工業雲端平臺，提升品質增加效能的引擎
工業雲端平臺，不算是一個新的概念。但是最近幾年，隨著人們日益增長對產品和服務個性化的需求，以及企業數位化進程的加速和對生產效率的追求，工業雲端平臺逐漸成為一個市場熱點，並成為企業綜合競爭力的一個關鍵部分。
簡單的說，工業雲端平臺是一個基於雲的技術解決方案，專門為滿足特定生產行業和企業的獨特需求而設計，通常包括一套工具和應用程式，以説明公司簡化其運作，提高效率，降低成本。
下面，我們來談談什麼是工業雲端平臺, 並對其最關鍵的組成部分，分散式控制系統DCS（Distributed Control System）和控制器 （Controller）做一個近距離的分析。
工業雲端平臺是什麼
我們先從雲端計算（Cloud Computing）來著手瞭解工業雲端平臺。大家知道，雲端計算是分散式運算的一種，指的是通過網路“雲”將巨大的資料計算處理常式分解成無數個小程式，再通過多部伺服器組成的系統進行處理和分析這些小程式得到結果並返回給用戶。簡單來說，就是通過分散式運算，解決任務分發，並進行計算結果的合併。
雲端計算有各種分類形式，比如按照其提供的服務類型，可以分為基礎架構即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟體即服務（SaaS）。如果綜合考慮雲端計算的4基本要素：服務物件、服務提供者、雲端軟體和資料資源，我們也可以把雲端計算分為公有雲、私有雲和工業雲三類。
- 私有雲：指企業或者單位內部自建自用，服務提供者和服務物件通常處於同一個利益共同體，雲軟體和資料都屬於利益體所有，沒有對外的服務的需求。
- 公有雲：指協力廠商提供商通過公共Internet為使用者提供的雲服務，使用者可以通過Internet訪問雲並享受各類服務，包括並不限於計算、存儲、網路等。其特點是資料來自公開途徑，雲軟體為服務提供者所有，並且是運營商的核心競爭力，極具私密性。
- 工業雲（Industrial Cloud）：也稱行業雲，指由行業內或某個區域內起主導作用或掌握關鍵資源的組織建立和維護，以內部或公開的方式，向行業內部組織和公眾提供有償或無償服務的雲計算平臺。
工業雲是雲計算的一種應用形態，利用雲計算技術將行業內各個成員單位的資料分級統一集中，然後透過資料處理系統和應用系統，促進成員單位之間的資料和資訊共用，並且開展公共服務的一種雲計算形態。在許多情況下，它們是混合性質的，結合公共和私有雲環境，以説明企業保持資料和應用工作負載的安全和合規標準。
由此可見，工業雲不僅解決了內部資料聚合和共用的問題，還可以説明工業資料擁有者將資料轉換為服務，提升業務價值。
工業雲端平臺的大腦和神經：分散式控制系統（DCS）
如果說雲端網路連接是工業雲端平臺的四肢，那麼分散式控制系統（DCS）則是工業雲端平臺的大腦和神經。分散式控制系統（DCS）是一種控制系統，在工業應用中用來控制和監測複雜的生產過程。在一個典型的工業環境中，有幾個過程需要同時被控制和監測。DCS可以用來整合和協調這些過程，使其更加高效和可靠。
在工業雲端平臺中，DCS可以用來控制和監測構成平臺的各種過程和系統。例如，DCS可用於控制製造廠的溫度和濕度水準，監測各種機器的性能，並管理材料和產品的流動。
工業雲端平臺中的DCS通常由幾個部分組成，包括：
- 控制器： 負責控制平臺中各種流程的設備。它們可能分佈在不同的地方，但都能連接到一個中央控制系統。
- 感測器：用於監測平臺中各種過程的性能的設備。它們可用於測量溫度、壓力、流速或其他變數。
