成功运用开源软件的工业自动化公司--SCADA软件

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成功运用开源软件的工业自动化公司--SCADA软件

成功使用开源软件

工业自动化公司

01

SCADA软件公司得益于开源

该公司成立于2005年，专注于工业软件中的SCADA软件系统，被誉为全球发展*快的SCADA公司。 公司开发和管理的社区在美国及全球工控界享有盛誉。 由于单个服务器许可证的成本较低，通用工业自动化平台（图 1）允许您无缝连接所有数据，轻松设计任何类型的工业应用程序，并立即将无限的工业和移动客户端部署给任何人、无论您身在何处。需要它。 该平台提供SCADA、IIoT、MES、HMI、报警、报告生成、边缘计算、移动通信和企业应用等功能。 平台服务器可以使用多种通信方式（如MQTT服务器和MQTT传输模块、具有MQTT通信功能的设备、Edge网关等）与PLC、RTU远程终端单元、边缘计算设备、业务应用LOB（ ERP、大数据、客户关系管理CRM等），还可以与基于网络的工程设计终端以及网络驱动的客户端、图形显示HMI、移动终端进行通信（见图2的SCADA系统）。

图1 公司平台图标

提到开源软件的重要性，该公司创始人明确表示：“我们存在是因为我们可以在开放标准的基础上进行开发。它帮助我们尽快取得了今天的成就。” 该公司还非常重视引导*终用户了解开放软件运动对工业软件技术的影响，例如在2018年社区大会上，IBM英国和爱尔兰首席技术官、联合发明人Andy Clark MQTT 的联合创始人、Link 总裁兼首席技术官 Arlen、基金会执行董事 Mike 以及该公司软件工程联席总监 Colby Clegg 受邀专门讨论了这一问题。

图2 基于平台的SCADA系统

2019年以来成功运用开源软件的工业自动化公司--SCADA软件，为了实现“让集成变得简单、有趣、实惠”的目标，继续努力服务“梦想家和实干家”，我们推出了基于四大支柱的全新SCADA，重点减少由此带来的障碍和冲突通过不同行业的解决方案，打造领先的解决方案平台。 这四大支柱是：新技术模式、新许可模式、新商业模式和新道德模式。 新技术模型利用开源而构建，符合物联网和行业标准，具有开放接口，并且几乎可以在任何操作系统上可靠运行。 新的许可模式是零麻烦的许可模式，与服务器一起出售的许可证是经济实惠的许可证，对客户端或数据标签没有限制。 新的业务模式平衡了开发（新创新）、质量保证、营销、销售、支持、财务、培训和其他 20 个功能，致力于将新的用户体验融入到运作良好的管道中。 新道德模式的核心是热爱公司所从事的业务及其创造的软件，热爱社区，持续服务用户群体，不以牺牲用户群体的利益来获取利润，更不出售产品。公司因为成功。 建立在这四大支柱之上的是世界上**个真正通用的工业应用平台，可以连接整个企业的所有数据，快速开发任何类型的工业自动化系统，并不受限制地扩展系统。 通用工业应用平台的特点包括：无限制的许可模式、以服务器为中心的互联网部署、模块化配置、跨平台兼容性、强大的可视化性能、采用开放和标准化的技术（如SQL、OPC UA、MQTT、 ），为IT和OT之间建立沟通桥梁，可连接大型数据库和PLC，在通用的集成开发环境IDE中构建HMI、SCADA、MES、IIoT、报警、报表生成等应用，实现快速开发和部署。

02

成为开放自动化的典范

受到 Pi等开放架构社区的启发，德国于2017年11月正式推出了集实时控制和非实时任务执行于一体的PLC系统架构。 作为引领工业自动化领域潮流的开源控制系统，很快得到了倡导开放过程自动化OPA的埃克森美孚工程师的认可，并将其引入实验基地，提供基础计算和可配置I/O。 除了具有传统PLC的性质外，它还是一个支持Linux的设备，允许使用传统的-3语言以及C++、C语言等编程语言。 它还可以在几乎任何IDE中使用，例如4DIAC（基于开源开发平台）、（集成开发环境）编译器。 这恰好符合埃克森美孚所追求的开放式自动化理念，有助于实现不依赖于一个供应商，而是使用多个软硬件供应商来构建符合O-PAS系列的开放式控制系统的目标。标准。 为确保互操作性、配置可移植性、应用程序可移植性和互换性奠定基础。

