云计算在工业自动化系统中的应用

　　最近，我们讨论了物联网（Internet of Things）能使工业企业的生产力产生一个巨大的飞跃。但是，如果没有分析所有数据的方法和工具，物联网肯定不会结出果实。云计算则是这种方法的推动者。
　　在过去的二十多年里，自动化提高了制造与过程系统的性能、质量和生产率。现在，这种性能保持在一个平稳期。而进一步的改进需要更多的实时数据，这种需求超过了现有系统的能力。
　　在《自动化世界》的一篇文章中，我们讨论了物联网（IoT）能够对工业企业的生产力产生一个巨大的飞跃。但是，如果没有好的方法来分析所有的数据，物联网肯定不会见效。云计算是这个拐点的推动者与催化剂。
　　"云计算"的使用是一种革命性的方法，不仅仅提供了传统的数据中心模型。它从根本上改变了大数据的存储、计算、分析和洞见。它在基础设施层（IaaS）、平台层（PaaS）和软件层（SaaS）提供了不同的按需服务。把大数据、云计算和分析相结合，提供了突破性的生产率解决方案。
　　在10月份期刊的文章中，大卫·格林菲尔德写道："数据库是工业企业的冰箱。"他们存储的信息非常重要，但只有很少的数据被使用。主要的问题是没有一种方法利用这些积累数据，使它变得过时和无用。问题的关键是它没有真正加以利用。云就是连接这些孤岛的桥梁。
　　云计算技术正处在一个成熟的阶段。私有云和公共云系统的发展，已经成为横跨业务供应商和用户的优先项目。云计算非常价廉和有效，企业可以充分利用这种服务，在他们自己的数据中心之间移动或迁移工作负载。数据中心的有些管理仍然是人工的，但自动化系统应在更宽的应用范围内优化和动态配制资源。
　　云把固定的客户机- - 服务器体系结构转换成了一种分布式体系结构，具有本地和全球的智能。在工业应用中，明确的对象就是制造执行和生产计划系统。当执行很少的制造功能时，只需要很少的离散服务器；当这些功能使用云服务时，结果会更加有效。
　　在今天的工业自动化系统中，我们看到云计算应用能够实现预防性和预测性维护，这是一种重大的进步。这需要对每台机器和设备的历史数据进行收集和分析，转换为可执行的智能决策，这只在实时分析时才有效果。
　　云集成
　　自动化供应商可以在几个方面，把云集成服务简化到他们的产品和系统中：消除复杂和/或专有的体系架构；使用开放的通信标准；考虑的依据是服务，而不是离散的产品；并确保系统架构适合于云计算。
　　在过去几十年中创建的软件架构和工具，将不再适应于新的云基础设施。例如，对开发组织的管理，在多地的一个分布式团队共享应用软件开发的能力在以前仅能在极少数系统上实现。现在，分布式存取和版本管理已经内置，就像远程访问邮件一样容易操作。
　　基于云计算的物联网系统，无法提供机器映像即时照的块存储架构会容易出现各种失效。当一个5秒钟的失效可能导致数百万美元的损失时，这些影响在工业自动化领域内会显得更加突出。

　　除了出现新的市场和机会，云计算 -- 物联网的组合将会推翻关于谁是行业的领导者以及如何建立和保持领导地位的各种设想。
　　杰里米·波拉德（Jeremy Pollard）富有见地地写道："明确用途的设备已放在我们的软件和硬件工具箱中几十年了。云计算可能会改变这一切。"俗话说：你还啥都没有见着呢。
　　云计算正在成为一种帮助工业制造企业的关键因素，能够帮助他们降低成本、更多的创新、在市场上更有竞争力并实现高性能。但要通过这一技术获得收益还有很多挑战。
　　互联网和互联网技术、虚拟化、硬件商品化、标准化和开源软件的普及，使云计算成为一种低成本、灵活的信息技术（IT）资源，能自动适应业务的需求。但是，像过去的其他技术进步，云计算带来了机遇，同时也带来了安全性、私密性、数据管理、集成和服务质量等方面的挑战。
　　后续将面对的六大挑战：
　　第一，对于许多公司来说，安全性是首要问题 -- 即，企业数据在一个共享的第三方环境中如何维护。因为他们的核心业务是要保护客户的数据，主要的云供应商在这方面已经取得了显著的进步。但重要的是，制造商需要仔细评估供应商，对潜在安全问题保持清醒。

