OT与IT融合技术架构演进

1、白鹤学I色OT与IT融合技术架构演进Communiation Portocal10TI白鸽学吧01关于OT 的定义302怎样可以实现OT-IT 融合703 ET 必须纳入1104充分运营IIoT14#白鸽学吧长期以来信息技术IT和操作运营技术OT是相互隔离的。他们各自有着不同的目标， 沿着不同的路径发展，同时在不同的生态系统中运行。它们之间的鸿沟实际上阻碍了制造 厂充分利用尚待发掘和已经掌握的必要信息。众所周知，如果在合适的时机却缺乏合适的信息，会导致决策错误和产生不可靠的行动。 随着工业互联网、智能制造和大数据的出现和运用，它们不可能永远保持着老死不相往来 的局面。我们应该看到OT-IT 融

2、合是一个需要分阶段实施、逐步提升层次的相当缓慢的 过程，不过制造厂已经开始认识到在一个互联的工厂和企业中把 OT-IT 结合，会取得许 多意想不到的利益，例如：收获大数据带来的诸多好处为更好的决策获得信息优化业务过程使突发的设备故障最小化削减运营成本降低风险，缩短项目的时间进程01关于OT 的定义维基百科的OT定义：“专门用于直接监控和/或控制物理设备（诸如阀门、泵等）来检测物理过程，或使物理 过程发生变化的硬件和软件”。简单地说 OT是用计算机（或其它处理设备）监控或改变一个系统的物理状态，例如电 站的控制系统或铁路的控制网络。创建OT的初衷是用来表述传统IT系统与工业控制 系统环境在技术性

3、和功能性的差异，工业控制系统所处的环境是所谓“非铺地毯区域的 IT ”，即在严酷的工业环境中直接监控和控制生产的IT设备，例如PLC、 SCADA、 DCS、 CNC 系统（包括计算机化的机床）、科学设备（如数字式示波器）。Gartner 关于 OT 的 定义：“直接监控和/或控制工业设备、资产、流程和事件来检测物理过程或使物 理过程产生 变化的硬件和软件”。在网上还可以检索到一些其它的定义，但基本离不开上面两种定义的概念。归纳OT的 概念有着以的几点基本内容： OT和在工业企业用的IT系统都是为工业企业服务的，这些工业企业是指流程工业， 离散制造业、批量制造业等，将其它类型的企业的运营技术纳

4、入OT的概念只是引申， 并非原意。# OT技术是直接对工业的物理过程、资产和事件进行监控和/或对过程、资产和事件实 施改变控制的硬件和软件。直观来看，OT其实就是工业控制系统（PLC、 DCS、 SCADA 等） 及其应用软件的总称， 但其应用软件 显然隐含了工业工程技术（所谓的 ET）的丰富内容。不直接对工业物理过程、资产和事件进行监控和产生影响的技术，不属于OT的范 围。按照这个概念ERP显然不是OT的范畴，MES/MOM 处于IT和OT之间。 OT技术的承载体是计算机系统或其它的运用计算技术的处理系统。不过由于 OT直 接面对工业生产的物理设备和过程，保证其安全稳定运行，按质按量生产产品

5、是其首 要的目标，因此长期以来采用专用的系 统、网络和软件。在这个意义上，与IT相比， 其开放性和标准化有待于改善和提升。简而言之，当下的工厂有IT和OT之分。处理工厂的数据和信息，并以维护所制造产 品的质量为目标的团队，就叫IT。另外的团队控制和分析整个的生产过程以获得进一步 的改善，这就是OT。历史上这两个团队是相互独立的，但一旦它们相互融合会使整个工厂产生显著的改善。OT与IT融合必然创建提质增效的结果。它赋予工厂的管理者监控运行和过程的能力大白糖学吧为增强，甚至可以预测到可能发生的任何意想不到的事件，未雨绸缪。它会加速生产节拍或速度、使能源和时间的消耗最小化，以及降低监控资产的成本。下

6、图1是从近年新进且在IIoT 领域发展很好的美国InductiveAutomation公司的白皮书IIoT: Combining the Best of OT and IT 中的截图。直观地指出OT包括机械装备、物理成套设备以及对它们践行监控和控制的工业硬件和软件。SCAD*wHwjir*/、FEbMMdCdffi pittingto* nurutorung A con*Fd*r*gEiperts mne4wor|kj：rigSCiltwAr4 .hardwaie|-i Ml. i m 3I*thIfWfaisIriAltlhmdmtrial hwdlwareOT和IT的范围OT专业人员偏好使

7、用PLC、 DCS、 RTU、 HMIIT包括用于企业管理的硬件、软件、网络、通部门传输信息的系统。IT专业人员擅长联网技术，架构、基于 web 的部署和诸如 SQL、 Java 及Wto-4wddvptoyTirwMh6CiiMidSCADA ,以及嵌入式计算技术。信技术以及存贮、处理和向企业各个非常熟悉快速扩展网络规模、云基础Python等技术。#在解决问题的工作和思维方式上 OT和IT也往往不同。IT采用自顶而下的方法，惯于从总体需求出发，然后划分为若干的子部件，且针对子部件提出和开发 解决方案。这 白鸽坐吧种解决问题的思路，不仅仅能了解问题 的所在，而且也很好地给出了解决问题的方法。O

