人手里拿的那部手機(jī)的算力，今天人工智能為什么能夠發(fā)展是因?yàn)榻裉斓挠?jì)算機(jī)的處理能力到了，所以才會(huì)可以投入使用了。

因?yàn)樗辛私?jīng)濟(jì)性，有了經(jīng)濟(jì)性直白說就是它變得便宜了，所以才可以使用。也就是說我們所有的工作，任何的技術(shù)如果沒有經(jīng)濟(jì)性是沒有意義的。對(duì)企業(yè)來說就是這樣的，你跟我講再好的技術(shù)，如果沒有經(jīng)濟(jì)性，不是一個(gè)成本很低的技術(shù)，那讓我再等五年、十年也行，你們可以先去講你們的故事，我慢慢等著。

還有就是IT和OT的融合，為什么這里要提IT和OT融合，是因?yàn)槿绻覀兎旁谌挚垂S的生產(chǎn)，我們就必須把機(jī)器到產(chǎn)線到車間到整個(gè)工廠，這個(gè)數(shù)據(jù)匯集起來，然后我們?cè)谶@里面尋找發(fā)掘可以提升的空間。

比如說舉一個(gè)例子，我們生產(chǎn)酸奶，酸奶發(fā)酵完了之后，后面要進(jìn)行殺菌和處理。如果說，他們的時(shí)間節(jié)拍不匹配，后面已經(jīng)加熱了，產(chǎn)品還沒有來，我加熱不就浪費(fèi)能源了嗎？所以說我們通過一些細(xì)節(jié)上不斷的節(jié)拍上的匹配，通過連線以后，去發(fā)現(xiàn)節(jié)省中間的一些不必要的我們說不增值的環(huán)節(jié)，我們把一個(gè)離散的生產(chǎn)變成一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)。

其實(shí)在流程工業(yè)自動(dòng)化程度是非常高的，因?yàn)榱鞒坦I(yè)本身就是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)，就是一個(gè)自動(dòng)的生產(chǎn)，所以像電力、石化實(shí)際上自動(dòng)化程度非常高的。

還有就是知識(shí)自動(dòng)化，就是如何讓我們的知識(shí)復(fù)用？比如說在座很多人在某一個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)積累非常深厚，這些知識(shí)如何被顯性化使用，被重復(fù)使用。包括我們?cè)谙到y(tǒng)開發(fā)的時(shí)候，如何讓軟件的代碼可以復(fù)用。而不是說每一次編程序，每換一個(gè)機(jī)器、換一個(gè)應(yīng)用就得重新寫，我們要把共性的知識(shí)抽取出來，然后讓他變成一個(gè)可被復(fù)用的知識(shí)，以軟件的形式去重復(fù)使用。軟件也是可以復(fù)用的，家里的鍋碗瓢盆可以復(fù)用，軟件也是可以復(fù)用的。我們?nèi)タ催B接，我們?nèi)绾稳ト胬斫庵悄苤圃欤üI(yè)互聯(lián)網(wǎng)在里面扮演的角色，首先我們回到精益生產(chǎn)，其實(shí)生產(chǎn)制造只有三個(gè)問題

1、質(zhì)量。

2、成本。

3、交付。

三、精益、自動(dòng)化、信息化、智能化之間的關(guān)系

圖3-精益-自動(dòng)化-信息化-智能化之間的關(guān)系

首先我們談精益生產(chǎn)，實(shí)際上是我們整個(gè)質(zhì)量一個(gè)根基，我們講數(shù)字化，其實(shí)數(shù)字化的根基在哪兒？數(shù)字化的根基并不是我有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，我有ERP叫數(shù)字化，數(shù)字化的根基在精益生產(chǎn)上，如何讓生產(chǎn)運(yùn)營能夠最高效。如何量化分析，如何量化分析我的質(zhì)量，如何量化分析我的加工過程。

比如我們叫標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。你像當(dāng)年泰羅制都能分析到每一個(gè)人的東西，擰螺絲多長時(shí)間，怎么讓時(shí)間更短，怎么訓(xùn)練這些人，實(shí)際上擰這些螺絲，所有的這些都讓生產(chǎn)，比如說產(chǎn)生了非常多精益生產(chǎn)的工具包括很多精益生產(chǎn)的理念，非常非常多的管理運(yùn)營工具其實(shí)都來自于制造現(xiàn)場。

其實(shí)很多人如果學(xué)管理學(xué)的話都會(huì)發(fā)現(xiàn)，大量的管理學(xué)思想是來自于汽車制造業(yè)。包括電子制造業(yè)這些領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域里面，你想汽車，制造一臺(tái)汽車比如說一臺(tái)20萬的車，你要想車零配件重新組裝的話，這個(gè)車至少一百萬，怎么才能把它變成20萬的車呢，而且他還賺錢，這就是經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，讓他能夠?qū)崿F(xiàn)的過程，也就是說如果沒有好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的話，其實(shí)這個(gè)智能制造很難推動(dòng)和運(yùn)行的。