开放架构的控制系统（见图3）为OT与IT的融合提供了解决方案。 通过建立开放式实时操作系统、开放式编程环境、开放式通讯接口、开放式用户界面四大开放平台，将传统稳定的PLC与现代软件工程的灵活性、开放性相结合，满足智能家居的日常需求。制造业。 在实现系统中传统PLC实时控制的同时，引入非实时任务或其他基于互联网的非实时处理任务，依靠全局数据空间中间件GDS提供不同的实时性数据处理方法和非实时数据处理方法。 数据交换方式。

图3 系统架构

（来源：网站）

系统架构是运行在Linux操作系统上的开放固件平台（带有OSADL实时补丁）。 在实时 Linux 操作系统的背景下，所有控制器都包含适用于传统 PLC 的 -3 操作环境。 固件形式的各种组件构建了其核心功能。 这些核心组件包括系统组件、服务组件、I/O组件和中间件。 中间件起着将固件平台与操作系统隔离的作用。 为用户提供使用公共类集合调用系统功能（例如文件操作、套接字服务或线程服务）的可能性。 中间件中包含的全局数据空间GDS是该技术的一个特殊组件，它通过所谓的“数据端口”确保各个组件实时数据交换的一致性。

»系统组件

技术的所有基本功能都是由系统组件实现的。 系统组件包括：系统管理程序和PLC管理程序（这两个组件启动所有其他组件并监控系统的稳定性）； 用户管理程序基于标准的Linux用户管理并提供技术内容。 保证执行不同的任务。 每个技术流程都是通过执行用户定义的任务来启动的，以便每个组件只获得所需的访问权限； eCLR - -3 的程序； 执行和同步管理器 ESM 使技术能够以实时方式执行 - 3. C++ 和 C++ 程序的独特功能允许程序员使用上述编程语言的组合来创建应用程序，而无需做出任何妥协。

»维修零件

服务组件提供附加功能以及对 ESM、GDS 和所有其他系统组件的访问。 服务组件包括：OPC UA、网关、基于 Web 的管理、PC Worx HMI（HTML5 Web 虚拟化）、跟踪控制器（使用 LTTng 进行跟踪）。

»输入/输出组件

（现场总线管理器）现场总线管理器将技术与已实施的现场总线堆栈连接起来。 所有接口尽快以通用方式实现现场总线协议。 已发布的版本可用于以下现场总线协议：RT 控制器、RT 设备（本地总线）。

使用技术的*简单方法是在ESM的实时环境中创建用户程序。 用户程序可以是用PC Worx-3编写的程序、C++程序或模型，或这些编程方法的任意组合。 使用GDS中存储的数据端口，程序员无需担心不同任务和程序之间的数据交换，并且这已经在技术上得到了完全管理。 换句话说，执行和同步管理ESM采用专利的任务调度方法构建（见图4），并在全局数据空间GDS的支持下，保证了编写的实时控制程序任务—— 3.与用户一致。 用其他高级计算机编程语言编写的非实时处理程序任务可以同步交换数据，解决了在同一运行环境中执行实时和非实时任务的问题。 例如，在图5中，任务1是实时控制程序1，扫描时间为1毫秒。 任务 2 由三个程序组成。 程序2是用user编写的，程序4是用C++编写的，程序5是用-3标准编写的一段； 执行周期为500ms。 任务3的程序3用C++编写，执行周期为3ms。 在ESM的调度下，首先执行任务1，然后执行任务2的程序2，然后执行任务3的程序3，*后执行任务2的程序4和程序5。

图4 系统中的执行和同步管理ESM

（来源：网站）

图5所示为系统执行实时控制任务和非实时处理任务的流程。

（来源：网站）

这是与其他系统需要构建两个不同的运行环境来同时执行控制系统中的实时任务和非实时任务的一个重要区别。 这也正是因为其独特的技术方式，让工程技术人员在享受传统工控编程语言的可靠性和稳定性的同时，也能够在IT领域自由采用灵活有效的编程语言，满足新的需求。市场和用户不断提出的要求。 因为技术的一个基本特征是它允许用户选择使用首选或偏爱的编程工具来完成任务，所以这种自由被传递到整个系统。 例如，如果功能、协议或编程语言缺失，用户可以自行集成或合并这些，而无需通过控制器提供商。 如果不是所有东西都必须由运行时环境封装，用户也可以直接使用众所周知且广泛使用的操作系统。 例如，对于高级语言程序员来说，实现MQTT协议栈很简单。 早期采用者社区中的其他用户已经使用该库实现了用于图像和视频分析以及对象识别的应用程序。 例子包括将技术与谷歌的数字助理 Alexa 集成； 连接到 Redis 数据库或集成 Java 运行时以便能够使用 Java 进行编程； 并为基于 Web 的自动化应用程序实施 Node.js。 简而言之，用户可以通过技术实现进一步的想法，所有感兴趣的团体和个人都可以加入社区并与社区参与者讨论他们的项目。