8、T人员习惯于自下而上的思路，从个别的部件出发构建复杂的系统。例如SCADA 系 统要从工厂层面的不同生产过程采集数据，OT人员必须面对如何从不同的专用系统中 把数据集成起来。而且OT人员环绕着以任务为关键的高风险系统工作，他们最关注的 一定是安全（物理安全、功能安全和信息安全）。这也就是为什么互联网和局域网的联接 不能在OT范围直接运用的根源。随着智能装备、大数据和工业互联网的引入，OT和IT人员都面临需要解决存取工业 数据同样的问题。偏偏在企业中OT和IT处在不同的层面，从解决问题的观点来看， 它们相互之间并不真正了解对方的需求。IT人员并不理解为什么OT仍然要使用传统的 设备，采用专用的昂

9、贵的解决方案去处理问题。OT人员或许对SQL数据库或者对现 今在IT中运用的信息安全协议的宽度并不深度了解。即使存在这些差异，而现在正好存在这样的机会 让OT和IT相互融合， 通过提升各 自的能力，从而形成一种真正具有颠覆性的技术。在工业3.0的时代，OT和IT保持 着彼此相互的分割。而为了满足今天的 数据密集型的环境和进入工业4.0,企业必须将 OT和IT交汇融合匹配。02怎样可以实现OT-IT 融合IT和 OT的融合可不是一件轻而易举的任务。即使是在提出IT/OT 融合概念的美国， 现在还在艰难地探索，至少在当下还不存在非常成熟的模式。这里暂不涉及技术细节，更 多从组织方法上进行讨论。试想

10、，要使长期独立行事、互相隔离的IT部门和OT部门融合交汇，需要在业务层和 技术层进行顶层设计和组织设计，乃至进行重组。近两年美国有三个不同行业的公司在这方面做了值得称道的工作，主要是：建立一个新的 混合的制造IT的机构；制造IT机构率先对工作人员进行交叉培训，让OT人员深度 了解IT的同时，也使IT人员深度了解OT;制造IT机构去执行一整套协调一致的 技术管理流程，以确保建立一个一致性更好的跨IT和OT的架构。这个被称为实现 OT-IT 融合的操作架构，定义IT和 OT系统的统盘考虑的路线图。打破IT和 OT之 间的技术隔离和各自为政，是开发操作架构的关键因素。我们还可以从企业架构的角度切入

11、OT-IT 的融合。将此两个领域融合， 首先要求依据 一系列预先很好定 义、且可扩可缩的标准，其涵盖的范围从资产到数据中心， 反之也 然，即从数据中心到资产。确保这些标准安全，是相当关键的。否则重要的和价格昂贵的 资产容易受到攻击。所有这些相关的关切可被概括为企业架构的概念。这一架构采取自 顶而下的方法。在传递到技术细节之前，其流程包括需要组织的目标、策略、远景规划和 业务诸方面。在操作运营的范围里， 这一企业架构允许IT和 OT不致发生对立的难#m德学电应彦以协调的工作。什么是“企业架构”呢？维基百科的定义是：“企业架构是一种为开展企业的分析、设计、规划和实现而定义的完善的实践活动，为 了成

12、功地进行策略的开 发和执行，它在所有的时间内采用统盘考虑全局协调的方法。”显而易见，之所以需要企业架构，是由于需要形成一个综合环境，能够在在贯穿整个企业 的范围内，将通常碎片化的已有流程（不论是手动流程还 是自动流程）进行优化，从而 达到为对每一个变化都能作出响应，并且支持业务策略的良好执行。现在企业的CEO都清楚通过IT对信息进行有效管理和利用，是取得业务成功的关键 因素，而且是获取竞争优势的必不可少的手段。在业务环境不断变化的情况下， 企业架 构的作用就是通过提供IT系统演进的战略背景环境以及IT与OT的融合予以应对。9三创1学吧自霹电图2企业架构由四个架构域构成上图2描述了企业架构总体构

13、成的四个架构域：业务架构（定义业务策略、治理、组 织和关键业务流程）应用架构（提供要部署的的独立应用，这些独立应用之间的交 互作用，以及与核心的业务流程间的关系）数据架构（描述组织的逻辑、物理数据资产 和数据管 理资源的结构）技术架构（描述支持业务、数据和应用服务部署的逻辑的 软件和硬件的能力，包括IT基础设施、中间件、网络、通信、处理和标准等）。美国的The Open Group 为企业架构制定了 TOGAF 标准。几经版本更新目前这一企 业架构标准已是第9版了。在实现方法上在IT和OT集成期间，制造厂必须在初始阶段就下力气，譬如让IT和 OT 一起建立一种实时反映各个车间生产状况的看板，这

