【仪表网 行业科普】基于开放的硬件和软件架构，软件定义的自动化系统能够利用来自多个供应商的组件创建更强大、更高效的应用系统。
在制造设施中开发强大的自动化和控制系统，历来以专有技术栈为主。虽然这为用户提供了高可靠性和确定性的系统，但也带来了供应商锁定的经济成本。 高昂的转换成本限制了用户使用最先进的硬件和软件组件，而有限的谈判能力则导致了非竞争性的长期支持协议。
这也使得企业利用诸如软件定义制造(SDM)这类新兴模式的能力降低，软件定义制造依赖于软件的互操作性和可移植性，以及开放且?？榛谋咴涤布?。当围绕基于标准的技术框架而不是专有堆栈构建时，SDM 可用于利用最先进的技术嵌入或按需为工作负载分配资源，这可以在制造环境中显著提高效率并增加产能。
技术进步推动软件定义制造的发展
SDM架构基于开放的硬件和软件，这些硬件和软件既具有可移植性又具备互操作性。与组件生命周期长且缺乏灵活性的专有系统不同，开放系统更加敏捷，并支持更短的组件生命周期。
这些软件定义的自动化系统允许快速重新配置和低成本的技术引入。它们还提供了使用多个供应商的组件创建同类最佳的应用特定系统的能力。通过将模块化组件与开放架构相集成，制造企业可以创建出灵活且能够应对未来技术的系统。
硬件和软件的分离是开放系统设计的关键原则。这意味着只有在为了支持软件需求而有必要时，才会对硬件进行升级。一般来说，在SDM环境中，专有的单功能硬件及其互连被数量更少的高性能通用多核平台所取代，这些平台可以在虚拟机(VM)和容器中运行各种工作负载。这些平台也可以使用开放、互操作的现成硬件来构建，从而消除了被供应商锁定的难题。
SDM与过去20年数据通信中发生的软件定义网络转变并无太大不同。然而，要取得成功，它需要几十年来一直使用相同方法的供应商生态系统的支持。硬件供应商面临的问题是，SDM 存在风险，因为它会加速商用硬件的采用，从而降低每单位利润率。但是，这种风险也为供应商提供了机会，让他们从以硬件为中心的业务模式转向由硬件加软件(在某些情况下是许可)方法驱动的业务模式，以及其显著提高利润率的潜力。
越来越多的证据表明，行业对软件定义制造充满信心。一些领先的供应商已经向工业机械和过程自动化市场推出了虚拟 PLC。这些基于软件的虚拟化控制器在软件平台(通常在 IPC 或服务器上)的虚拟机中运行。虚拟机不仅包含自动化应用程序，还包含自己的操作系统。此功能使其独立于主机的作系统，主机可以是具有标准作系统的 PC。
工业自动化供应商现在正在将虚拟化产品扩展到其 PLC 和 DCS 控制器中，这些控制器代表了其自动化产品组合中最重要的部分。未来的工业自动化市场可能会走上一条虚拟化之路，就像15年前将IT数据中心转变为今天的云原生和软件定义数据中心一样。
同时，一些技术框架也在构建之中，以加速软件定义制造的开发和部署。例如，开放过程自动化论坛(OPAF)的开放过程自动化标准(OPAS)提出了基于行业标准的端到端堆栈，可加快支持SDM的技术基础设施的开发、集成和部署。OPAS旨在尽可能使用现有标准为工业过程自动化创建一个可互操作的架构。
开放式?？榛芄沟挠攀?/strong>
InterEdge是由 PCI工业计算机制造商协会(PICMG)制定的一项开放的机电和软件接口规范，于2024年2月获得批准，旨在支持工业级计算模块、I/O 模块和网络交换机在 InterEdge 生态系统内的互换性。
该参考架构将支持基于 Linux作系统的IEC 61499 运行时。IEEE 802.3和10Base-T1S MAC/PHYS将包含在内，以支持通过工业以太网、MQTT、DDS 和其他协议进行外部联网。作为一个?？榛⒖刹灏蔚南低?，InterEdge架构设计灵活，允许各种不同的实施，同时确?；ゲ僮餍浴８霉娣吨饕ㄈ掷嘈偷哪？椋?br />
I/O模块处理传感器和精算师等现场设备的接口功能。
交换机?？楦涸鸨镜鼗?InterEdge设置中的网络交换。
计算?？橛米魍ㄍ呒侗鹂刂仆绲耐?，并使用 IEC 61499和IEC 61131等标准为过程控制系统执行监管功能。
通过用开放的模块化架构取代诸如可编程逻辑控制器(PLC)之类的专有边缘设备，工业企业可以避免因被供应商锁定而带来的诸多经济损失。例如，如果面临设备过时或需要更高的计算能力或安全性的情况，在线进行 “拆除并更换” 会产生高昂的转换成本。因此，这些边缘组件往往会在数十年内保持不变，功能也一直固定。
相比之下，InterEdge?？榈谋曜蓟市砉こг谠诵惺苯性谙呱逗透?。它指定模块尺寸、物理接口、电源总线和安装细节，以确保兼容性和性能。这种硬件组件的可互换性为制造商带来了价值，使他们能够借助数字化、工业物联网和工业 4.0等新兴趋势来提升自身的竞争优势。
InterEdge是OPAS等框架和SDM等计划的基础，因为它提供开放、可互操作、基于标准和热插拔的计算和 I/O硬件。这允许分布式控制系统(DCS)按需访问资源，还可以帮助用户相对轻松地从一种技术、制造工艺或应用过渡。如今，埃克森美孚、施耐德电气、菲尼克斯电气和英特尔等公司都在积极探索InterEdge，并将其作为能够运行符合OPAS软件栈的软件定义制造参考架构的基础。
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