随着新的商业模式的创建，它们正在受到集成商、*终用户、甚至想要销售基于该技术的组件的第三方供应商的欢迎。 通过它，可以购买功能甚至完整的应用程序，获得许可并将其下载到控制器。 此外，系统更新和其他内容将通过此渠道提供，使*终用户下载它们就像获取和安装移动应用程序一样容易。

技术实际上超越了程序员、用户和制造商几十年来建立的心理模型。 在过去很长一段时间里，用户只能通过强行捆绑软硬件系统、内部运行环境以及许多专有功能来将用户绑定到特定的公司。 技术已经突破了这一障碍，进入了开放自动化时代。 域，允许每个用户扩展和定制解决方案以满足他们的个人需求。 这种新的自由度一开始肯定是陌生的。 然而，一旦用户接受了这一原则并熟悉了系统，他们就可以从工业4.0时代的无限可能性中受益。

03

边缘可编程工业控制器可轻松使用开源软件

如今，水力压裂和水平钻井并不是德克萨斯州南部油田唯一有利可图的技术。 开源软件已稳步渗透到工业自动化领域，并为系统集成公司提供了机会。 例如，服务公司依靠开源软件来实现拖车式移动抽油机的自动化。 抽油机可通过移动设备直接控制水泵，实现压裂水远程管理，自动监测流量和水位。 他们使用的开源技术内置于 groov EPIC 中，这是 OPTO 22 开发的边缘可编程工业控制器。其中一个控制器安装在移动抽油机上，为控制器添加了通信、可视化和安全功能（配备了 /柴油发电机组TCP接口）监控抽油机。 groov EPIC 控制器和 I/O 模块不仅可以监控排放水平、吸力和流量，还可以向发电机组控制器发送信号以启动和停止大功率水泵。 它还可以从发电机组控制器提取泵速和相关远程数据。 每个控制器使用完全独立的网关通过 /TCP 从无线传感器接收数据。 groov EPIC 控制器使用两种内置开放技术将数据发布到数据中心的服务器：来自 的 Node-RED 编程工具和来自 Link 的 MQTT 发布订阅通信协议。 由于控制器通过每辆拖车上的无线互联网协议设备连接到蜂窝广域网，因此现场技术人员还可以通过平板电脑连接到网络进行远程操作。 以上描述的只是边缘可编程工业控制器的SCADA应用场景。

OPTO 22对开源软件的工业应用持积极态度。 他们的立场用他们在接受采访时的话说：“我们是巨大的支持者，我们拥抱它。无论是SCADA、过程控制还是离散应用，开源软件提供的解决方案类型都给我们带来了很大的灵活性。” 在groov EPIC中，使用带有RTR扩展的Linux操作系统（一个开源数据库）、Jedi Web服务器、Node Red、MQTT和B。 所有这些都是开源的并内置于 EPIC 中，让客户有机会使用 SCADA、物联网或传统自动化应用程序来实现新功能。

OPTO 22的边缘可编程工业控制器groov（见图6）的软件架构分为云端和边缘两层。 上层有OT数据中心，内置SQL、OPC UA、数据库； 在云端，您可以根据需要选择亚马逊的AWS或Cloud。 、IBM 或微软的 Azure。 Edge控制器配备了PAC、Node-RED可编程视觉设备开发工具、美国公司基于互联网的工业自动化软件，以及Edge、OPC UA、MQTT/、OPTO 22自主开发的groov view和groov，以及就是ssh（密码网络协议，旨在为不安全的网络提供安全的操作服务）。 在一个集成开发环境中集成如此多的外包或开源软件能够顺利运行，得益于Linux的开放环境和多核硬件架构。