　　第二，围绕数据出现的问题，包括数据的位置、合规和集成。目前的云解决方案需要把数据存储在云端。这种方法假定有时公司只能依赖于一个或两个供应商。
　　然而，市场仍然相当分散，有数百个基于云的供应商，多数专门从事特定的垂直细分市场。虽然对供应商的整合是不可避免的，企业用户可能仍然会使用多个云。因此，他们将不得不处理分散的云数据，以及把数据住留在自己数据中心的防火墙后面。这种数据碎片意味着巨大的集成挑战，凸显开发一个综合企业架构的重要性。
　　第三个挑战涉及到服务水平的保证。许多企业应用需要一定的服务水平。在传统的本地设置中，这些要求非常容易满足，因为IT部门就在现场。但是使用云服务这就不一定了。云服务供应商拥有对运行环境的控制，但不能保证响应时间，因为数据必须通过因特网旅行。尽管云供应商的服务水平在稳步推进，但缺乏服务水平的现实会阻碍企业把关键应用迁移到云中。
　　老应用是另一个挑战。一般情况下，他们不能很好地适应云计算。这种系统往往是核心业务功能的关键，但今天的云基础设施可能缺乏对他们的支持。此外，许多老应用紧密耦合底层系统的软件和硬件。如果不能重新设计，他们就无法从云的虚拟化和并行化特性中获益。
　　第五个障碍是关于基于云服务的购买。使用随用随付的IT服务从采购的角度来看是极具吸引力的 - 支付和授权流程把资本支出转移到了运行成本。但是，云计算的采购和云环境中的企业协议看上去有些问题，不会在一夜之间得到解决。
　　最后，云计算的固有弹性使其更难以跟踪与它相关联企业的软件许可。 公司应该寻找针对许可证的可移植模式，允许他们在云中转移。他们还应该能够按小时记录软件的使用，开发多种许可证，支持高水平的升级处理，包括支持不断升级的预算。 
　　虽然具有各种各样的挑战，但云计算为工业制造商提供了一种在商业环境中的高级竞争工具。公司可以利用合适的云计算能力，提高推出新产品的能力，更快地进入市场，改进生产效率，不断创新，吸引高端人才 -- 帮助企业在激烈的市场中保持竞争力。
　　云运营
　　对历史数据的收集和分析，增加预防和预测维护数据，合并更大更多的位置服务，这对跨国公司特别有利。这些不同位置在云基础架构中才真正具有了意义，因为每个工厂可以将数据上传到云中，减少对企业网络的依赖。
　　自动化产品和系统的供应商，使用云显著地获得了效率、成本和能力，因为产品变得更加智能，并能通过云连接。关键的转变点是把多个孤岛转变为完全联网的企业，因而大大提高了生产效率。

　　对分布式云架构有了一些新的需求。数据不再局限在本地，它应该是随时可用的，它的质量影响整个过程。服务需要从离散系统扩展成智能分布式系统，通过对工作负载的整合，使成本最佳化。
　　对自动化供应商非常有益是：不仅要考虑离散的盒子，更要想到完整的服务。使用简单开放标准通信的云服务必然会淘汰和整合专有架构。
　　工业控制应用强烈依赖于实时数据，使用云计算完成实时控制在不远的将来似乎不太可能。然而，控制制造商将会仿效其他领先的企业，在制造任务中使用云，特别是数据的存储和远程访问。
　　现在还没有提供对自动化控制器的双向访问，但是这种情况也正在改变，因为系统集成商开始与OEM合作，设计基于云的访问和控制系统，实现自动化的双向通信。在一些应用中，云将成为最终用户关键路径的一部分。
　　云未来
　　在制造业中，对于云计算的目标非常明确，包括了IT相关的应用，如制造执行系统（MES）和生产规划系统（PPS）。

　　控制室的空间有限，特别对于那些老厂和海上设施。在云服务器上运行多个应用，诸如人机界面（hmi）和工程工作站，除了节省空间还有许多优点。
　　2012 年在纽伦堡举行了工业过程控制驱动器展会，弗罗斯特与苏利文（Frost＆Sullivan）公司展示了其"工业地图2.0"，标识产品创新、协作和流程优化为工业未来的三个最重要的元素。关于功能或技术方面的考量，认为以下内容是重要的：
　　●无线智能；
　　●分布式生产；
　　●协同IT的解决方案；
　　●集成企业生态系统（ERP，PLM，MES）和智能云。
　　根据弗罗斯特与苏利文公司的介绍，这些关键元素无缝集成了各种学科。每当互动延伸到本地站点之外，云计算就有了施展自己能力的平台。
　　综观许多公司提供的产品和服务，引人注目的东西是弗罗斯特与苏利文公司被称为"智能云"的东西。随着生产设施的全球化，例如，需要对各工厂的机器和生产数据进行整合和评估时，运行数据需要加以说明。这可以通过一种集中云的解决方案来实现，确保信息可用，随时更新，传给特定的人群。这种架构也能在远程监视和条件监测方面很好的工作。