自動(dòng)化解決哪些問題呢？解決運(yùn)動(dòng)控制，解決精度問題，加工精度、加工速度、工藝切換。這個(gè)信息化實(shí)際上是解決邊緣計(jì)算，解決控制是基于信號(hào)的，而邊緣信號(hào)是基于信息的。而基于信息的問題是解決策略問題、調(diào)度問題，比如說我們最容易理解就是高鐵，高鐵就是一個(gè)調(diào)度系統(tǒng)，來給所有的節(jié)點(diǎn)，不同的需求，各個(gè)站大家怎么調(diào)度最重要的問題不要碰撞，這是一個(gè)調(diào)度的問題。

什么是智能化，智能化實(shí)際上是一個(gè)什么問題呢？實(shí)際上在我們解決這些問題的時(shí)候，如果我們用機(jī)理模型，用那個(gè)已有的、化學(xué)的，物理這些模型，不能解決這些問題的時(shí)候，我們可以用，或者說要解決一些非線性問題的時(shí)候，我們需要用智能的算法，學(xué)習(xí)的方式來解決，這個(gè)其實(shí)這樣理解吧。

我們來理解什么是自動(dòng)化，自動(dòng)化就是我控制一臺(tái)小車能夠精準(zhǔn)的到一個(gè)位置，而一百臺(tái)小車如何協(xié)同工作，那這是一個(gè)計(jì)算問題、調(diào)度問題。

智能化是什么呢？如果我們?nèi)?duì)一個(gè)控制過程進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)其設(shè)定一個(gè)成本函數(shù)來約束，尋求系統(tǒng)最優(yōu)解（參數(shù)、相關(guān)性），當(dāng)這個(gè)成本函數(shù)可以被求導(dǎo)我們理解為一個(gè)線性問題，但如果不能則屬于一個(gè)非線性問題，這個(gè)問題不能用已有的模型解決的。

有一天我注意到微信群中兩個(gè)朋友討論預(yù)測(cè)性維護(hù)，我發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)人討論可有意思，他們倆說的話似乎并不是一種語言體系里的人，而且顯然他們自己也是相互并不理解的，但是我看明白了，他們倆說得都是一件事，后來我明白兩者的差異。一個(gè)方向是通過機(jī)械系統(tǒng)的失效模型。就是一個(gè)金屬材料在這種加工狀態(tài)下、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下怎么失效的，怎么被磨損，機(jī)器什么時(shí)候出故障，這個(gè)我們叫做機(jī)理模型分析。

另一個(gè)人談的不是這個(gè)話題，他只看振動(dòng)信號(hào)，或者溫度信號(hào)，看這個(gè)信號(hào)以后就預(yù)測(cè)這個(gè)信號(hào)這個(gè)趨勢(shì)會(huì)怎么樣，這是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)預(yù)測(cè)性維護(hù)，其實(shí)解決問題的這個(gè)方法有很多種，有一些人通過機(jī)理模型，有些人通過積極學(xué)習(xí)的方式，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式來解決這個(gè)問題，那數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的解決方式的優(yōu)勢(shì)在哪呢？他不需要人掌握非常專業(yè)的知識(shí)，只要看數(shù)據(jù)，自己去學(xué)，但是機(jī)理模型具有可解釋性，人工智能在工業(yè)應(yīng)用最大的問題就是可解釋性問題。

所以說人工智能有一些問題，有不可解釋性問題，導(dǎo)致人工智能在工業(yè)應(yīng)用其實(shí)它是有些局限的。因?yàn)楣I(yè)里面不允許99%正確，要求的是100%準(zhǔn)確。只要有一次1%的不準(zhǔn)確，就可能會(huì)出人命，可能跟商業(yè)場景應(yīng)用不一樣。

比如說手機(jī)，手機(jī)斷線了有什么影響呢？不會(huì)出人命，但是在工業(yè)里面如果說機(jī)器連接斷線了，真會(huì)出人命的。

所以O(shè)T人跟IT的人思維方式是不一樣的，比如說我們講通信，IT的人講通信的時(shí)候會(huì)講upto，最快可以達(dá)到多少，但是你知道工業(yè)的人講通訊的時(shí)候，是講最差（WorstCase）情況是多少，這是兩個(gè)完全不同的思維方式。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)其實(shí)整個(gè)障礙是什么？障礙就是互操作問題，這個(gè)是2014年美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組織他們做的一個(gè)調(diào)研，其實(shí)我覺得這個(gè)問題到現(xiàn)在還沒解決，雖然是2014年的調(diào)研，但是我認(rèn)為比如說今天沒有解決，明天也解決不了?；蛘咴谖磥硎陜?nèi)你都看不到完全解決的一個(gè)現(xiàn)象。

