exOS构筑桥梁-IT与OT必然融合

exOS，贝加莱最新推出的Enhanced Cross-over Operting System-增强跨界操作系统，它是一个旨在将IT与OT世界连接的技术。

　　它为机器制造商提供了更为广泛的创新设计可能性。

　　数字化，在于借助数字设计、分析、运营工具来深挖生产中的潜能，以提升品质、成本和交付能力。市场的需求、技术的推动、企业自身的创新内驱力，使得对于用于解决分析、优化、策略问题的计算任务更为强烈的需求。并且，这些任务必须有效的与现场控制任务紧密结合，形成一个更大的闭环。贝加莱敏锐感知这种需求，并在多年前开始着手研发一个跨越IT和OT世界连接的技术。

　　控制与计算融合的需求普遍存在

　　在电子及半导体、光伏、锂电、制药、热处理等众多的装备领域，即使不考虑今天所谓的“数字化转型”的趋势，这些领域对于数据的需求也是早就大量存在的。

　　大量的计算类软件需要运行在IT系统上，例如，对于产品设计与工程验证的平台而言，今天，不仅这些软件需要仿真，同时也要与运行时（Runtime）软件之间的交互，就像MATLAB/Simulink与控制系统平台之间的交互。生产的运营分析软件需为品质与生产的改善提供数据报表支持，并且，能够下发改善指令给OT的实时控制系统。而工艺分析师则从这些数据挖掘最优的参数组合，能够实时的下发给控制系统。人们同样希望AI能够在大量的数据中寻找提升质量、降低成本、参数优化方面的能力—并学习隐藏在技师大脑中的经验，将其显性化，并用于知识的复用。

　　这些 “边缘计算”的任务通常需要借助OT的采样、传输，再经由IT软件的分析、优化，然后再经由OT执行，形成大的闭环。

 

图1-IT与OT系统的融合是一种迫切的需求

　　但是，长久以来，在IT与OT世界之间有着较大的差异，首先，为了获得通信的实时性和确定性，工业通常采用了轮询或令牌机制如POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP等，而IT网络则采用了“尽力而为”的设计思想。在操作系统方面，工业任务基于“等时同步”的设计，而采用了实时操作系统（RTOS），而IT系统则基于抢占式多任务的通用操作系统如Windows。在应用程序开发方面，OT通常开发基于IEC61131-3,或者C/C++这样的控制任务。但是，对于很多IT系统，Java、Python、Docker则更好的发挥优势，在商业世界里积累的代码、算法、软件，是丰富的可用资源，如同金矿一样有待挖掘，为产业所用。

　　这些差异导致了IT与OT之间产生的融合壁垒，并非不能连接。但是，它导致了非常多的额外工作，例如为系统所增加的额外硬件转换和软件接口的工程量。因此，需要一个标准封装的架构来“简化”这些复杂工作，以提高工程开发效率，使得IT世界丰富的计算资源和OT世界的控制之间形成协同，以满足数字化转型的需求。

　　exOS-消除障碍，推进协作

　　解决产业问题，就是创新的源动力，贝加莱，作为开放自动化技术的引领者，一直致力于IT技术引入OT领域，解决用户的问题。而exOS-就是为此寻找的解决方案。

 

图2-exO设计为连接IT与OT间搭建桥梁

　　exOS要解决在周期性、确定性的OT任务和互操作性、事件驱动的IT任务之间寻求连接的桥梁，如图2所示，左侧为OT中的确定性与周期性任务，右侧为IT的互操作与事件驱动型任务，它可以基于Python、Java、Docker、云端任务开发。

　　exOS-一个中间自适应接口

　　exOS是一个跨界的操作系统，它为基于Linux的平台软件，与基于贝加莱RTOS(即，贝加莱的Automation Runtime) 之间实现高效项目管理、数据动态交互、代码下载与安装、配置、应用同步、诊断与维护，提供了一个可以被理解为“中间自适应接口”。中间是指它的桥梁作用，而自适应是一种“化繁为简”的能力，接口，代表着标准与规范。总之，exOS要把IT和OT连接工作简化到一个盒子中，让用户不用顾虑连接之烦，而只关注各自的任务。