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图6 OPTO 22的软件架构

（来源：OPTO 22网站）

工业自动化开源的重要推动者

“软件正在吞噬世界”这句话出自 Mark 几年前写的一篇博客文章。 他指出：基本上所有的投资都流向软件，这正在颠覆传统行业。 从某种程度上来说，整个数字化转型几乎发生在人们能想到的每一个垂直行业，这就是“软件正在吞噬世界”的体现。 但如果你看看软件行业，那些在软件之旅中走得*远的人或组织，他们已经掌握了使用和参与开源和开源社区的艺术。 原因是，即使像微软这样的大公司也无法构建完整的端到端解决方案并快速创新。 只有开源才能解决问题。 因此这些年来大大小小的开源项目及其社区频繁创建，而这些项目往往得到一些知名的开源基金会的支持，比如Linux、Linux、Linux等，这些基金会绝大多数都是这样的。除在特拉华州注册的企业外，均集中在加利福尼亚州。 多年来，基金会发现 70% 的付费会员和 70% 参与基金会项目的提交者都在欧洲。 所以随着时间的推移，该基金会基本上变成了一个欧洲组织。 同时，欧盟和欧洲各国政府有很多不同的策略，考虑到数字主权、公民隐私、道德AI等，因此欧洲创建优秀的开源基础并获得国际影响力和声誉是必然的。 这也是该基金会这个国际非营利组织将其合法注册地从美国转移到比利时的原因。 下面重点介绍工业自动化开源软件的几个重要推动者，例如Linux基金会和基金会。

01

Linux基金会

它对IT软件的走向有着巨大的影响。 它资金雄厚，年收入数十亿美元，增长非常迅速，并为开源软件项目的开发人员提供了巨大的资源。 它为开发人员提供了一个中立、值得信赖的中心，用于编码、管理和扩展开放技术项目。 据称，Linux基金会已经接管了近200个大型开源项目，这些项目拥有惊人的开发资源，同时还服务于750个开源项目社区。 这些项目拥有如此多的影响力和资源，从本质上来说，Linux 基金会正在挑选这个领域的赢家和输家。 但对于自动化行业来说，组织是由IT管理的，因此他们为这些软件开发人员和团队提供了很多功能。 他们希望在 NFD（网络功能虚拟化）之上放置一个重型计算层，并将这些功能保留在软件中。

图7 Linux基金会服务750个开源项目

（来源：Linux基金会2021年年度报告）

Linux基金会强调中立性和中立治理的重要性，采用开放的治理模式，鼓励其他组织参与，在“参与和为项目做出贡献的人为项目社区做出决定”的政策下（“do-” ）和贡献。 在 2021 年年度报告中，基金会继续履行其承诺，推出新的和推进现有的包容性、种族正义和多样性计划，为代表性不足和边缘化社区带来积极的变化。 构建多元化、包容性的社区，让不同社会阶层、不同文化、不同国家、不同肤色的独特想法和贡献能够呈现给社区； 通过允许来自不同背景的个人注入新的创新想法来进步 一个包容和欢迎所有人的生态系统。

Linux 基金会还支持开放硬件多样性联盟，这是一个 RISC-V 孵化项目，其使命是将开放硬件社区聚集在一起。

Linux 被认为是现代控制系统和物联网设备*常见的操作系统。 采用开放的操作系统，用户可以使用经典的-3库和集成的开源包，也可以直接使用C/C++编程来实现控制任务。 得益于开源概念，现成的单独程序和源代码现在几乎可以用于任何任务或功能。 通过Linux 社区，程序、库和源代码不断得到进一步开发，并以新变体形式在可免费访问的存储库（例如在平台上）中提供。 开源社区有助于解决问题，但也希望更多的人参与解决问题。 这是自动化工程师越来越多地重新思考他们的工作的主要原因之一。 通过免费提供源代码，开源程序通常比制造商的专有和封闭软件吸引更多的开发人员。 因此，开源程序的质量和运行稳定性通常高于商业软件。 而这些因素在工业应用中具有决定性的重要性。 对于开发者和公司来说，积极参与社区都是值得的。 如果您觉得对您的工作有帮助，请将发现的问题、扩展报告和反馈发送到您正在使用的开源项目的存储库中，以造福更多的人； 同时，使这些组件更加安全、定期更新并提供更高的质量。

Linux 基金会正在致力于贡献、赞助和管理数十个支持工业物联网和边缘计算等技术的项目。 例如，EdgeX是一个中立的开源项目，为物联网边缘计算和可互操作组件的生态系统提供通用的开放框架，希望能够统一市场并加速企业和工业物联网的作用。 该项目的共同目标是简化和标准化工业物联网边缘计算，同时允许生态系统增加显着的价值。 EdgeX 利用云原生原则，包括微服务和平台独立性，但其架构旨在满足物联网优势的特定需求，包括适应基于 IP 的连接协议，也可用于非基于 IP 的连接协议，适用于广泛分布的计算节点提供安全性和系统管理并扩展到高度受限的设备。 EdgeX经历了快速的改进，从*初的2.5GB内存到128MB内存，适合嵌入传感器和控制设备。