圖4-IoT推進(jìn)的障礙分析

四、為什么采用OPCUA這個(gè)什么叫互操作呢？

5+5是不是等于10，但是我想問的問題是5厘米+5英寸等于多少？這只是個(gè)例子，我們想表達(dá)大家要使用相同的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，所以需要一個(gè)統(tǒng)一的語義的一個(gè)定義，就是說在工業(yè)現(xiàn)場里面，這個(gè)話題如果是做工業(yè)的人肯定會(huì)知道現(xiàn)場總共有多少現(xiàn)場總線？據(jù)說這個(gè)世界上有多少家做PLC的，這個(gè)世界上就有多少種現(xiàn)場總線，現(xiàn)場總線的種類有多少？當(dāng)我們的互聯(lián)網(wǎng)我們所謂的云端或者ERP訪問現(xiàn)場的時(shí)候，你要寫各種各樣針對(duì)不同的總線的驅(qū)動(dòng)程序和調(diào)試這些驅(qū)動(dòng)程序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一件讓你崩潰的事情。而且很多協(xié)議是不開放的，你還得猜這個(gè)數(shù)據(jù)是什么？工業(yè)現(xiàn)場有互聯(lián)互通互操作三個(gè)層面的問題，還有更高層面的叫互換。目前就工業(yè)場景而言還互換不了，但是PC的USB口可以互換的，任何一個(gè)設(shè)備加進(jìn)來都可以去用，是可以互換，在工業(yè)這邊沒有辦法解決問題的。然后有的現(xiàn)場總線變頻比如說1和0的變頻也不一樣，有的是10伏的有的是15伏的。間距也不一樣，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間距有一百米的，有五百米的，有一公里的，帶寬有1兆的、2兆的，有512K的，有非常多的變化。到底現(xiàn)場有多少中協(xié)議呢？我們了解自動(dòng)化行業(yè)一家做SCADA軟件的公司，他們針對(duì)不同的總線與協(xié)議連接的時(shí)候有5000種驅(qū)動(dòng)程序。IEC組織定義的國際標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)場總線就有18種，后來產(chǎn)生了很多的以太網(wǎng)，這個(gè)以太網(wǎng)是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)用不了，沒有實(shí)時(shí)性，產(chǎn)生的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)際上解決什么問題，就是統(tǒng)一使用的100MB，各種方式都是一致的。但是還保持以前的，所以各種各樣實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。也就是說物理層使用這個(gè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)，但是應(yīng)用層還保留原來的應(yīng)用層。還有就是他們無法實(shí)現(xiàn)互操作，就是我們說數(shù)據(jù)，你比如說你這個(gè)60000H這個(gè)地址的數(shù)據(jù)是什么，是電流還是電壓，不知道。每一個(gè)協(xié)議對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)都是不一樣的，所以就產(chǎn)生了一個(gè)無法進(jìn)行互操作的問題。

圖5-工業(yè)總線發(fā)展趨勢(shì)

所以工業(yè)規(guī)劃采用OPCUA去解決互操作的問題，而TSN來解決這個(gè)通信的物理統(tǒng)一性問題，這就是我今天跟大家討論一個(gè)OPC UAoverTSN的一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，在工業(yè)領(lǐng)域里面一個(gè)基礎(chǔ)的問題。我前面講的在工業(yè)4.0包括智能制造里面，它對(duì)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的要求，包括很多方面，包括互操作性，可視化、分布式、實(shí)時(shí)面向服務(wù)模塊化一些需求。這些需求要怎么滿足。

OPCUA有很多優(yōu)勢(shì)，它的核心優(yōu)勢(shì)在哪呢？信息模型，就是如何為工廠的數(shù)據(jù)建模，這是一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，如何讓數(shù)據(jù)建模。圖6就是關(guān)于OPC UA的整體架構(gòu)，它包括了幾個(gè)方面：（1）.通信支持能力：它提供了針對(duì)Client/Server的傳輸，以及Pub/Sub的傳輸機(jī)制，即發(fā)布/訂閱的機(jī)制，這種機(jī)制更為適應(yīng)于云端數(shù)據(jù)與現(xiàn)場的連接，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。（2）.信息模型，包括了元模型、DI-即設(shè)備集成信息模型，內(nèi)嵌的歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警、日志等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相關(guān)的信息，第2層就是垂直行業(yè)信息模型，針對(duì)塑料、包裝、機(jī)床等行業(yè)的信息模型，再上就是企業(yè)自定義的信息模型。（3）.安全的傳輸機(jī)制，尤其在互聯(lián)時(shí)代，信息安全也至關(guān)重要，OPC UA也提供了信息安全方面的保障機(jī)制，包括授權(quán)、權(quán)限管理等。

圖6-OPCUA的架構(gòu)

比如說我們?cè)谒芰闲袠I(yè)，如果沒有統(tǒng)一的一個(gè)規(guī)范的話，我們知道你要訪問一個(gè)設(shè)備你需要干什么，沒有OPC UA，其實(shí)這個(gè)問題也能解決，你就寫程序往下寫就可以。但是如果有這個(gè)OPC UA的標(biāo)準(zhǔn)信息模型的話，其實(shí)你只要讀取注塑機(jī)的工藝信息，他會(huì)把相關(guān)信息打包傳上來，這樣的話會(huì)簡化工程項(xiàng)目的實(shí)施時(shí)間。

