基於雲的工業賽博物理融合系統

Armando Walter Colombo, Stamatis Karnouskos著

徐舟 翻譯 沈斌 審校

工業系統的領域，由於它採用基於互聯網的概念、技術、工具和方法正加速變化。日新月異的計算性能和雲及其服務帶來的效益，促成一個新一代的基於服務的工業系統。這個系統的功能緊緊依託雲（賽博）和設備與系統（物理）。

當我們的基礎設施越來越依賴現實世界的控制，提出了及時地採集數據的評價和管理（控制）能力新的挑戰。未來的工廠[1]預計將為一個複雜的分散系統。這個系統將會帶來新一代的由於目前技術和資金問題無法實現的應用和服務。歐洲的IMC-AESOP計劃是一個由幾個工業巨頭如施耐德電氣，SAP，霍尼韋爾和微軟牽頭的非常有遠見的工程，它調查了基於雲的賽博物理融合系統（CPS[2]和工業系統中面向服務架構（SOA[1]的適用性，如芬蘭Fluidhouse 的造紙機的監控和瑞典 LKAB 的在礦業的潤滑監測控制系統。

未來工廠（FoF）[1]將依靠一個巨大的複雜生態系統，在這個系統中有著大規模的協作。另外，預計CPS還將能利用新興的雲計算，包括其資源的靈活性和拓展性的益處。這不僅有增強 CPS 功能的潛力，還能更加廣泛地使用 CPS 數據和服務。最終結果是將建立一個高度動態平面的信息驅動的基礎設施，這個基礎設施將驅動下一代更好更高效地快速發展工業應用，同時滿足現代企業要求的敏捷性。

基礎設施進化的第一步是准許個體設備利用 Web 服務，同時允許它們在一個基於服務的基礎設施中運行[1]。這將通過以下幾點實現：（i）將它們的功能轉變為服務，（ii）授予它們發現和調用其他（Web）服務的許可權，來補充它們自己的功能。下一步是利用現代軟硬體的能力，如雲和它所提供的益處。CPS 有兩個集成於平衡中的關鍵部分：與物理環境相互作用的物理部分（例：由感測器和執行器組成的系統）和賽博部分，該賽博部分由軟體部分來控制和增強 CPS 的硬體能力以及與賽博世界的交互作用。雲技術的普及和它的益處是我們能夠將CPS的賽博部分拓展並分佈在設備和雲中。這便帶來了新一代的基於雲的 CPS，這種CPS可能引起工業系統領域的革命。

基於雲的CPS和SOA可能帶來一個新的信息驅動的基礎設施。今天，工廠自動化系統有幾個不同區域組成，以大體符合標準企業架構規範的層次結構的方式展現。但是，伴隨著現代 SOA 的授權，每個系統或者設備的功能可以提供一個或者多個不同複雜程度的服務。這些服務被集成在雲中，而且可能與其它(潛在的跨層級的)的服務集成在一起[3]。因此，雖然傳統的分層視圖還存在，現在還有一個基於平面信息的結構。這個結構依賴於 CPS 提供的大量眾多的服務[2]以及它們的組合。下一代應用程序能夠快速地選取組合新的信息和生成所需的能力（作為雲端服務），以實現它們的目標。未來基於雲的工業系統的變革如圖1所示。

圖 1：工業自動化演化：以一個動態組合服務和應用的平面基於信息的基礎設施（右邊）來 對傳統的 ISA-95 自動化世界觀（左側金字塔結構）補充。

雲技術對CPS的設計、開發和運用都有著深刻的意義。雖然設備特定部分，即賽博（設備上的）和物理部分仍緊密協作，並為CPS提供基礎功能，但在雲端 的賽博部分可能會變得相對獨立。在雲中的部分需要CPS與雲的連接，在這種連接中可能產生增值的高複雜性能力。與之相反，設備端的賽博部分可考慮有選擇與雲相連接。但通常應當自主地操作，並和物理部分同步。這些功能和他們對外部資源、計算能力、操作場景、網路連接的依賴程度，都將成為將它們託管在雲或者設備上的重要因素。IMC-AESOP 項目提出了基於這個願景的體系結構和服務。

原著來源：ERCIM NEWS 97 April 2014，Cloud-Based Industrial Cyber-Physical Systems

參考文獻： [1] A.W. Colombo, S. Karnouskos: 「Towards the factory of the future: A serviceoriented cross-layer infrastructure」, in: ICT Shaping the World: A Scientific View, vol 65-81, European Telecommunications Standards Institute (ETSI), John Wiley and Sons, 2009 [2] Acatech: 「Cyber-Physical Systems: Driving force for innovation in mobility, health, energy and production」, tech. rep., acatech – National Academy of Science and Engineering, 2011, http://kwz.me/fJ [3] S. Karnouskos et al.: 「A SOA-based architecture for empowering future collaborative cloud-based industrial automation」, in proc. of IECON 2012, Montréal, Canada.

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