02

基础

它是一家总部位于比利时的国际非营利协会，拥有300多名会员支持，并秉承基金会独特的工作组治理模式、开放式创新流程和社区建设活动。 该基金会*初的项目由IBM于2001年11月创建，并于2004年1月正式成立，旨在促进和支持开源软件协作和创新。 如今，它是 IDE、EE 和 350 多个开源项目的总部，涵盖广泛技术领域（例如物联网、汽车、地理空间、系统工程等）的运行时、工具和框架。 它为个人和组织的全球社区提供了成熟、可扩展、商业友好的开源软件协作和创新环境。 该基金会的董事会包括博世、IBM、SAP 和甲骨文等公司，这表明这些非常认真的公司和行业领导者已经意识到他们需要拥抱开源作为业务战略的关键推动者。 在基金会的众多项目中，有多个与工业制造数字化相关的开源项目，例如基于分布式控制系统的开发平台4diac，需要在其中实现OPC UA客户端和/或服务器端功能。基于 JVM 的项目。 所有工具包括提供工业4.0解决方案的下一代自动化开源平台BaSyx Milo、为MQTT提供客户端无缝集成框架的软件规范以及工业4.0资产管理外壳开发平台软件AAS等。

该基金会的成立是为了服务开源项目和社区。 作为一家独立的非营利公司，基金会和治理模式确保没有任何实体能够控制社区的战略、策略或运营。 该基金会正在与其研究和工业合作伙伴一起推动成立一个专注于开放式工业自动化的工作组。 目标是将工业级开源软件带入车间，通过提供可靠的开源技术，满足工业和中小企业迈向数字化工厂的需求。 发展需要。 该工作组为创新公司提供了一个机会：分担开发可靠开源软件的精力和成本； 根据自己的需求积极塑造软件开发，以避免供应商锁定的专有解决方案并加快上市时间。 这是基于该基金会的共识，即“封闭且专有的系统限制了工业自动化的发展”。 自上世纪计算机首次进入车间以来，工业自动化中使用的基本概念和计算范例并没有太大变化。 大多数创新仅限于特定供应商专有的生态系统。 随着互联网和随之而来的数字经济的出现，供应链和市场确实发生了变化。 然而，工业自动化并未充分发挥其潜力。 在封闭和专有环境中使用的过时计算概念限制了新的生产能力和商业模式，而这些能力和商业模式只能在开放和高度互连的系统中实现。 显然，只有那些首先克服这些障碍的公司才能获得竞争优势，而这来自于易于理解、网络化和适应性强的开源开发流程所带来的灵活性。

该基金会的开放工业自动化工作组（Open Group）提供了一个供应商中立的治理结构，允许组织自由协作开发新技术。 其核心原则有助于确保开发一个可靠、开放的平台，可以自由使用、调整和重新分发，并与用户需求和战略目标保持同步。 该工作组还明确关注开源、解决实际问题并在生产环境中可靠运行的代码。 除了为开源工业自动化软件提供治理和基础设施外，该工作组还支持开放环境和功能中的现有标准和互操作性：

1）兼容性：生态系统将有能力扩展以支持现有和即将推出的标准和技术，例如新的通信标准或数据格式。 该工作组欢迎希望使其标准或产品与我们的生态系统兼容的组织。

2）集成：工作组提供的技术获得 2.0许可，将形成一个提供基础技术和解决方案的开放平台。 商业或开源产品可以构建在该平台之上。

3）标准化：工作组致力于标准化所提供技术的核心要素。 一个重要的例子是 BaSyx 项目 Asset Shell，该项目目前在德国行业协会之间实现标准化，可以为工作组的互操作性提供支柱。

4) 实践：工作组将收集参考解决方案并提供用于实施下一代生产环境的教育材料。

03

微软的贡献

微软已经成为开源软件扩散的重要因素。 过去，微软并不热衷于开源。 它甚至在十多年前、二十多年前就将开源视为祸害和“共产主义”（微软时任CEO史蒂夫曾在声明中这么说过），但现在却一直在宣扬。 Linux 已被放置在 Azure 上，并加入了开放发明网络 (Open)，这是一个帮助保护 Linux 免受专利诉讼的组织。 此外，微软不仅向开源网站贡献了2000多个项目，如Net Core、VS Code等，还收购了一个流行的数字蜂巢，用于开源代码共享和协作。

