新技術(shù)的進步以及對更高效生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)廠的期盼正推動工業(yè)設(shè)施發(fā)生前所未有的變革。這些變革提高了自動化程度,、精確度和可用數(shù)據(jù)量,。

　　這些進步使工業(yè)4.0成為現(xiàn)實,，為制造商帶來更大的發(fā)展前景和商機,，在減少排放的同時,，通過提高生產(chǎn)力,、安全性和可靠性在全球經(jīng)濟環(huán)境中增強競爭優(yōu)勢,。據(jù)估計，未來10年將帶給自動化設(shè)備制造商價值約6.5萬億美元的商機,。

　　雖然這一商機極具吸引力,，但還有不少重大障礙需要克服。例如,，在傳統(tǒng)保守的工業(yè)領(lǐng)域,，新技術(shù)的采用通常進展緩慢,。自動化工廠目前通常是新舊系統(tǒng)的混合體,，相應(yīng)的系統(tǒng)間通信較為復(fù)雜。現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施基本上沒辦法實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣安全地捕獲和傳輸數(shù)據(jù),。簡而言之,，制造工廠和加工廠不會一夜之間改變。這需要一段過渡期,。

　　為了實現(xiàn)和加速這一過渡,，自動化供應(yīng)商開始向ADI這類的技術(shù)合作伙伴和供應(yīng)商尋求更多的系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識和解決方案,。

　　聯(lián)網(wǎng)企業(yè)所需的過渡，特別是以太網(wǎng)和安全性

　　工業(yè)以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于控制應(yīng)用領(lǐng)域,，并且隨著企業(yè)和市場向工業(yè)4.0過渡,，將繼續(xù)作為首選通信介質(zhì)不斷擴大。

　　其中一個挑戰(zhàn)是解決以太網(wǎng)的確定性問題,。許多協(xié)議采用專有的第2層解決方案,。然而，在嘗試提取相關(guān)數(shù)據(jù)以供企業(yè)網(wǎng)絡(luò)較高級別使用或在不同制造節(jié)點之間協(xié)調(diào)時,，這些協(xié)議會導(dǎo)致大量的互操作性問題,。新的IEEE 802.1 TSN標準旨在解決工業(yè)控制中遇到的同類問題，并承諾支持從專有解決方案向基于標準的方式過渡,。

　　以太網(wǎng)傳統(tǒng)上是一個“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò),。為了能將以太網(wǎng)部署到關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中，需要增加一些特殊功能,，包括時間同步,、流量調(diào)度、流量控制,、無縫冗余等其它功能,。這些新興的IEEE TSN標準背后的目的是實現(xiàn)真正的融合網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)中各種類別的流量都能無縫共存,。這將使關(guān)鍵任務(wù)的實時流量可以像流式傳輸和“盡力而為”的流量一樣,，在同一網(wǎng)絡(luò)上傳輸。這些功能使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員可確保在整個網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中每次都能及時交付特定類別的流量,。與專有的第2層解決方案不同,，這些功能旨在可擴展至千兆或更高的線路速率。

　　ADI公司最近收購了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的主要成員和貢獻者Innovasic,，助力TSN,。

　　將邊緣設(shè)備連接到TSN支持的融合可信工業(yè)4.0聯(lián)網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶來許多挑戰(zhàn)。當(dāng)前邊緣設(shè)備中的通信技術(shù)（如現(xiàn)場總線和4mA至20mA電流環(huán)路）可以正常且可靠地工作,。但是,，將其數(shù)據(jù)傳送至云端（本地或遠程）時，從工廠廠房到前端辦公室的路徑中通常會受多層通信的阻礙,。通常需要網(wǎng)關(guān)將一種格式或協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一種格式或協(xié)議,，并且數(shù)據(jù)可能會存儲在實際分析端途中的多臺服務(wù)器上。將數(shù)據(jù)從簡單傳感器傳送至云端的總擁有成本不僅涉及數(shù)據(jù)交付所需的設(shè)備,，而且涉及整個過程中為確保數(shù)據(jù)完整性所需的軟件,、處理技術(shù)和人力。

　　雖然將以太網(wǎng)連接到諸如溫度變送器這樣的簡單設(shè)備可能看起來有點相互矛盾，但這與設(shè)備簡單與否或其產(chǎn)生/消耗相對較少的數(shù)據(jù)無關(guān),。這關(guān)系到如何能夠有效地從融合網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備中提取數(shù)據(jù),，然后將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于可執(zhí)行的結(jié)果。例如,，分布式控制系統(tǒng)(DCS)可能會使用來自溫度傳感器的數(shù)據(jù),，以確保其部分過程運行實時控制。然而,，這個特定溫度也可能會影響整個過程,。通過將溫度變送器無縫連接至云端，可以近乎實時地考慮所有過程參數(shù)來執(zhí)行分析,，以確保整個過程的運行,。可以進行調(diào)整,，以優(yōu)化生產(chǎn)或提高能效,。

