IT和OT的融合是一個由來已久的難題，早在十幾年前提出的工業化和信息化“兩化融合”本質上就屬于IT和OT的融合。后來，隨著2011年工業4.0的提出，IT和OT的融合成為制造業的關鍵優先事項。

然而，由于IT和OT長期以來一直是相互獨立的，兩者之間有著“天然鴻溝”，融合并非易事。近期，一家專注于OPC數據通信領域20多年的Matrikon公司提出了一個“統一的OT數據層”(Unified OT Data Layer，簡稱UODL)的概念，在IT和OT之間增加這么一個數據層級，從而填補IT和OT的“天然鴻溝”。

那為何要增加一個OT數據層？這樣能帶來哪些好處？如何實現這樣一個OT數據層呢？為此，CONTROL ENGINEERING China獨家采訪了Matrikon公司市場總監Darek Kominek先生。

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數智化轉型的過程是IT和OT融合的過程

數字化智能化轉型，是當前全球制造業共同的發展趨勢。無論是要實現更高的效率、效能，還是要走向可持續、高質量發展，數智化是必經之路。而所謂的數智化就是將新一代IT技術應用到制造企業的設計、生產、管理、銷售及服務各個環節，并基于各個環節產生的數據進行分析與挖掘，控制、監測、預判、優化，這其中就包括現在比較流行的數字孿生、仿真建模、預測性維護、機器學習、人工智能等的應用。

對于制造業來說，最核心的數據當然來自生產環節，而這就是傳統的OT領域。這樣，IT和OT就相遇了，而且需要融合，需要互相交換數據，“數據”也就成了數智化轉型的核心。

“一旦開啟數字化轉型，各個層級的人都希望得到更多的數據，特別是來自車間這一層級的OT數據。”Darek先生表示，IT和OT融合會給企業帶來諸多好處，例如：能夠降低工業成本，優化業務流程，降低過程風險，更快實施開發和集成，以及打通 OT設備和環境設施數據、IT基礎設施數據，實現雙向互用。

但同時，由于IT和OT有著各自的目標、優先事項、技能、指標甚至語言。IT希望數據采集越多越好，速度要快、數據要開放統一，而OT希望連接要安全，要保護好底層數據源避免其被過度訪問，保證穩定生產是首要任務。特別是在技術層面，IT與OT融合最大的困難在于：數據網絡的傳輸接口與標準不統一，IT首先要能夠訪問OT端的數據，而OT的數據往往是不同于IT數據的專有系統的數據，包括各類工業協議的數據、不同軟件接口標準的數據。

正是由于IT和OT存在著這樣的“天然鴻溝”，IT和OT的融合不可能一蹴而就，數智化轉型的過程就是IT和OT不斷融合的過程。

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OPC UA為IT和OT融合開啟了一扇窗

IT和OT融合使得OT數據需要在企業各層級之間進行流動，因此IT和OT之間的互聯、互通、語義互操作成為了必然要求。由于對數據有實時性要求和各個自動化廠商處于商業利益的考量，在工業現場，目前存在著各種各樣的通信協議，有開放的，有封閉的，有標準的，也有專有的，所以互聯互通并不容易，而要做到語義互操作更難。好在一個獨立于制造商的通信技術OPC UA為互聯、互通、語義互操作鋪平了道路，而且隨著OPC UA的發展，目前已經得到絕大部分廠商和用戶的支持。

“當企業需要依靠數據來做決策時，你要確保每個人都可以使用實時或近乎實時的準確數據來做出決策，而不是等待很長時間才能獲得報告，然后試圖弄清楚發生了什么。”Darek先生認為，數據最重要還要具有上下文含義，也就是要有語義，否則，數據將沒有意義。“我們所接觸過的的一些北美石油公司客戶，他們每天都有TB級的流量從海上平臺發送，匯聚成一個數據湖，但這些數據他們無法理解它，實際工作中并不能使用?！?/p>

為了讓數據帶有語義，OPC UA提供了基礎信息模型，包括底層總線傳輸的語義可以參考統一標準進行定義，而垂直行業的信息模型也同樣可以進行協同。在OPC UA的基礎架構中包括內嵌信息模型、行業信息模型與供應商信息模型等幾個層面的信息模型，這些信息模型對不同層級的數據進行了標準封裝，甚至也可以由用戶創建自己的信息模型。

對于安全性， OPC UA的規范、配置文件和認證過程可以讓用戶十分安心，OPC UA使用協議本身而不是附加安全性來保護OPC UA客戶端/服務器通信的安全。

得益于平臺獨立性、強大的安全基礎以及信息模型這些性質，OPC UA因此成為工業4.0最被看好和普遍支持的標準規范，這也為IT和OT的融合開啟了一扇窗。

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統一OT數據層（UODL）

填補IT和OT“天然鴻溝”

借助于OPC UA，從機器到機器間的水平傳輸和從機器到云端的垂直傳輸，數據已經轉變為帶有語義的“信息”，為企業車間、運營、業務及云端分析等各個層級提供了統一的實時源數據。

但隨之而來的是，越來越多的設備中都包含了用于外部訪問的OPC UA服務器，例如 PLC ，邊緣控制器，甚至是傳感器中都可能包含一個OPC UA 的服務器。而一般的OPC UA連接，OPC客戶端需要與每臺OPC服務器建立單獨的連接，這種連接方式會極大將會占用網絡帶寬和前端處理器的算力。即使只有少量的服務器和客戶端，系統架構也會變得非常復雜，當系統中OPC UA設備很多時，這種訪問是異常復雜的，且會極大增加一個客戶端同時連接多個服務器端時的管理成本。使用OPC UA網關等物理設備固然可以對數據進行整合，但這種方案，并不適用于多個OPC UA服務器分處多地的情況，而且還會帶來額外的設備安裝、維護成本。