- 人機界面（HMI）：允許操作員與DCS互動的介面。它可能包括一個圖形化使用者介面（GUI）或一個命令列介面（CLI）。
- 通信網路：連接DCS中所有設備的網路。它可能有一個有線或無線網路，這取決於平臺的具體要求。
很顯然，作為工業雲端平臺的一個重要組成部分，DCS有助於確保所有的過程和系統都能有效地工作。
控制器，DCS的核心
分散式控制系統（DCS）是一個電腦系統，用於控制和監測工廠的工業流程，而控制器又是DCS核心。不難看出，設計和實施DCS中的控制器是一項具有挑戰性的任務，以下幾個關鍵挑戰待需解決：
- 過程的動態性：一個過程的行為可能是複雜和動態的，瞭解過程的動態對設計有效控制器很重要。控制器必須能夠適應過程中的變化並保持穩定的運行。
- 控制演算法的選擇：有幾種控制演算法可以在DCS中使用，包括比例-積分-導數（PID）、模型預測控制（MPC）和模糊邏輯。為過程選擇合適的演算法是實現最佳控制性能的關鍵。
- 控制器的調整：一旦選擇控制演算法，就必須對控制器進行調整以確保最佳性能。這涉及到調整控制器參數，使過程變數和所需設定點之間的差異最小，同時保持穩定。
- 通信和聯網：DCS控制器通常分佈在多個節點上並通過網路連接。確保節點之間的可靠通信很重要，以防止影響控制性能的延遲或資料丟失。
- 網路安全：DCS控制器通常連接到互聯網或其他外部網路，這可能使它們容易受到網路攻擊。實施強有力的網路安全措施以保護DCS免受未經授權的訪問或惡意攻擊是非常必要的。
- 維護和升級：DCS控制器是複雜的系統，需要定期維護和升級以確保最佳性能。在工業生產環境中，這可能是一個挑戰，因為必須減少停機時間以避免生產中斷。
以上可以看到，在DCS中設計和實施控制器是一項需要豐富的行業知識和經驗沉澱的工作。這也在一定程度上解釋了為什麼工業雲端平臺是最具有生態系統屬性的平臺。企業可以充分發揮生態夥伴的潛力來共同打造這個平臺，比如像意法半導體STM就可以貢獻其在硬體和軟體發展方面的專長，為企業客戶提供具有針對性的產品和服務，以解決物聯網工業雲端平臺獨特的挑戰和要求。這種合作模式可以使企業的開發人員專注于垂直應用開發的附加值，從而將節點到雲端連接的複雜性交給STM團隊去解決。
工業雲端平臺未來和發展
工業雲端平臺的開發目前處在一個強勁增長的階段。其主要的驅動因素可以概括為：
- 針對性：隨著企業變得更加專業化，他們需要針對其特定需求的軟體解決方案。工業雲端平臺提供這些解決方案，提供通用雲端平臺所不具備的特定工業特性和功能。
- 有效性：與傳統的內部軟體解決方案相比，工業雲端平臺提供了顯著的成本節約和效率提高。 通過基於雲的基礎設施和規模經濟，工業雲端平臺可以提供強大的軟體功能，而成本低於傳統的內部軟體解決方案。
- 競爭力：工業雲端平臺可以幫助工業企業保持競爭力，提供工業內最新的技術和最佳實踐。通過使用工業雲端平臺，企業可以跟上快速變化的技術趨勢和監管要求，而不必開發和維護自己的軟體解決方案。
最近，Gartner對北美和歐洲企業進行了調查，其中接近40%的受訪者已經開始採用工業雲端平臺。大約15%的企業正在進行試點，另外15%的企業考慮在2026年之前進行部署。大多數熟悉工業雲端平臺概念的受訪者都認為自己是特定行業雲端平臺的採用者或潛在考慮者。Gartner預計，到2027年，企業將使用工業雲端平臺來加速其關鍵業務舉措的占50%以上，而在2021年，這一比例還不到10%。
隨著越來越多地企業轉向能夠幫助他們在各自工業領域保持競爭力的專業軟體解決方案，可以看出，作為提質增效引擎的工業雲端平臺的發展必將勢不可擋。