一家朋友公司做鋰電池生產(chǎn)線了，這個(gè)生產(chǎn)線有兩百臺(tái)設(shè)備。他說為了把設(shè)備連起來構(gòu)成完整產(chǎn)線，每個(gè)設(shè)備配置參數(shù)需要花費(fèi)四個(gè)小時(shí)，就是說光配置參數(shù)這件事情就需要800個(gè)工時(shí)。

現(xiàn)在很多所謂的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，其實(shí)在我們看來，就是干一件事——體力活。就是把不同控制器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一導(dǎo)到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)上來，就干這件事。

五、OPC UA與數(shù)字孿生及機(jī)器學(xué)習(xí)的關(guān)系

我們講這些OPC UA有哪些應(yīng)用場景，比如說數(shù)字孿生，什么是數(shù)字孿生呢？數(shù)字孿生就是虛擬世界和物理世界動(dòng)態(tài)交互問題，數(shù)字卵生有很多概念在市場上流行，其實(shí)很多并不是真正的數(shù)字卵生，首先第一是數(shù)字主線，必須從設(shè)計(jì)端到生產(chǎn)制造端再到運(yùn)營維護(hù)端，整個(gè)虛擬數(shù)據(jù)建模的問題，建模了以后通過數(shù)據(jù)采集，把數(shù)據(jù)采集上來以后，我們?nèi)シ治錾a(chǎn)中的問題。比如說我突然發(fā)現(xiàn)正在加工的產(chǎn)品質(zhì)量有問題，我可以去調(diào)整，動(dòng)態(tài)的要去優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，這個(gè)過程要有一個(gè)南向數(shù)據(jù)和北向數(shù)據(jù)，就是從底層往上傳，我們叫北向數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生系統(tǒng)優(yōu)化了以后，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化通過模型分析進(jìn)行優(yōu)化以后，把這個(gè)結(jié)果通過南向數(shù)據(jù)發(fā)下去，這個(gè)過程我們叫實(shí)時(shí)交互，這個(gè)需要一定的實(shí)時(shí)性。這個(gè)數(shù)字孿生的話，其實(shí)就是我們可以看，比如說左邊，是一個(gè)實(shí)體，就是一個(gè)物理的對(duì)象，這邊是一個(gè)數(shù)字世界，數(shù)字對(duì)象。

圖7-數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建

比如說我們?cè)谲浖到y(tǒng)里面，你可以對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字的建模，數(shù)字建模跟物理的對(duì)象實(shí)時(shí)交互，有哪些用途?。勘热缯f早期驗(yàn)證，實(shí)際上在所有的開發(fā)里面，真正最耗費(fèi)時(shí)間和耗費(fèi)成本的，其實(shí)是測(cè)試驗(yàn)證過程，驗(yàn)證你這個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)品，包括生產(chǎn)過程是不是合理最優(yōu)的，這是一個(gè)測(cè)試驗(yàn)證的過程。這個(gè)地方實(shí)際上最燒錢的，中國在過去很多年數(shù)字化這一方面其實(shí)是比較薄弱的原因在哪兒呢？我說一個(gè)你們不太愛聽的，其實(shí)我們很多的機(jī)器是抄的，抄的意思就是別人驗(yàn)證過了，其實(shí)我們沒有真正花錢在那個(gè)特殊驗(yàn)證的環(huán)節(jié)。真正的系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最燒錢的就是測(cè)試驗(yàn)證，在每個(gè)行業(yè)都是這樣，印刷行業(yè)要試不同的紙張、薄膜在不同的印刷速度、加速度等工藝狀態(tài)下的控制最優(yōu)參數(shù)，注塑機(jī)要打不同的厚度、規(guī)格、材料的產(chǎn)品來測(cè)試其工藝，不僅如此，對(duì)于機(jī)器的生產(chǎn)運(yùn)營者同樣如此，需要測(cè)試不同的產(chǎn)品，包括節(jié)拍、匹配的工藝等等，都需要測(cè)試驗(yàn)證，而數(shù)字孿生則是以“虛擬”的方式為“現(xiàn)實(shí)”的生產(chǎn)提供各種測(cè)試驗(yàn)證，降低成本，這也是數(shù)字孿生之所以現(xiàn)在火熱的原因--因?yàn)楫?dāng)變化更為常態(tài)化的時(shí)候，這種驗(yàn)證如果還是物理的，那么就會(huì)非常耗費(fèi)成本和時(shí)間。OPC UA其實(shí)可以通過對(duì)終端用戶特別感興趣，就是說我希望測(cè)試驗(yàn)證，這個(gè)虛擬的數(shù)字孿生體，最后實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，實(shí)施到具體對(duì)象上的時(shí)候，希望這個(gè)對(duì)象是不約束于任何一家公司的。不能說必須跟一些綁定，如果使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互借口的話，也就是說開發(fā)了一個(gè)應(yīng)用，開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，那它下面的控制器是誰？下面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是誰？對(duì)它來說并不重要，它只用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，只要去交互就可以。