　　ADI將解決這些挑戰(zhàn)視為客戶成功的關(guān)鍵，這也是促使我們投資尖端技術(shù),，將以太網(wǎng)推向邊緣的動力因素,。我們稱之為低復(fù)雜度以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是一種將簡單工業(yè)設(shè)備（如溫度變送器）直接連接到以太網(wǎng)的驅(qū)動技術(shù)。

　　圖1.單芯片,、多種以太網(wǎng)協(xié)議,。1

　　低復(fù)雜度以太網(wǎng)解決了當(dāng)今標準2層以太網(wǎng)實施方案中的傳統(tǒng)尺寸、功耗和成本問題,，從而降低向云端傳送數(shù)據(jù)的總擁有成本,。

　　向融合工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的過渡也需要物理層的創(chuàng)新，以提供與現(xiàn)有系統(tǒng)的一些固有功能相匹配的解決方案,。許多廣泛部署的以太網(wǎng)物理層標準將電纜長度限制為100米,，并且需要多根雙絞線電纜來實施。相比之下,，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的大部分現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施安裝都采用單雙絞線布線構(gòu)建,，這種布線能夠支持數(shù)據(jù)速率為31.25 kbps下長達1000米的距離。為了解決這個問題,，ADI正在與IEEE贊助支持的主要工業(yè)合作伙伴協(xié)作開發(fā)新的以太網(wǎng)標準,。該標準稱為10SPE，它將運行于單雙絞線電纜之上,，支持距離長達1000米,，數(shù)據(jù)速率為10 Mbps。ADI采用基于標準的協(xié)作方法來解決這個問題,，協(xié)助降低應(yīng)用障礙,，并縮短實現(xiàn)整個工廠范圍的融合網(wǎng)絡(luò)目標的時間,。

　　除開發(fā)支持以太網(wǎng)融合的新功能以外,，其他已經(jīng)使用100 Mbps確定性以太網(wǎng)的應(yīng)用正在尋求突破帶寬和性能極限,。像機器人這樣的應(yīng)用需要越來越多比過去控制精度更高的坐標軸。將控制網(wǎng)絡(luò)過渡至千兆網(wǎng)速有助于滿足這些要求,，這也代表了工業(yè)以太網(wǎng)市場的另一個主要趨勢,。

　　以太網(wǎng)的疾速成功經(jīng)常讓以太網(wǎng)用戶苦于解決與其應(yīng)用相關(guān)的安全問題。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)和檢測需求的預(yù)期增長可能會受阻于安全風(fēng)險,。此外,，工業(yè)控制應(yīng)用中對低延遲和抖動性能的要求可能會與安全要求直接沖突。采用這些技術(shù)的用戶必須盡快解決這些應(yīng)用中的性能和安全問題,。

　　ADI公司最近收購了Sypris Electronics的安全業(yè)務(wù)部門(SCIOMetrics)

　　工業(yè)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險日益得到重視,。由于工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)的興起，工業(yè)空間被定義為廣泛的分布式設(shè)備,、動態(tài)信息流和跨環(huán)境互聯(lián)以提供新功能,。然而，令人并不感到驚訝的是,，隨著新功能的創(chuàng)建,，它也帶來了前所未有的新的安全威脅，而且比以往任何時候都更現(xiàn)實,。

　　如果您想象一下必須安全連接至網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量,，就會了解，為這些設(shè)備建立身份有多困難,。物理的分布式共享加密密鑰很快變得不切實際,，證書交換式管理轉(zhuǎn)化為物流噩夢。若要實現(xiàn)可信的工業(yè)4.0企業(yè)的愿景,，無密鑰建立身份至關(guān)重要,。同樣，需要具有低固定延遲和小型化硬件和/或軟件占用空間的輕量級加密技術(shù)來安全連接在網(wǎng)絡(luò)邊緣高度受限的設(shè)備,。ADI在資源受限設(shè)備的身份驗證和安全解決方案以及輕量級區(qū)塊加密等技術(shù)領(lǐng)域投入巨資,，以解決這些重要問題。

　　圖2.我們的關(guān)鍵競爭力是實現(xiàn)可信的自動化,。

　　結(jié)論

　　ADI公司工業(yè)自動化業(yè)務(wù)部門致力于為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的邊緣檢測,、控制、監(jiān)控和魯棒實時通信系統(tǒng)領(lǐng)域提供領(lǐng)先的解決方案,。ADI公司已經(jīng)開發(fā)并積累了多個領(lǐng)域的專長知識,，包括安全和認證、功能和本質(zhì)安全以及多協(xié)議支持等,。我們將通過強有力的合作,，實現(xiàn)并加快向傳感器到云的可信工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的過渡,。