工业自动化开源软件技术堆栈

主流开源项目的简要说明

开源软件已成为工业自动化软件和企业IT软件的信任技术来源。 尤其是在实现行业4.0和智能制造至关重要的软件要求方面（例如数据聚合，安全性，设备管理，事件管理和数据分析以及数字双胞胎管理等），如何在实施解决方案的过程非常有必要注意并参与开源项目。

一般而言，开源软件技术堆栈包括基本软件，可以嵌入其他软件项目中的代码库以及各种应用程序软件。

开源基本软件主要是指开源操作系统。 Linux首当其冲，因为现代控制系统和大多数边缘计算设备选择Linux作为开源操作系统。 RT-Linux需要在Linux顶部进行实时扩展或实时补丁。 当前主流的实时扩展和实时补丁包括-RT，OSADL（开源自动化开发实验室）等等。

有许多开源项目提供的技术特别适合行业4.0应用程序。 物联网工作组有28个针对一般物联网解决方案的项目，其中一些适用于行业4.0。 还有一些开源社区，例如软件基金会和Linux基金会，它们还具有与行业4.0相关的技术。

以下列表列出了可以在行业4.0和智能制造解决方案中用于读者参考的潜在开源技术（见图8）。

图8与行业4.0和智能制造有关的开源项目

（来源：物联网工作组）

(1)

开放标准

行业4.0的开放标准允许解决方案可互操作，模块化和供应商无关。 不同的开源项目支持以下相关标准：

OPC UA- MILO是OPC UA的完整实现。 它用Java编写，并为客户端和服务器提供标准实现。 （）是OPC UA的C堆栈实现，它是OPC UA（MPL）。 OPC基金会还提供了在GPL下为非会员许可的OPC UA的Java实施。

MQTT/ - PAHO，并提供MQTT消息原型的客户端和经纪实现。 使用C语言实现MQTT服务器，PAHO使用多种语言实现MQTT客户端，包括C，C ++，Java等。 MQTT基础架构中的应用，传感器，设备和网关。 实际上，MQTT只是一种传输层协议和具有语义内容的规范。 Tahu项目是该规范的实施。 为网络网关或本机MQTT启用的终端设备和MQTT应用程序如何在MQTT基础架构中进行双向通信提供开放和免费的规范。 MQTT/B在工业应用中的优势主要反映在：

1）互操作性：B规范通过定义标准的客户角色和数据接口解决了针对工业应用的MQTT实现的可能不一致之处。 来自不同供应商的MQTT客户端可以识别，解释和使用已发布的数据，而无需了解原始客户端的详细信息。 即使以前拥有的自动化网络和设备也可以利用。

2）统一名称空间：通过企业跨企业的统一名称空间来满足数字转换中互操作性的关键需求，该命名空间定义了所有业务数据的通用数据源。 MQTT设备及其应用程序共同形成数据端点MQTT代理； 在由PLC> SCADA> MES> ERP组成的多层结构中，每个操作数据的每个级别都有其自己的特定模式和数据结构。 可以看出，企业客户可以通过代理使用现场中的数据，提供共同的交换格式和统一上下文。 结果是可以将数据发布回网络以进行检测，解释和处理的数据（请参见图9）。

3）增强的数据完整性：数据完整性和一致性也得到了提高，并结合了可靠性。 通过执行*后的请求和意志机制，在未刷新相关数据时通知所有订户，并且数据的重新发生证明将知道何时再次刷新数据。 对于需要历史数据进行审核或根本原因分析的规范行业的应用，存储和前进的历史数据可以保护面对网络或客户不稳定的关键数据丢失。

4）减少管理：增强状态管理和互操作性的组合通过减少集成每个节点和设备所需的管理间接费用为网络可伸缩性提供了额外的贡献。 集成工业数据的传统方法需要应用程序之间的耗时标签/可变转换。 但是，在数据生成证明机制的帮助下，该过程已被多个数量级加速。 订户（尤其是主应用程序）可以使用数据生成证书中发布的信息立即映射可用主题。 每个客户端在连接网络或更新其主题结构时需要数据生成证明，因此可以自动发现标签层次结构。