圖8-數(shù)字對(duì)象通過OPC UA與物理對(duì)象交互信息

還有一個(gè)數(shù)學(xué)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)，包括數(shù)據(jù)擬合，一次性維護(hù)，這些維護(hù)的話其實(shí)很多人對(duì)這個(gè)人工智能比較推崇。我前段時(shí)間寫篇文章叫做人工的智能，其實(shí)目前的人工智能大部分時(shí)間實(shí)際上是人在工作，為什么呢？這個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)包括人工智能最核心的地方在哪呢？不在學(xué)習(xí)機(jī)器干的那部分，在人干的那部分，人的智慧是什么？你如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，選擇什么樣的數(shù)據(jù)？汲取什么樣的特征值，對(duì)這些數(shù)據(jù)的相關(guān)性，比如說跟質(zhì)量相關(guān)的有溫度有壓力、有各個(gè)值，哪些跟質(zhì)量最相關(guān)的呢？如果選這個(gè)值不對(duì)，或者說你采個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)量很大，但是你采是沒用的數(shù)據(jù)，相關(guān)性很低的數(shù)據(jù)，這沒有意義呀。你學(xué)半天學(xué)的都是錯(cuò)誤的結(jié)果沒有意義。所以說選擇什么樣的特征值，對(duì)這些值進(jìn)行怎么樣的處理，數(shù)據(jù)清晰，這個(gè)過程也就是說在人工智能的學(xué)習(xí)過程里面，其實(shí)70%的時(shí)間是耗在人處理數(shù)據(jù)的那部分了，而學(xué)習(xí)那部分，機(jī)器學(xué)習(xí)那部分，以機(jī)器的算力來說，那個(gè)就不是問題了。也就是說現(xiàn)在人工智能很多都在前道的處理方面。人工智能也需要我們講OPCUA的信息模型，也需要一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，你不能來了數(shù)據(jù)各千奇百怪，亂七八糟的數(shù)據(jù)過來，需要有結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，比如說溫度壓力，按照一個(gè)順序、邏輯關(guān)系，帶上時(shí)間，每一個(gè)信息上都有時(shí)間，它在什么時(shí)間產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)據(jù)。

圖9-OPC UA為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了結(jié)構(gòu)化信息

時(shí)間上有什么相關(guān)性，這些都可以通過結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)來分析，還有一個(gè)有效的傳輸，再一個(gè)有價(jià)值的信息，有價(jià)值的信息來自于垂直行業(yè)信息模型提供的在這個(gè)行業(yè)里面，比如說塑料行業(yè)、包裝行業(yè)、印刷行業(yè)，各個(gè)行業(yè)有自己行業(yè)里面的工藝參數(shù)，這是有價(jià)值的信息，你不能弄一些沒有價(jià)值的信息，云可以撐爆了。