14、些看板向预设 的各级主管人员 报告重要信息，例如产线的负载不平衡，分析产品可能会因某个工段有故障而发生问题，11等等。由于产线是工厂最关键的区域，它们随时随地产生大量的数据，从监控车间中可以得到高 效利用的信息。虽然信息通常是IT的范畴，但是通过传感器捕捉信息， 在产线发生不 良的事件之前加以检测并预测，这恰恰是OT的范畴。只有当这些信息流能与操作运行 相结合并在产线中得以执行，制造厂才会从中得到客观的利益。03 ET 必须纳入OT-IT 融合的进程图3 ET 纳入OT-IT 融合的进程由于在制造业中集成产品和流程设计的重要性大为增加，促使企业的数字化转型要求工程技术 ET (engineer

15、ing technology）纳入IT-OT 的融合进程中白健学吧在 ARC给出的概念中，ET包括了数字模型的建模技术，形成了流程工艺工程师必须 与IT软件开发人员一起工作，工业安全专家必须与IT信息安全专家协同，自动化专 家必须与IT数据科学家协同的局面。在制造业中由于智能设备的复杂度增加，相应的软件推动IT和OT紧密的集成，于是 创造了在原有的知识上获得新的洞察和观察视角的机会。只是在IIoT 的数字化数据环 境中，将ET工程技术中那些为建立虚拟模型的技术纳入 OT-IT 融合的进程和交换中， 这才能真正发挥作用。或许过去ET已经被隐含在 OT-IT 的融合中，但是它的作用被低 估了。在现

16、在和将来的工作环境必须改变这种观念，原因在于建模工具已成为管理决策或 技术决策中的基础和必备的环节。DdhSLitiilishDeasion SupportCyienecurity藉m而加HE Govd, *Pftn ArmlytK ModelingVinual & AugmenJvd rvaliiySmart ConnectedMachinesIT/ET/OT Convergence Path to IIoT图4在IIoT 环境下OT-IT 的融合必须纳入ET 如图4所示，由于ET需要利用IT来改善OT ,所以ET处于IT和OT的中间 随着获取实际状态和对实际状态进行可视化的技术不断在改进，

17、ET为用户提供更好了 解资产在实际运用中的能力。在这三个领域之间的关系应该超越“和平共存”，而通过合 并融合，最终产生大于其各自部分总和的结果。在虚拟环境下对新产品、新系统，甚至新的生产工厂进行设计和测试，将会创造一种令人 耳目一新的效果，特别是从成本的视角来看可以获得前所未有的增益。虚拟 模型可 以在资产整个生命周期中将IT/ET/OT 联系起来，仅从资产管理的角度来 评价，可以取得在一个问题发生之前就能预测，并能够以优化的速度和成本对可能发生的 问题进行维护。举例来说，制药行业由于具有对制造过程进行合规验证的要求，一旦不合规就会影响其 声誉。当验证的要求发生变化，接下去就要改变控制规程，如

18、果能在专业的规程实践的指 导下运用制造IT自动地保证所需要结果的一致性，问题就容易解决。还有一个依靠资产信息进行能源管理的案例。加拿大最大的集成能源公司 Suncor Energy，其运营卓越管理系统（OEMS ）和数字化转型平台的基础就是资产信息。从2004 年开始OEMS 的目标就是有效和高效率地改善工厂的可靠性、风险管理和环境的可持续 发展。为了获得良好的效果，资产信息必须是完整的、可存取的、适时的和可信赖的。 良好的资产信息提供了按许可证运行来改善风险管理、减少非计划停车和非计划降低运 行速度、提高生产率、削减供应链成本，以及削减资产投运的调试时间。Suncor 公司从企业的视角设计资

19、产信息系统，首先设置四大支柱：标准和过程、内容、人与企业文化、技术工艺， 先对所采集的五花八门的信息按一定的数据格式加以标准化，接着按照工业 标准建立工具，并按业务情况和实例加以提升。建立一种可管理的结构确保呈现和显示来 自所有业务单位的数据。除非标准和业务情况和实例已经被批准，是不允许客制化的。过 程按不同的人员即工程师、操作人员、维护人员予以实现。04充分运营IIoT促使OT-IT 融合怎样把老一辈在工厂生产管理的经验和积累的知识， 通过数字化转型成为“数字原生” 的知识财富，并被年青一代继承和发展，这一挑战也可理解为OT与IT交汇融合，使 得OT和IT各自的“神经突触”紧 紧相连，从而为创造更多价值提供保证。图5是 日本横河利用工业互联网IIoT 实现流程工业的OT和IT融合的解决方案。15Enterpn*fr XPSM BF3nt AHOTraticrial technolL* xLil I LT LpA。直e/二9Opeiabocs w 网 4Vhen| & conlioiMinion crttical solutionsRemote solutions图5通过IIoT促成OT-IT 融合的基础架构原来在本企业内各个工厂积累了丰富的控制、管理和优化的经验， 形成了一套以生产任 务优先的解决方案。不过这些解决方案充其量体现了操作运营管理 和控制的局部优化