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????現(xiàn)在TSN與OPC UA聯(lián)手，正在嘗試改寫工業(yè)通訊的底層架構，而由TSN與OPC UA鋪成的“特快通道”，有可能讓一直在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域懸空的BAT們直達工業(yè)現(xiàn)場層。目前國內只有少數(shù)人中的少數(shù)人讀懂了這一趨勢，今天我來試著把這個事情講透。??

還記得我曾經跟你提到的實時物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議TSN嗎？TSN（Time Sensitive Networking，時間敏感網(wǎng)絡）是一組全新的標準簇，從底層架構中改變了以太網(wǎng)的不確定性，將它轉變?yōu)榇_定性網(wǎng)絡，觸發(fā)了以太網(wǎng)本身的一次自我迭代，激發(fā)了IoT邁向實時物聯(lián)網(wǎng)的演進。復習請參考文章《實時物聯(lián)網(wǎng)RT-IoT終于有了自己的專屬通訊網(wǎng)絡TSN！》。

OPC UA是OPC基金會提供的新一代技術，提供安全、可靠并獨立于廠商的數(shù)據(jù)傳輸，跨越制造層級、生產計劃層級和ERP層級。通過OPC UA ，所有需要的數(shù)據(jù)信息在任何時間、任何地點、對每個授權的應用、每個授權的人員都可使用。這種功能獨立于制造廠商的原始應用、編程語言和操作系統(tǒng)等軟硬件屬性。

現(xiàn)在TSN與OPC UA聯(lián)手，正在嘗試改寫工業(yè)通訊的底層架構，而由TSN與OPC UA鋪成的“特快通道”，有可能讓一直在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域懸空的BAT們直達工業(yè)現(xiàn)場層。目前國內只有少數(shù)人中的少數(shù)人讀懂了這一趨勢，今天我來試著把這個事情講透。??

到底什么是TSN+OPC UA？

????每當聽到“專業(yè)人士”們運用各種專業(yè)術語，來解釋通訊協(xié)議之時，大部分人基本上是一臉懵逼的表情。要搞懂TSN+OPC UA的意義，首先需要搞明白，網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)通訊的基本流程。??

其實無論是人與人之間的社交禮儀，還是設備之間的通訊協(xié)議，都必定建立在信息交互的既定流程上。打個比方：當我們要和某人交談時，先得在人群中找到TA，確認TA此時有空，經過簡單的寒暄和握手，隨后說出要交流的內容；如果TA此時正忙，那么就需要等待，或者另約時間...此外，雙方交談時，只有交替輪流發(fā)言，才能確保溝通效率；以及，交流完成后還要互相告別...這，是一套信息交互的基本流程。

而在這個過程中的每一步，雙方具體采用什么樣的交流方式，例如：怎樣找到TA、交談用哪種語言、以什么樣的方式寒暄、如何反饋繁忙狀態(tài)、忙時是否繼續(xù)等待、怎樣告別結束交談…這些，就是通訊協(xié)議的內容了。??

所謂的通訊協(xié)議組，很接近郵政快遞公司在郵件遞送時，總部為各職能部門及其協(xié)作分工制定的明確規(guī)則。具體來說，假設網(wǎng)絡中的設備A要向設備B發(fā)送一組數(shù)據(jù)，那么其通訊流程大致就會是這樣的：

??事實上，我們目前使用的各類以太網(wǎng)通訊協(xié)議，基本上都遵循著這樣一個系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)傳輸流程。只不過為了方便協(xié)議設計和實施的一致性，協(xié)議框架被抽象的表述為一個多層的參考模型，每一層協(xié)議分別對應上述通訊流程中的不同階段（a/fà7應用層；bà4傳輸層；dà5網(wǎng)絡路由層；c/eà2數(shù)據(jù)鏈路層；gà1物理層）。??

