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自動化軟件發展趨勢——為工業應用部署基于云的軟件
2019-06-20    來源:    發布者:
越來越多的技術供應商,開始為自動化、控制和儀器儀表領域的應用,提供基于云的軟件。決定自動化軟件的安裝區域,仍然是最終用戶的責任。對于特定應用程序,他們是以傳統意義上的方式 "擁有"軟件,還是采用軟件即服務 (SaaS) 或平臺即服務(PaaS)的方式,哪種方式更有幫助呢?  
  許多工業控制系統 (ICS)運行了30年或甚至更長時間,但對硬件或軟件的變更很少。由于以太網應用的介質各式各樣,工廠網絡有可能將自動化系統暴露在任何位置(無論是在云端,還是在現場) 的自動化系統,暴露于未經授權的訪問之下。
  云計算的興起
  越來越多的制造商正挖掘云計算 (包括軟件即服務(SaaS)和平臺即服務(PaaS)) 在工業控制系統設計和運營方面的潛力。云計算相關的主要優勢包括:  
  ●提供的標準化開發和測試模擬環境,降低了構建和配置基礎設施的成本。  
  ●靈活使用分布式工程資源,可進行多項目和多用戶配置,與所處地理位置無關。  
  ●在減少現場物理空間占用、硬件、軟件和維護的同時,具有更大的自由度來專注于運營資產的核心能力。  
  ●可提供專業知識使系統保持最新狀態,并應用正確的網絡安全解決方案來保護系統的安全并保護知識產權。  
  ●以需求為導向的定價模式,僅對實際需要的應用投資,從而可以降低投資成本。  
  SaaS和PaaS服務的增長
  SaaS是一種軟件發布模型,開發人員在其中托管應用程序,并通過互聯網向客戶提供這些應用程序。將SaaS集成到過程控制領域,意味著在大多數現有系統范圍之外,添加數據收集、集成和分發功能。  
  SaaS可以擴展對工廠數據的訪問,從而支持對流程的實時監控。它還提供了驅動預測性維護計劃所需的大數據。它使實時關鍵績效指標和數據盤在工廠或企業范圍內可見,從而可以將注意力集中在更重要的方面,并充分利用新增或現有的監控和采集系統(SCADA)的價值。  
  如果實施得當,SaaS可以比傳統的軟件所有權方法節省大量成本。即使提供冗余和高可用性,這種云服務模型也可以將硬件和軟件設置成本降到最低,從而允許對正在運行的應用程序進行維護。最終用戶無需管理和控制IT基礎設施。安全、網絡、計算和所有軟件的許可證,都包含在年費或月費中,從而消除或大幅減少資本支出。使用任何所需的服務,都需要一次性成本。企業需要為其使用的內容付費,并且可以根據需要靈活添加或刪除提供的服務。  
  SaaS的另一個好處是自動化服務供應商所提供的服務,通常情況下會包括更新軟件應用程序。供應商與客戶合作,根據應用程序的需要,協調所有已裝軟件的更新和補丁程序的安裝,并確保它們能夠正常運行。供應商承擔了這一責任,因為它有助于客戶使用最新的軟件來降低支持成本,并同時提高安全性。
  PaaS非常適合為開發和測試軟件和數據庫應用程序的工業企業提供編程環境和開發人員工具。它提供了一個完整的集中式開發環境,可以按需訪問。
  某些基于云的環境,包括復雜的模擬環境,可以在項目應用程序安裝到生產系統之前,對其進行全面測試。軟件和數據庫應用程序,可以是工業企業過去使用過、但現在部署在云端的虛擬機上的自定義應用程序。它們也可以是利用自動化服務供應商提供的平臺和工具,在云端從頭開始構建的應用程序。  
  在某些情況下,相同的軟件可用于SaaS和PaaS應用程序。控制和過程工程師可以用PaaS模型開發應用程序,而將SaaS用于生產環境。例如,自動化、過程控制及SCADA系統軟件(以前僅安裝在客戶工廠設施內),可作為離線開發和開放式虛擬工程平臺 (Open VEP)或優化后的SCADA軟件,以提供企業級的服務可靠性和安全性,從而可以監視和控制分布在各處的資產。  
圖 1: 開放式虛擬工程平臺 (Open VEP) 提供了一種離線方式來開發、測試和驗證現有的 Experion PKS過程控制系統。它幫助工藝或控制工程師改進現有SCADA或控制系統。圖片來源: 霍尼韋爾
 
