制造业的“无人值守”生产之路始于软件

March 23, 2020 Georganne Benesch

智能工厂, 工业物联网 (IIoT), 边缘计算

制造商们都怀有一个“无人值守”的生产愿景,在此情景下,产能取决于软件而非硬件。为实现这一目标,工厂的生产空间看上去要更像是数据中心的延伸,这意味着工业计算机和连接它们的网络将发生重大变化。

最大的转变之一将是从功能单一的专用机器控制器转向通用的多功能硬件设备。“过去,这些自动化专用设备只能完成一项任务。” IntervalZero 的首席执行官 Jeff Hibbard 如是说。“你们现在看到的是向开放式系统的转变,而开放式系统可通过多种用途重复使用。你无需调整原有的生产格局,只需调整执行任务的方式。”

随着智能化工厂从固定功能转向通用化的系统,软件提供了灵活性,根据洞察寻求动态地采取行动。“IT 实现从计算机到云计算的广泛控制,OT 将接管主板和实时设备。这就是目前正在发生的融合。” Hibbard 表示。

开启智能化工厂

我们如何才能向现代化的工业计算平台转变,同时对生产运营产生最小的干扰?有众多方案可选,包括虚拟化技术、容器的使用,甚至是对 Windows 的实时扩展(图 1)。

IntervalZero 集成环境支持实时平台上基于 Windows 的应用程序。(来源:IntervalZero)
图 1。升级至全新的 IPC 平台即是开启智能化工厂的表现。(来源:英特尔®

这种迁移的方法之一是从头开始,对硬件和软件进行彻底更新。虽然更新软件不会过多地占用实际空间,但支持传统设备、驱动器和应用程序需要时间和精力。

另一种方法是继续在新硬件上使用现有的应用程序、操作系统等。这可以通过 hypervisor 实现。hypervisor 是一个使硬件抽象化的软件层,它能够做到使现有代码犹如在原有硬件基础上运行一样的效果。

还有,可能是阻力最小的迁移方法——一个预先整合的开放式平台,让开发人员仅专注于交付其增值的应用程序。IntervalZero 通过 API 和位于多处理器平台之上的实时内核扩展推出了这种迁移方法(图 2)。

升级至全新的 IPC 平台即是开启智能化工厂的表现。(来源:英特尔®)
图 2。IntervalZero 集成环境支持实时平台上基于 Windows 的应用程序。(来源:IntervalZero)

“将这一理念放在目前的大背景下,Android 和 iPhone 平台就是很好的例子,” Hibbard 表示。“它们提供所有必要的基础架构和计算资源,集成各种组件,并能确保互可操作性和稳定性。应用程序开发人员可以集中精力在应用程序中获取他们的知识产权。”

Linux 与 Windows

虽然许多实时系统都基于 Linux,IntervalZero 提供了一种不同的方法,为 Windows 提供实时扩展。基于 Windows 的系统有多个优点。首先,它让开发者、原始设备制造商和机器拥有者能够运用在 Windows 上运行的各种视觉系统、统计数据包、数字双胞胎和其他工业应用程序。

更广泛的 Windows 生态系统也是一个优势。寻求开发人员、工具和软件包来创建智能化工厂也并非难事。从 IT 的角度来看,基于 Windows 的 IPC 作为服务器机房的扩展正契合他们对工厂的看法。

“如果我要建造一台新机器,我可以直接在我的机器上使用这个软件包,在几个小时内就能使机器运转,因为我们早已经全部安装好了,” Hibbard 解释说。“你可以使用 Microsoft Windows 功能强大的应用程序生态系统,这就是优势所在。”

软件自动化平台提供了定制传统设备通信路径的能力。“如果你想要升级发展,我们有办法可先创建组件,然后拖到一个托盘,这其中也可包括原有技术,” Hibbard 说。

智能化整合和网络

不管采用何种方法,重要的是要考虑如何减少硬件平台的总数。这就是英特尔® 平台上 Windows 体现灵活性和强大功能的一大优势。“当你只整合一台机器时,你可以在英特尔 Atom® 芯片上运行,” Hibbard 表示。“但是,如果要添加更多控制器来处理一台计算机上的一系列机器工作负载时,你就需要英特尔®酷睿。当这些机器承担更多任务时,你可以扩容。”

“另一个重要因素是相互连接性,” Hibbard 说。“网络就是一切。在网络世界之外,我们需要一个安全、标准的协议,例如 OPC-UA,用于在云计算中进行通信。但在工厂层面还要有一个实时通讯的第二网络,让所有的控制器都可以相互对话。”

不断创新

在日本,IntervalZero 与一些世界顶级表面贴装技术 (SMT) 公司合作,使他们能够不断创新,满足新的市场需求,同时维护现有投资利益。

由于质量和成本控制是第一要务,SMT 制造商纷纷选择在基于 Windows 的 64 位工业计算机上构建一个运动控制平台。这使他们能够利用较低的硬件成本,并借助标准的商业成品组件 (COTS) 通信技术。

IntervalZero 平台提供了在与 Windows IPC 相同的计算机上运行实时操作系统的能力。另外,由于 IntervalZero RTOS 支持对称多处理 (SMP),制造商可以添加多个组件,如运动控制、机器视觉系统、软件可编程逻辑控制器,以及更多功能,只需将更多的核心分配给 IntervalZero RTOS 以进行确定性执行。

这种灵活性和可扩展性使得 SMT 构建者能够满足新的小型化和整合需求,例如,只需增加计算机上的核心数量,并为 IntervalZero RTOS 分配更多的核心。

Hibbard 总结道:“我们的客户,比如 SMT 制造商,能够发展壮大,因为他们的运营模式一直都是以软件为核心。IntervalZero 的使命正是将人们带入这个软件驱动的经营模式。这是我们的愿景,也是我们努力的方向。”

作者简介

Georganne Benesch

Georganne Benesch is the Senior Content Editor and Writer for insight.tech. Before this she was an independent writer, authoring blogs, web content, solution guides, white papers and more. Prior to her freelance career Georganne held product management and marketing positions at companies such as Cisco, Proxim and Netopia. She earned a B.A. at University of California at Santa Cruz.

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