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?現(xiàn)在說回TSN和OPC UA。TSN解決的是參考模型中1-4層的事情，OPC UA解決的是5-7層的事情；也就是說，TSN解決的是數(shù)據(jù)獲得的問題，OPC UA解決的是語義解析的問題。??

想象一下你要寄信，在和郵政部門打交道時，需要撰寫信件的內容、寫信封、打包、封裝、選擇投遞服務類型（比如信件的緊急程度），這些都是有格式的。如果沒有OPC UA，相當于你每次面對不同快遞公司，在處理每一步時，需要使用不同的表單和內容格式。有了OPC UA，就把這個部分的填寫標準制定出來了，每家快遞公司給用戶的郵件服務和表單都是統(tǒng)一格式。

目前，主流的工業(yè)自動化廠商，以及IT和通信領域的華為、微軟、思科…都是OPC UA的支持者。

工業(yè)中持續(xù)上百年的縱向金字塔結構將被打破

至此，你應該可以看出，基于TSN和OPC UA建立的“綠色通道”，就像秦始皇統(tǒng)一度量衡一樣，徹底統(tǒng)一了數(shù)據(jù)鏈路的服務標準，也就是徹底統(tǒng)一了工業(yè)界近百種碎片化的通訊協(xié)議。一個統(tǒng)一的，有效的數(shù)據(jù)結構，對于數(shù)字化社會發(fā)展的貢獻，絕不亞于秦始皇“書同文，車同軌”的舉措。實現(xiàn)這種大一統(tǒng)之后，必然會造成一系列顛覆性的連帶反應，傳統(tǒng)工業(yè)的金字塔架構在很大概率上會被直接打破，變成扁平化結構，不用再經過層層設備，數(shù)據(jù)獲得可以直接“跳步”貫穿到數(shù)據(jù)分析和應用。

這種“跳步”體現(xiàn)在，從傳感器端采集的數(shù)據(jù)通過TSN和OPC UA，不用再歷經PLC控制器、SCADA系統(tǒng)、MES系統(tǒng)…就可以直接連入云端。OPC UA作為一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕y(tǒng)一格式，無論是傳感器層還是云平臺層都可以部署，保持全棧信息模型的統(tǒng)一。

??要知道，在過去從現(xiàn)場層、控制層到信息層，最佳方案是采用相似供應商的產品才容易集成和貫通，但是現(xiàn)在，由企業(yè)互相競爭而造成的“人為邊界”已經有被打破的跡象，因為無論產品類型、品牌和功能等差異如何存在，都可以輕而易舉的實現(xiàn)從下到上的貫穿和整合。

更進一步，有了這種大一統(tǒng)的局面之后，傳統(tǒng)工業(yè)自動化廠商依靠PLC控制器作為工廠神經中樞的地位有可能被沖擊。BAT等互聯(lián)網(wǎng)公司在制造業(yè)的話語權是否將會隨之提升？這種可能發(fā)生的轉變并非一蹴而就，因此我們逐層進行剖析：

1. 首先使用非標準的工業(yè)通訊協(xié)議，芯片價格在幾歐元的量級，而TSN和標準以太網(wǎng)的芯片，售價僅有幾美分到幾十美分，況且通用的網(wǎng)絡、存儲、計算資源更為經濟，因此傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)的價格體系隨著時間的推移將被重構，過去龐大的工業(yè)控制基礎設施投入的必要性正在減弱。

2. 打通了數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)分析的“特快通道”之后，并非所有數(shù)據(jù)都需要經過PLC控制器再接入云端，PLC控制器的地位在很大程度上將會降低。控制器、變頻器、執(zhí)行器在同一個層面發(fā)揮作用，控制器的功能回到協(xié)調和管理前后流程這一基礎工作，變得更加專注，同時控制器之間的差異化也有可能逐步消除。到那時，IT工程師不必再人肉識別到底是使用了誰家的PLC控制器開發(fā)的系統(tǒng)，而是直接通過TSN和OPC UA架起的數(shù)據(jù)標準配置即可訪問到機器。