图9使用统一的命名空间可实现来自组织内不同领域或类别的数据共享的互操作性。

（来源：Opto 22网站）

PPMP-生产绩效管理协议（PPMP）是一种有效载荷规范，用于获取生产设施性能分析所需的数据。 Unide是一个符合PPMP规范的开源项目，并为PPMP提供了SDK软件开发套件

- 这是一个服务层标准，它定义了可以通过应用程序，网关和设备共享的常见业务功能。 行业领域中支持行业领域的工作项目（工作项）定义了资源结构的使用来满足行业需求。 还定义了与OSGI，DDS，OPC UA和DDS等标准的互操作性，允许将工业数据统一汇总并提供给应用程序。 OM2M提供了IN（基础架构节点平台），MN（中间节点 - 门户），ASN（ node-）和IPE（Inter-Work Agent ）的实现，可用于异构协议的互连。

物联网网关 - 库拉提供了一种便携式Java/Osgi Edge 框架 - 用于构建可以部署到行业4.0解决方案的IoT网关。 KURA支持多个现场总线协议，例如OPC UA，S7，并简化了与PLC和传感器相互作用所需的步骤。 用于蓝牙2.1，BLE自动化软件开发，GPS，串行通信和GPIO/SPI/I2C的Java API与一组用于传感器和终端设备集成的解开包装的特征相互作用。 Kura还具有称为电线的工具和可视化的数据过程编译。 通过简单地从面板中选择组件并将它们连接在一起，电线允许在边缘定义数据收集和处理管道。 通过轻松使用Web UI，防火墙和网络管理功能的分布，与完整的SQL数据库集成，并使用已构建的-In IoT IOT云平台的支持来同步 Multi -Cloud连接。

(2)

PLC开发

4DIAC是一个开源项目，可促进分布式工业过程测量和控制系统（IPMC）的进一步发展，并从原始贡献者那里分发了研究结果。 从一开始，它提供了编写和执行分布式IPMC所需的开发工具和运行时，并将OPC UA和MQTT集成到控制系统中以促进系统连接。 4DIAC已成为研发的主要来源之一。 它已成功应用于多个工业系统，包括制造系统，物流，电力和能源应用，机器人和建筑自动化。

(3)

信息安全

»签名代码

KURA支持将签名代码远程部署到物联网的污染中。 这样可以确保完整性并确保在工厂层中的代码部署来源。

»设备认证

它是LWM2M设备管理协议的实现。 LWM2M支持设备认证和授权。

“访问控制

KETI提供了可以保护静态（静止）API的访问控制服务，以便只有授权方才能操纵敏感信息或数据。

(4)

设备管理

»设备管理和配置

OMA LWM2M-灯重量M2M（LWM2M）是OMA的设备管理协议。 它是LWM2M Java实现，即C实施。

Kapua是一个用于物联网设备和智能传感器的模块化集成平台。 它着重于提供边际物联网节点的全面管理，包括它们的连接，配置和应用程序以继续改进（CLE）。 Kapua设备管理提供了反映设备配置，更新设备应用程序，固件和遥控设备的能力。

“软件更新

提供一个后端框架，以将滚动软件更新为约束的边缘设备，以及连接到基于IP的网络基础结构的功能更强大的控制器和网关。

(5)

事件管理和数据分析

“事件管理

Hono提供了远程服务接口，可以将大量的物联网设备连接到后端，并以统一的方式与它们进行交互，而无需考虑设备通信协议。 HONO提供可扩展且安全的传感器数据收集，并将数据转换为一致的事件，这些事件可以集成到企业IT系统中。

Kapua提供了一个模块化的物联网平台，用于管理和集成的物联网数据和事件。 Kapua通过消息路由服务和REST API实现了IT集成更容易的IT集成。 这提供了一组一致性API，以支持OT和IT集成。

.x提供了一个事件处理框架来处理大量并发事件，这是物联网系统的典型功能。 vest.x建立在Java虚拟机上，但支持许多语言，例如Ruby，Scala和Java。

Spark是一个快速且一般的数据处理框架，它对物联网系统具有很高的可扩展性。 在Spark上运行的应用可以用Java，Scala和R编写。

“数据存储

通过使用由普通硬件构建的计算机群集，可以实现大量数据的分布式和可扩展的存储。

HDF是家庭中支持任何形式数据高度（包括结构化和非结构化数据）的高度。 它是高度多余的。 它非常适合大规模批处理存储。

Kudu是家庭中的另一个存储组件，可优化快速分析和存储快速数据。 这使其非常适合在OT或IT环境中存储和分析IoT数据。 它本质上是圆柱形的，具有固有的分布式和可扩展性，可以很好地处理关系数据库模式，包括频繁的更新。