 

图3-exOS的作用在于中间自适应接口

　　exOS为Linux程序和贝加莱RTOS上的应用程序提供了集成功能，它使得两者可以在各自的环境对称运行，并进行数据交互。exOS包括了一个用户友好的API，用于高性能数据交换，该API可确保过程数据在控制器的操作系统和Linux之间轻松、缓冲通信，且始终保持在mS范围内。

　　习惯于在Linux环境开发的工程师只需将开发的Linux应用程序作为exOS的软件包导入Automation Studo，并通过Automation Studio对项目进行管理。Linux的开发环境软件例如Visual Studio、Eclipse。

　　对于机器的远程维护而言，exOS平台也提供了IT世界通用的远程桌面技术来访问现场机器，使得服务人员快速诊断问题，贝加莱为用户提供了Linux程序和控制器操作系统中所有错误消息记录。

　　exOS价值-广泛的生态资源享用

　　exOS的意义在于让传统的自动化从控制扩展到计算世界，并借助于计算世界的丰富资源来为我所用，如图，Linux的生态系统丰富且多样的资源就像金矿一般，像Java、Phython、SQL、C#、Docker等工具，可以应用于开发各种数据分析与智能应用程序，他们有大量可用的代码、算法，以及热情的全球海量程序员资源。如图4所示，它将Linux这个生态中的资源为工业所用，带来巨大的经济性。

 

图4-Linux社区还有很多软件，他们可以被直接与Automation Studio来协同。

　　仅需一台工业PC或平板

　　运行exOS，机器制造商只需要一台贝加莱的Automation PC或Panel PC。“Automation Runtime和Linux在同一设备上运行，一起执行Linux应用程序与循环控制应用程序。

 

图5-exOS可以运行在贝加莱的APC或Panel PC上

　　贝加莱的工业PC，无论是以机架形式存在的Automation PC还是以工业平板形式存在的Panel PC，均支持Hypervisor技术，它可以将多核处理器用于运行Linux或Windows，以及RTOS-Automation Runtime。在软件上，exOS作为两个操作系统间的中间接口，为其进行系统配置、交互与运行。

　　exOS的场景分析

• 应用示例1：塑料工业中的数据软件MongoDB

　　生产数据必须存储在数据库中以进行质量控制。例如，运行在Linux中的MongoDB。另一方面，机器控制软件则运行在Automation Runtime中。exOS可以将两者结合到Panel PC 910上的虚拟机管理程序配置中。exOS实现的高效维护有助于最大程度地减少硬件更换后的停机时间。

 

图6-运行在Panel PC上的MongoDB和机器控制任务

• 应用示例2：喷漆室的机器学习应用于维护

　　机器学习（ML）可用于优化维护。Tensorflow ML模型运行在Automation PC 2200上的Linux中。它通过exOS接口接收专用的X20 PLC中的数据。exOS不仅使集成变得快速，而且使连接变得轻松。

 

图7-机器学习系统与实时运行系统通过exOS交互

• 应用示例3：无人驾驶输送系统

　　自主输送系统是基于机器人平台。动态路径规划是在Linux下的ROS中执行，而运动控制任务则是在Automation Runtime中进行处理。通过exOS，两者可以在虚拟机管理程序配置中完美同步，并且被加载到Automation PC mobile 3100上。其控制架构如图8所示。

 

图8-路径规划与实时控制融合

　　跨界创新-善假于物也

　　《荀子.劝学》中说“君子生非异也，善假于物也”。贝加莱通过一个exOS，搭建了IT与OT连接的桥梁。在今天，机器的智能开发中，越来越多的场景如机器视觉的缺陷分析、参数寻优、预测性维护、仿真分析等软件，以及数据呈现应用、三维、AR/VR的任务都会让机器更加强大。贝加莱，巧妙的构建了一个连接，让一切变得高效且经济。

　　目前，在贝加莱Automation Studio新的4.10后已经发布了exOS的支持。

　　9月26-30日，中国工业博览会将在上海国家会展中心举办，请大家访问贝加莱展台，了解更多贝加莱前沿技术与解决方案。