六、時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)TSN

下面一個(gè)是TSN，為什么要講TSN的話，就是因?yàn)樵诠I(yè)現(xiàn)場有很多應(yīng)用，有一個(gè)我們講IT和OT融合，但是IT數(shù)據(jù)和OT數(shù)據(jù)是兩個(gè)非常大差異的數(shù)據(jù)，IT的數(shù)據(jù)基本上都是以非周期數(shù)據(jù)為主的，但是工業(yè)數(shù)據(jù)基本上都是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，我們叫周期性數(shù)據(jù)。因?yàn)樗械墓I(yè)控制是基于等時(shí)同步的，這個(gè)PID調(diào)節(jié)是每一個(gè)周期，我舉個(gè)例子，比如說微信的支付，這就是一個(gè)非周期的操作過程，就是說你掃了碼，輸了密碼，按確認(rèn)，這是一個(gè)支付過程。什么叫周期性？周期性是自動(dòng)的，自動(dòng)的去扣錢，我們就說我們可以到1mS，1mS每一次扣1分錢，我算了一下，一年能扣三千萬，這叫周期性的數(shù)據(jù)。每隔一毫秒扣一次，每隔一毫秒扣一次，這叫周期性數(shù)據(jù)。非周期性數(shù)據(jù)什么意思？你按了以后才扣一次錢。那么這是工業(yè)跟IT跟商業(yè)數(shù)據(jù)最大的差別就是工業(yè)數(shù)據(jù)是周期性數(shù)據(jù)。周期性數(shù)據(jù)和非周期性數(shù)據(jù)在過去是無法在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里傳輸?shù)?，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是搶占式的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上去不斷的偵聽這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有沒有空閑，有空閑的話才能傳輸數(shù)據(jù)。所以必須等待，等待在工業(yè)里面是不允許，工業(yè)里這個(gè)數(shù)據(jù)你說是一毫秒還是一秒鐘，這個(gè)周期是多少？根據(jù)需求不同，但是它要求數(shù)據(jù)的刷新具有“確定性”，即每一秒或者每一毫秒刷新一次這個(gè)數(shù)據(jù)，必須是確定的周期。比如說我們平時(shí)控制要求的周期一般像印刷機(jī)，都開到400微秒刷新一次運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，有些高速應(yīng)用可以到31.625微秒，我們要每隔多少微秒刷新一次數(shù)據(jù)，用初中物理最簡單的公式叫S=V×T，就是位移等于速度乘以時(shí)間，我們做一個(gè)求導(dǎo)?！鱏就是精度，就是讓位移細(xì)分到精度上去，△V是速度的變化，△T是時(shí)間。你想讓精度越小，△S越小，△V越大就是加工速度越高，你只能讓△T越小越好。也就是說，加工速度是一微米，你可以算出來△T必須是一微秒。機(jī)床的加工速度是1m/s，加工精度是1μm你可以馬上算出來，△T是μS的。當(dāng)然不可能這么快，加工精度是1μm的還要加工1m/S，全世界的機(jī)床都做不到的，因此速度可能放在1mm/S。我們說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接了以后，發(fā)現(xiàn)工廠里不僅僅要連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還要連接非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟管理運(yùn)營OEE有關(guān)，跟質(zhì)量有關(guān)。這些參數(shù)并不是用來控制的，但他要跟運(yùn)營管理、質(zhì)量分析、預(yù)測(cè)性維護(hù)，能源檢測(cè)包括跟我的數(shù)字孿生系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。跟邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)交互，都有關(guān)系的，所以這些數(shù)據(jù)也要實(shí)時(shí)，就會(huì)存在周期性和非周期性數(shù)據(jù)必須在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}。TSN網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上工信部去年也提到了在未來我們要開發(fā)的，包括TSN網(wǎng)絡(luò)，所以為什么我最近發(fā)現(xiàn)，OPCUA和TSN這個(gè)基礎(chǔ)在各個(gè)領(lǐng)域里面突然一下熱起來了，昨天我就在北京參加了一個(gè)TSN的一個(gè)技術(shù)工作組，包括信通院其實(shí)AII里面也有一個(gè)組，也是在討論TSN技術(shù)，這個(gè)技術(shù)實(shí)際上就是我們說的OSN模型里面的第二層。第二層里面增加了一個(gè)比標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)增加了32個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)簽，代表這是一個(gè)TSN網(wǎng)絡(luò)，他是一個(gè)橋接網(wǎng)絡(luò)，以前的工業(yè)控制里不使用交換機(jī)，只使用HUB。交換機(jī)有延時(shí)，交換機(jī)的延時(shí)大概是125微秒，因?yàn)?25微秒的延時(shí)對(duì)工業(yè)來說是不允許的。TSN技術(shù)的關(guān)鍵實(shí)際上是一個(gè)時(shí)鐘調(diào)度，時(shí)鐘的同步、數(shù)據(jù)調(diào)度、系統(tǒng)配置。時(shí)鐘調(diào)度是什么意思呢？就是說我們?cè)谧腥艘獙?duì)表，就像過去打仗對(duì)表。因?yàn)楦鱾€(gè)部隊(duì)要按時(shí)間協(xié)同工作，否則的話我這個(gè)空軍轟炸了一翻，我的步軍都已經(jīng)走到前面了我還在轟炸，就把自己干掉了，所以要按照一個(gè)時(shí)間節(jié)拍去工作，你該什么時(shí)候各個(gè)戰(zhàn)斗單元到某一個(gè)單位都是要對(duì)表的，對(duì)表實(shí)際上所有的包括手機(jī)工廠的生產(chǎn)，其實(shí)所有的這些都是跟時(shí)鐘有關(guān)的，跟對(duì)表有關(guān)的。咱們?cè)谧乃腥藖砜?，誰的表最好，最好的表一般是精度最高的，表的時(shí)間跟GPS對(duì)表是一樣的，就是對(duì)全球最精準(zhǔn)的量子表，因?yàn)槟莻€(gè)表始終精度最高的，比如說我們?cè)谧拿恳粋€(gè)人戴的表不一樣。有人拿出一塊百達(dá)翡麗，這個(gè)表最好，就是主時(shí)鐘。對(duì)完表以后，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)把這個(gè)時(shí)間分發(fā)給每個(gè)人，每個(gè)人就會(huì)看到這塊表，跟自己表對(duì)一下，這樣表對(duì)準(zhǔn)，統(tǒng)一的時(shí)鐘，大家時(shí)鐘基本上是一樣的，然后才能工作，為什么呢？所有的工業(yè)控制還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是通訊都是基于時(shí)間的，所以時(shí)間的精準(zhǔn)度是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