HBASE是基于HDFS的组件，具有其他NOSQL存储功能。 像HDF一样，它可以存储结构化和非结构化数据，适用于高速读取和写作。

“数据管理

Kapua提供了一个微服务来存储和管理来自行业4.0应用程序的数据。 Kapua提供一致的API，允许跨应用程序进行数据分析并整合现有的企业IT系统。 Kapua的默认数据存储可以使用其他NOSQL和SQL数据存储。

(6)

数字孪生

同上是创建和管理数字双胞胎的框架。 同上公开显示可用于与设备交互的统一资源的API，并且该设备是从不同类型的设备类型及其连接的复杂性中抽象的。 这有助于将设备整理到不同的功能中，并可以根据正式设备元模型（Vorto）有选择地实现数据类型分类和数据验证。

Kura在REST和JAVA中提供开放的API，以及基于MQTT的通信层，可以使用此层与现场设备和资产进行交互。 Kura驱动程序提供了一个硬件抽象层，该层降低了设备交互的复杂性，并简化了连接到网关的设备的通信。 Kura显示了连接到网关的每个设备的MQTT和REST API，允许阅读和写作操作以及需要按需执行的远程读取和写作操作，并为这些设备提供数字双接口。

(7)

行业4.0解决方案开发平台

Basyx项目是德国研究项目BASYS 4.0的开源结果。 为了加速行业4.0解决方案的开发，下一个代理自动化开源平台提供了一般行业4.0组件和可扩展的软件开发工具包（SDK）。 BASYX平台着重于解决各种挑战，例如可变生产，实现个性化业务产品，使用大数据分析，连接异构设备和系统，以及*小化关闭时间和其他相关成本。 Basyx在工业4.0生产体系结构中实现了下面的几种核心技术：

1）实现制造机械设备/车间之间的交叉网络和交叉协议的点 - 点通信，即虚拟自动化总线的实现。 当今研讨会中典型的工业通信基础设施没有所需的灵活性，互操作性和抽象。 只能使用虚拟自动化总线和标准接口来支持OPC UAS，并且还支持大量的ON -Site Bus和 。

2）资产管理外壳是德国工业标准化标准化的概念。 这些资产可以是物理资产或非物理资产（例如软件，技术文档）。 它的核心思想是，生产过程中的每个资产，例如机器，生产线，工人或产品，都有一个管理外壳，其中包含和/或所有指向资产的数字信息以及资产。 AA被组织为子模型。 这些子模型包括界面和状态，特定资产中的实际时间数据和服务。 子模型的一些示例包括资产的几何属性，由资产组成的资产的拓扑（例如生产线）以及资产实施物理过程的公式和/或信息模型以及用户文档。 简而言之，资产管理外壳是资产的数字代表，即他们的数字双胞胎。 Basyx提供了分布式资产管理外壳的开源实现。 这意味着AA提供的信息可以留在网络中的不同位置； 例如，不同的子模型可能具有不同的位置，或者可以在特殊服务器上放置大量多个AA的历史数据。

3）控制组件以实现设备的统一服务接口。 它们与生产过程分开，可以通过运行时环境实现。

如图

结论

开源软件及其社区为工业企业的数字化转型提供了开放创新和公开合作的强大手段。 从这个意义上讲，只有通过掌握开源艺术，它在数字转换过程中才能更具动态和有效，并且可能是连续的。 数字化基本上意味着企业的生产，管理，运营和服务等所有链接均应具有协调且相互联系的数字表达和操作。 因此，企业必须是一个以软件为中心的组织。 开源几乎是关键手段。 数字化转型需要由开源驱动，开源驱动程序确保企业可以实施开放的创新和开放协作合作。

评估开源技术有两个主要选择。 首先，访问相关网站，例如获取工具包和查看相关开源技术的评级； 其次，在采用和集成开源技术时与供应商合作。 如果选择第二种方法，则应检查供应商以评估其对所使用的开源技术的支持。 使用特定的开源软件时，请注意人们遇到和解决的问题。 例如，关于用户如何选择以及在论坛和博客上的工作方式有很多文章。 这是一个很好的信息来源。 此外，登录开源社区的网站并参与其中，找出哪些开源工具包*成功，并且已经获得了持续的支持。 在社区论坛上或*后一次建造上找到*后一个事件，以了解该组织的生活及其对软件包的支持。

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