3. 再看HMI（人機界面）和SCADA：傳統(tǒng)的HMI硬件似乎完全失去了存在的必要，TSN和OPC UA完成了軟硬件的解耦，HMI硬件與應用程序可以分離。

目前的工業(yè)現(xiàn)場，HMI面臨著早期Android相似的局面，那就是你必須為每種不同的屏幕開發(fā)相應的畫面，因為數(shù)據(jù)無法自適應這些尺寸，尤其是那些非標的規(guī)格，而另一方面大量的程序員也面臨著HMI與應用程序之間的復雜耦合關系帶來的麻煩。

但是現(xiàn)在，TSN和OPC UA實現(xiàn)HMI硬件與軟件的解耦，使得修改HMI畫面的組態(tài)界面、流程與應用程序無關，而應用程序的修改也不會影響HMI的畫面。任意尺寸規(guī)格的HMI硬件，比如各種智能手機、平板電腦，都可以作為新一代的HMI硬件使用，而無需購買專用硬件。

4. 作為連帶效應的一環(huán)，MES恐怕也會失去作為單獨軟件系統(tǒng)存在的意義，將被打散為不同的應用模塊散布到邊緣或者云平臺之中。

當工業(yè)現(xiàn)場的金字塔結構被打破，系統(tǒng)集成商的工作內容將有可能發(fā)生本質變化。過去實施工業(yè)自動化系統(tǒng)的門檻很高，工業(yè)的問題在于技術碎片化，Profinet、Modbus、DeviceNet…各種通訊協(xié)議一大堆，導致系統(tǒng)集成非常困難。系統(tǒng)集成商需要使用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構，辛辛苦苦跨越不同層級翻越設備互聯(lián)互通的千山萬嶺，從下到上完成一系列復雜的系統(tǒng)調試工作，怎一個苦逼了得。

??而現(xiàn)在TSN和OPC UA直接打通了各層的數(shù)據(jù)鏈路，不再需要復雜的設備逐級調試，只需部署傳感器到工業(yè)現(xiàn)場，就能方便的連入云平臺進行數(shù)據(jù)分析，而且硬件成本極低，系統(tǒng)架構簡單。這時系統(tǒng)集成商的差異化主要體現(xiàn)于應用軟件，也就是工業(yè)APP之中。??

到那時，BAT等互聯(lián)網(wǎng)公司慣常采用的生態(tài)玩法便可充分發(fā)揮優(yōu)勢，系統(tǒng)集成商不再需要痛苦的購買軟件、設計UI，部署網(wǎng)絡，費力的從下到上打通數(shù)據(jù)，才能實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的場景。現(xiàn)在系統(tǒng)集成商們可以簡便的加入互聯(lián)網(wǎng)公司構建的云平臺生態(tài)，開發(fā)充分體現(xiàn)自己行業(yè)Know-How的工業(yè)應用APP，作為SaaS服務提供給各個工業(yè)企業(yè)，讓最終用戶以輕量級的準入門檻就能完成價值轉化，并持續(xù)性的通過運營服務獲得長期回報。

??不同行業(yè)橫向之間的差異性和碎片化有望整合

TSN和OPC UA實現(xiàn)了軟硬件之間的解耦，軟件進一步功能化，不同行業(yè)之間的硬件差異將被縮小乃至消除。在元器件層面，比如各種傳感器、I/O設備、安全設備、機器視覺產品可能出現(xiàn)跨越不同行業(yè)，共享標準硬件的局面，打破垂直行業(yè)的壁壘。

過去，工業(yè)由于具有強烈的行業(yè)屬性，導致廠商的產品極為碎片化，每個廠商只在特定的幾個行業(yè)具備競爭優(yōu)勢，規(guī)模普遍不大，幾乎沒有贏家可以通吃各個行業(yè)。即使在西門子、ABB這樣的大型企業(yè)內部，各個行業(yè)的產品定位和推廣策略也有很大區(qū)別，設立了不同垂直行業(yè)的銷售與工程部門。