更為重要的是，各層級都直接訪問源數據，或者將OT數據直接上傳到云端，都是極不安全的做法。

“因此，我們提出，增加一個統一的OT數據層，UODL，以便OT端數據可以以OPC UA開放標準的形式匯聚在一個平臺上，而企業各個層級的人都可以通過訪問這個平臺得到帶有語義的有價值的數據?！盌arek先生介紹說，統一的OT數據層把所有采集到的數據都匯聚到一個公共的地址空間，根據導入MDB中的數據模型，公共地址空間里的數據會被映射到模型中形成一個個數據模型實例，數據的消費者（可以是上方的應用程序，也可以是另一個數據源）從該公共地址空間獲取信息，這樣使得數據對需要它的應用來說更有意義。同時，這也意味著用戶更加不必從上層直接連接到底層數據源。

不僅如此，有了這個UODL，數據的維護升級也將變得更加簡單，用戶可以輕松置換數據源，只需要更新數據模型，使得地址空間的視圖符合更新后的應用程序的要求即可。

Darek先生指出，UODL的構建其實是在IT和OT之間引入了一類稱為DT（數據技術）的技術，讓UODL具備了五個方面的基本功能：第一，要有連接性，能夠與底層數據源對話；第二，要有整合匯聚的能力，能將不同的數據源聯合成一個統一的公共地址空間；第三，要支持賦予和管理數據語義的能力，以便將有意義的數據呈現給各方應用；第四，必須能夠在整個企業范圍內共享信息，促使IT和OT的合作順暢；最后，還可以輕松和云平臺集成。

▲UODL五大基本功能

“UODL搭建了一個安全的、無縫隙的和可持續發展的OT數據架構，使得OT數據在全企業范圍內的可見性大大提升、做到真正可用，一體式地解決了底層數據通信的諸多復雜問題，填補了 IT 和 OT之間的‘天然鴻溝’?！?Darek總結道。

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Matrikon Data Broker：開箱即用的UODL

統一OT數據層（UODL）的提出，為IT和OT融合提供全新的思路。不過， UODL 現在已經不僅僅只是一個概念，對OPC技術有著豐富經驗的Matrikon經過兩年多的研發，推出了一個開箱即用的UODL平臺，Matrikon Data Broker，簡稱MDB。

“MDB從設計開發之初，就把UODL的每一個功能模塊貫徹在MDB的每一個軟件功能當中了?！?Darek先生表示， 這種功能化的設計使得用戶在使用MDB時，可以根據自己項目的需求和發展，來選擇添加和保留的功能模塊，幫助企業用戶解決各個層級會遇到的OT數據難題，實現企業范圍內的OT數據通信。

▲MDB：實現企業全域內數據通信的平臺

首先，由于Matrikon在OPC Classic和OPC UA領域有豐富的經驗和產品，所以MDB具有全面的底層數據連接能力。對于非OPC標準協議的第三方數據，MDB有對應的適配器（MDB Adapters）將這些數據轉為OPC UA從而進入MDB。對于以前的OPC Classic數據，可以通過Matrikon OPC UA Tunneller將第三方OPC DA服務器匯聚到MDB。同時，MDB 還具有多層級數據匯聚功能，可將多個數據源聚合到一個訪問點中。

▲MDB 數據采集與匯聚

其次，是數據意義的增強和數據共享。MDB用戶無需編程即可完成數據建模，使用像VDMA，UMATI， MT Connect，MDIS和其他定制或標準化的UA配套規范可輕松完成數據建模。同時支持數據源到數據源的映射、數據模型到數據模型的映射、數據源到數據模型的映射，豐富的數據源語義給數字孿生，人工智能和機器學習應用程序提供了更好數據基礎。

▲MDB 數據建模

第三，MDB可實現企業全域內跨網絡通信。MDB基于OPC UA規范里的反向連接功能，開發了MDB FireBridge，該功能可以由服務器端發起連接請求，建立與客戶端的連接，這就相當于是從信任區向不信任區建立一個連接，這樣可以快速簡單地搭起跨防火墻和DMZ的OPC UA客戶端-服務器通信，而無需打開防火墻入站端口。

▲MDB FireBridge 跨防火墻通信

最后，MDB可以通過MQTT實現安全可靠的云連接。使用MDB MQTT擴展插件（MDB MQTT Publisher。）發布OPC UA數據，可以與第三方云供應商，比如微軟Azure，AWS, 谷歌云等輕松快速地集成。

▲MDB 與云連接

據Darek先生介紹，目前MDB已經在美國某著名化工企業中得到應用，在不到12周的時間內為該企業將分布全球各地的九個分廠的生產實時數據安全地連接了云上，進行后期的處理和分析。

“IT和OT的融合其實面臨著各種各樣的挑戰，但Matrikon Data Broker可以從技術上幫你克服這些復雜的挑戰，填補兩者之間的‘鴻溝’，從而最大化OT 數據價值。Matrikon的使命是讓未來變得更友好，讓數字化旅程變得更加愉快！” Darek先生最后說道。

審核編輯：彭菁