圖10-TSN標(biāo)準(zhǔn)系列

整個(gè)TSN實(shí)際上是由各種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的，主要是由時(shí)鐘同步，包括時(shí)鐘調(diào)度的IEEE802.1Qbv，IEEEQbu+IEEE802.3br、IEEE802.1Qch一些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了整個(gè)調(diào)度的過程，IEEE802.1Qcc右下角是做網(wǎng)絡(luò)配置的，也就是說，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)每一個(gè)人的需求是不一樣的，有的人對(duì)帶寬的要求不一樣，有的數(shù)據(jù)量不一樣，有的人數(shù)據(jù)量可能只有一個(gè)溫度、壓力，16位，兩個(gè)字節(jié)。有的人可能數(shù)據(jù)量比較大，視覺或者圖像，VR、AR這些數(shù)量是比較大的，它要求的帶寬是比較大的，但它可能實(shí)時(shí)性不是很高，要求一秒傳一次，有的人可能數(shù)據(jù)量小，但可能一百微秒傳一次，那么整個(gè)所有的需求過來以后，會(huì)有一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)度，這個(gè)算法。這個(gè)角度計(jì)算完在網(wǎng)絡(luò)里面每個(gè)人怎么走，就相當(dāng)于發(fā)一個(gè)路由表給每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)看到數(shù)據(jù)過來以后，就知道該怎么往哪個(gè)口轉(zhuǎn)發(fā)，應(yīng)該怎么處理，應(yīng)該是這樣配置的過程。這是工業(yè)里面，這是太技術(shù)就不需要講那么多，可以稍微提一下。CBS是汽車行業(yè)在用的，他們汽車行業(yè)一個(gè)對(duì)實(shí)時(shí)性要求沒有那么高。因?yàn)橄喈?dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)包到網(wǎng)口以后其實(shí)有一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，是多少個(gè)位數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)，數(shù)據(jù)包有沒有丟包，或者說有沒有數(shù)據(jù)傳錯(cuò)的情況，然后進(jìn)入隊(duì)列，有一個(gè)傳輸選擇，交換機(jī)要排隊(duì)然后轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這里面有個(gè)調(diào)度策略問題，CBS就是一個(gè)基于信用（Credit-basedShaper）的整形器，就是說有兩個(gè)隊(duì)列，有一個(gè)隊(duì)列在傳數(shù)據(jù)的時(shí)候，它的信用會(huì)下降，而另一個(gè)隊(duì)列沒有傳數(shù)據(jù)，它的信用在上升，當(dāng)傳出去信用到零的時(shí)候，另一個(gè)隊(duì)列就開始站，他們兩個(gè)隊(duì)列是交互的，交替?zhèn)鞯?，傳的時(shí)候信用會(huì)下降，不傳的時(shí)候信用會(huì)上升，在他兩個(gè)隊(duì)列之間進(jìn)行交互，剩下六個(gè)隊(duì)列就是我盡最大努力給你傳，但我不保證給你傳到，因?yàn)閿?shù)據(jù)其實(shí)分成預(yù)留通道，預(yù)先調(diào)度的這個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。工業(yè)里面主要使用的是時(shí)間感知整形器(TimeAwarenessShaper)，它是一種把這個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列分成幾類，每一個(gè)周期它有一個(gè)門控制器，給每一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列開門讓它走，有些什么隊(duì)列呢？就是我們預(yù)先規(guī)劃好確定性的數(shù)據(jù)，在每一個(gè)周期的第一時(shí)間它先走，特別通道、VVIP通道，是屬于實(shí)時(shí)性是最高的，在每一個(gè)周期的第一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)過程就先走。第二個(gè)通道是ReservedTraffic，就是高速公路不是最右邊有一個(gè)預(yù)留車道嘛，它并不是每個(gè)周期都有數(shù)據(jù)傳，但是它一旦有數(shù)據(jù)傳就必須走這條通道，這是消防車，救護(hù)車要走這個(gè)通道。剩下那些車，你們就隨便走吧，按照優(yōu)先級(jí)，就排了優(yōu)先級(jí)，誰的優(yōu)先級(jí)高誰先走，優(yōu)先級(jí)高的人走完了以后，優(yōu)先級(jí)低的走，其實(shí)就是這樣一個(gè)過程。那么還有一些更優(yōu)的算法，比如說因?yàn)檫@個(gè)我們叫TAS整形器，為了保證數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一定是空閑的，留了一個(gè)保護(hù)帶寬（Guardband），這個(gè)保護(hù)帶寬其實(shí)有一個(gè)以太網(wǎng)那么長，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是1500字節(jié)，這個(gè)1500字節(jié)大概消耗了1.5微秒，這個(gè)時(shí)間也挺浪費(fèi)的，所以他們有另外一種方式叫搶占式MAC。搶占式MAC還有一種情況是怕低優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)，就是低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)太大了，傳半天還傳不了，帶寬占著怎么辦，就是強(qiáng)占。就是高優(yōu)先級(jí)的可以強(qiáng)占低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸。你先別傳了，你先放到堆棧里面去，等我傳完你再傳，你可以把低優(yōu)先級(jí)的帶寬預(yù)留下來，讓他在那邊等著。所以這是幾種傳播方式，看的話就不用講了，我又不是來講技術(shù)的。這是網(wǎng)絡(luò)配置，還有就是我們OPCUA的演示系統(tǒng)，是我們?cè)?018年的SPS全球最大的一個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的一個(gè)展會(huì)，兩百個(gè)IO棧，大概相當(dāng)于接近一萬個(gè)IO點(diǎn)，大概9600個(gè)點(diǎn)，加上5個(gè)高清攝像頭，我們刷新了時(shí)間是100微秒，抖動(dòng)大概是50納秒。