而現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)第一次有機會通過硬件的標準化，將傳統(tǒng)細小碎片的割裂市場，通過開源等手段，變?yōu)榇箢w粒度的市場，創(chuàng)造贏家通吃的局面，做大企業(yè)規(guī)模。

再往前遞推一步，在這種局面之下，整個工業(yè)的控制思維在很大概率上正在面臨一次轉型，這次轉型并不單純是從硬件為主轉型到軟件為主，更接近它的描述是從“因果關系”思維到“因果與關聯(lián)關系相結合”的思維的轉型。

還記得從經典控制論到現(xiàn)代控制論的那次演進嗎？

學過工業(yè)控制的人都知道，工業(yè)上普遍應用的PID 控制，說白了還是經典控制理論的產物。經典控制論形成了負反饋閉環(huán)，優(yōu)勢在于輸出對特定輸入響應的“穩(wěn)”、“快”、“準”性能，系統(tǒng)收斂很快，控制精確，適合輸入輸出較少的情況。而現(xiàn)代控制理論，傾向于研究多輸出和多輸入系統(tǒng)，跨越不同應用和技術之間的相互作用。

經典控制理論更接近工程師思維，工程師腦子里轉的第一個念頭就是“我怎么控制這玩意兒？增益多少？控制器結構是什么樣的？”而現(xiàn)代控制理論更接近于數(shù)學家思維，數(shù)學家的想法和工程師很不一樣，他們想的是什么解的存在性、唯一性之類的，在工程師看來虛頭八腦的東西。不過好多時候，工程師憑“努力”和“實干”，辛苦了半天，發(fā)現(xiàn)得出的結果完全不合情理，仍徘徊在“解的存在性、唯一性”的問題的下一個層次，因而無法觸及的矛盾的內核。

有了TSN和OPC UA的存在，把這種思維的差異性又向前演進了一步。這次即將完成的是從“因果關系”思維到“因果+相關關系結合”思維的轉型。

??工業(yè)過去的數(shù)據(jù)分析是以機理模型為主，運用理論力學、流體力學、材料力學…等知識，關注數(shù)據(jù)之間的因果關系，需要建立基礎理論。而IT工程師則更多依靠運籌學、統(tǒng)計學和人工智能，將大數(shù)據(jù)的運算能力融入其中，采用黑箱的方式，基于數(shù)據(jù)的關聯(lián)性研究相關關系，分析和預測趨勢。

在牛頓和麥克斯韋時代，人們所推導出的簡潔公式，給出的確定性規(guī)律是由大量觀察數(shù)據(jù)所提煉的。現(xiàn)在我們面對的是更為復雜的工業(yè)流程，多維度和多變量導致很大的不確定性，雖然還不能用解析式來說明因果關系，但如果能夠從足夠多的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)相關性，也能把握設備的運行軌跡，從而形成因果關系與相關關系相輔相成的更佳應用效果。從當前情況目測，大數(shù)據(jù)和機器智能正在將這一因果性與相關性疊加的思維邏輯，推向極致。

不可否認，TSN+OPC UA建立的“特快通道”尚處于起步階段，各種邊緣智能設備也尚在嘗試，圍繞數(shù)據(jù)分析展開的應用才剛剛開始，沒有太多的場景證明AI在工業(yè)領域的有效性。但以因果關系與相關關系相結合的思路，解決工業(yè)現(xiàn)場的問題，已是明確的探索方向。

目前已有支持TSN+OPC UA這對組合的產品落地，接下來這對組合還有可能將“小米模式”引入工業(yè)領域，這些有待本文的續(xù)篇繼續(xù)解讀。??當然，在我的新書《智聯(lián)網(wǎng)——未來的未來》中，你將看到最為完整的闡述。 

??最后，衷心感謝宋華振和史揚在成文過程中對我的大力支持。

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