  將此類軟件放入數據中心,與電信和互聯網直接高速連接,可實現與所有遠程設備高速、可靠的連接以及整體業務的可視化。 
  基于云的SCADA系統 
  傳統意義上的SCADA系統是完全擁有的、在現場進行安裝,并有專門的技術支持人員,資本和運營支出相對較高。這些成本包括安全和防火墻、網絡設備以及計算機服務器和軟件的費用。然而,在現場安裝的方法缺乏靈活性,也不能有效的利用位于其它地方的寶貴資源。更重要的是,每隔4到5年可能就需要將這些現場解決方案更新一次。將現有解決方案遷移到新硬件上,通常比初始安裝更困難——尤其是在最初未進行虛擬化的情況下。
  為了幫助客戶應對運營和業務挑戰,領先的自動化供應商為托管云環境開發了SCADA軟件。新的基于云的SCADA系統代表了工業物聯網(IIoT)時代軟件的發展趨勢。在云端配置功能,意味著最終用戶可以從資本模型轉向可預測的資本和運營支出模型。他們可以在幾天內就擁有一個功能強大的SCADA系統。
圖 2: 自動化和控制系統必須更加靈活和敏捷。霍尼韋爾工藝解決方案Experion Elevate是一個針對遠程SCADA的過程生產系統,用戶可以在該系統中監控或控制分布在不同區域的資產。
 
  實施云服務策略
  制造商必須確認是否應該將部分控制和監視軟件遷移到云環境中,或者仍將其保留在現場。對只有一個生產現場的企業來說,實施云服務模型可能不是必需的。 但是,具有多處生產設施的制造商則可以通過云服務從不同區域收集數據,實現整個企業的數據管理和優化。一些制造商可能會將其部署為一個監控系統,實現公司優先事項狀態的可視化,從而可以協調資源并做出更好的企業級決策。
  傳統的現場安裝具有速度快、簡單的優點,也無需支付遠程服務許可證費用。云托管則允許更緊密的協作和隨時隨地訪問控制數據,而無需在單個計算機上管理軟件許可證。員工可以在任何地方完成工作,同時仍可以確保自己責任范圍內工作的安全性。其他人可以查看特定項目的進展,以便繼續在當前系統上工作。
  使用分布式工程資源的靈活性,有助于打破各專業領域專家之間各自為政的狀況。企業可以大大降低差旅成本,同時使人員能夠遠程工作,更快地將新產品推向市場。這也使專家能夠為任何工廠設施提供支持,以減少停機時間,同時保持多個設施之間的一致性。
  云還是現場決策,往往取決于控制的內容以及所處的位置。員工越來越需要在工作流程中進行協調,而不是在自己的計算機上獨自操作軟件(這樣往往缺少對關鍵程序的備份)。在某個地區運行設施的制造商,可能希望將基于云的解決方案托管在其所在的地理區域內。但是,如果需要監視更廣泛或全球分布的資產,可能需要使用多個云策略,這樣即使一個位置發生故障,就可以順利的切換到另一個。
  隨著云計算的不斷普及,主要自動化供應商都開始提供云托管和現場控制軟件。兩者兼而有之的一個原因,就是遵守法規并滿足關鍵的數據需求。每種方法都有各自的優點和缺點。
  客戶可以與自動化技術供應商合作,根據運營和業務需求選擇正確的路徑。總體戰略可能是混合的解決方案。相關的自動化知識和經驗,對于制造企業做出最佳決策至關重要。
  云技術的最大機會也許是對企業運營進行遠程監控。例如,如果企業管理層希望監視分布在不同區域所有工廠和遠程資產的狀態時,可以使用SaaS云解決方案。此方法可提供一組儀表板、關鍵績效指標和其它報告功能,以幫助了解整個企業的狀況。它使人們能夠一致地了解目前的情況,并可匯集成百上千設施的數據,以可視化圖形的形式呈現出來,從而可以吸引整個企業的利益攸關方的注意,幫助他們做出更好的決策。
圖 3: 霍尼韋爾的PaaS可以在任何地方訪問,在任何版本、配置和大小的自動化系統上訪問,并提供安全、防火墻、網絡和許可證,以減少架構、硬件和軟件購買以及維護。
 
  分層網絡安全戰略
  將工業工廠環境數據托管到云,人們會擔心其安全性,因此主要技術供應商部署了嚴格的縱深防御策略,從而可以通過多層物理和網絡安全來深度保護軟件。這樣,安全專家就有時間在入侵影響關鍵控制資產之前識別和消除入侵。
  此外,還可以開發包含額外防火墻和高級加密的靈活解決方案,以保持對客戶控制基礎設施和知識產權的安全訪問,從而增強安全性。  
  工業企業現在可以使用相同的軟件 (無論是在現場還是云端),來實現在控制或自動化應用程序方面所帶來的好處。云服務模型為協作和移動訪問提供了顯著的優勢,但最終用戶在選擇控制軟件或平臺方法時必須考慮其特定要求。(作者:Chad McGraw)、
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