圖11-貝加萊在2018年SPS推出的OPC UAoverTSN演示系統(tǒng)

我們拿一個(gè)不一定特別合適但可以有助于理解的例子，田徑的發(fā)令槍，抖動(dòng)就是說槍一響以后，博爾特響應(yīng)時(shí)間多快嗎？從聽到發(fā)令槍和啟動(dòng)時(shí)間大概是0.15秒。0.15秒就啟動(dòng)了，劉翔其實(shí)沒有這么快，劉翔跑的速度快，但劉翔的啟動(dòng)速度不快，大概是0.25秒。也就是說博爾特為什么快，因?yàn)閱?dòng)速度非常快，抖動(dòng)就相當(dāng)于100微秒的時(shí)間，100個(gè)100微秒時(shí)間偏差是多少，100并不是絕對(duì)的100，可能是999.99，這個(gè)偏差是多少？這個(gè)在TSN網(wǎng)絡(luò)這邊大概是50納秒抖動(dòng)。到底有多大影響？我算過的，對(duì)1200米的印刷機(jī)，就相當(dāng)于為秒20米印刷速度，如果抖動(dòng)是一微秒的話，大概是造成20微米的控制偏差，這個(gè)純粹因?yàn)闊o法測(cè)量到而造成無法控制的偏差。在很多高精度的，印刷機(jī)還好就是20微米還是能接受的，因?yàn)橛∷C(jī)的精度一般到+/-0.1mm，就是100微米的印刷精度，但網(wǎng)絡(luò)就提供了20微米的影響，這就不能接受，有些機(jī)床是納米級(jí)的加工，納米級(jí)要說網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，在一微秒是完全不可接受的。他交叉通訊是50微秒，就是指兩個(gè)同棧之間可以進(jìn)行通訊，整個(gè)是由我們OPCUA和TSN構(gòu)成了整個(gè)從設(shè)備同步控制到機(jī)器和機(jī)器之間的連接，還可以通過連接到整個(gè)云端，這里面在對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有一個(gè)很好的應(yīng)用場景是什么呢？TSN網(wǎng)絡(luò)，過去網(wǎng)絡(luò)工廠架構(gòu)是一個(gè)金字塔架構(gòu)，從傳感器到控制器到ERP系統(tǒng)，這個(gè)過程實(shí)際上經(jīng)過中間的控制器的，如果有了OPCUA和TSN技術(shù)的話，其實(shí)對(duì)IT訪問OT來說就會(huì)變得更容易。七、OPCUAoverTSN構(gòu)建工業(yè)通信的未來因?yàn)閷?duì)工業(yè)的很多人來說，這個(gè)東西會(huì)導(dǎo)致IT的人進(jìn)入OT的世界，其實(shí)技術(shù)上有融合的，但是在商業(yè)利益上有一些沖突?？梢哉劦降脑掝}。通過OPCUAoverTSN技術(shù)，實(shí)際上可以讓IT職業(yè)訪問現(xiàn)場的，可以從云端到傳感器，是可以打通這條線路的，通過這個(gè)方式。實(shí)際上就是說我們講OPCUA構(gòu)成了整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)我不敢說整個(gè)的，在工廠在企業(yè)這塊構(gòu)成了整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，通信架構(gòu)。

圖12-OPC UA over TSN構(gòu)成整個(gè)工業(yè)互聯(lián)通信架構(gòu)

這是一個(gè)OPC UA它要實(shí)現(xiàn)，未來包括OPC UAoverTSN，OPCover5G，因?yàn)閷?shí)際上TSN跟5G實(shí)際上是一個(gè)并列的關(guān)系，在整個(gè)通訊層是并列的關(guān)系。是一個(gè)有線的，而5G是一個(gè)無線的，那么OPC UA實(shí)際上是一個(gè)統(tǒng)一的接口，如果你要說他們之間的關(guān)系，這么說吧，OPC UA實(shí)際上是一個(gè)普通話的問題，大家使用相同語言說話的問題。因?yàn)檫@個(gè)語言不同會(huì)造成非常多的尷尬，你比如說設(shè)備來自于不同國家的控制系統(tǒng)，有來自德國、瑞士、奧地利、意大利、法國、日本、中國，中國還有可能分各個(gè)省，各個(gè)省的方案都聽不懂。所以說的話，OPC UA解決的是一個(gè)普通話的問題，使用相同的語言，這個(gè)語言不管是什么，它要有統(tǒng)一的語言，而TSN是什么，是同聲翻譯，我用實(shí)時(shí)的方式，給你把這個(gè)語言翻譯，讓大家去明白。