圖片本文圖片來源 ：貝加萊

　　制造企業(yè)需要一個標(biāo)準(zhǔn)封裝的架構(gòu)來簡化復(fù)雜工作，以提高工程開發(fā)效率，exOS使得IT世界豐富的計算資源和OT世界的控制之間形成協(xié)同，以滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求。

　　數(shù)字化，在于借助數(shù)字設(shè)計、分析、運營工具來深挖生產(chǎn)中的潛能，以提升品質(zhì)、成本和交付能力。市場的需求、技術(shù)的推動、企業(yè)自身的創(chuàng)新內(nèi)驅(qū)力，使得對于用于解決分析、優(yōu)化、策略問題的計算任務(wù)更為強烈的需求。并且，這些任務(wù)必須有效的與現(xiàn)場控制任務(wù)緊密結(jié)合，形成一個更大的閉環(huán)。

　　控制與計算融合的需求普遍存在

　　在電子及半導(dǎo)體、光伏、鋰電、制藥、熱處理等眾多的裝備領(lǐng)域，即使不考慮今天所謂的“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的趨勢，這些領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)的需求也是早就大量存在的。

　　大量的計算類軟件需要運行在 IT 系統(tǒng)上，例如，對于產(chǎn)品設(shè)計與工程驗證的平臺而言，今天，不僅這些軟件需要仿真，同時也要與運行時（Runtime）軟件之間的交互，就像MATLAB/Simulink 與控制系統(tǒng)平臺之間的交互。生產(chǎn)的運營分析軟件需為品質(zhì)與生產(chǎn)的改善提供數(shù)據(jù)報表支持，并且，能夠下發(fā)改善指令給 OT的實時控制系統(tǒng)。而工藝分析師則從這些數(shù)據(jù)挖 掘 最 優(yōu) 的 參 數(shù) 組 合，能夠?qū)崟r的下發(fā)給控制系統(tǒng)。人們同樣希望AI 能夠在大量的數(shù)據(jù)中尋找提升質(zhì)量、降低成本、參數(shù)優(yōu)化方面的能力—并學(xué)習(xí)隱藏在技師大腦中的經(jīng)驗，將其顯性化，并用于知識的復(fù)用。

　　這些 “邊緣計算”的任務(wù)通常需要借助OT 的采樣、傳輸，再經(jīng)由 IT 軟件的分析、優(yōu)化，然后再經(jīng)由 OT 執(zhí)行，形成大的閉環(huán)。但是， 長久以來， 在 IT 與 OT 世界之間有著較大的差異。首先，為了獲得通信的實時性和確定性，工業(yè)通常采用了輪詢或令牌機制如 POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP 等，而 IT 網(wǎng)絡(luò)則采用了“盡力而為”的設(shè)計思想。在操作系統(tǒng)方面，工業(yè)任務(wù)基于“等時同步”的設(shè)計，而采用了實時操作系統(tǒng)（RTOS），而 IT 系統(tǒng)則基于搶占式多任務(wù)的通用操作系統(tǒng)如 Windows。

　　在應(yīng)用程序開發(fā)方面，OT 通常開發(fā)基于IEC61131-3, 或者 C/C++ 這樣的控制任務(wù)。但是，對于很多 IT 系統(tǒng)，Java、Python、Docker 則更好的發(fā)揮優(yōu)勢，在商業(yè)世界里積累的代碼、算法、軟件，是豐富的可用資源，如同金礦一樣有待挖掘，為產(chǎn)業(yè)所用。

　　這些差異導(dǎo)致了 IT 與 OT 之間產(chǎn)生的融合壁壘，并非不能連接。但是，它導(dǎo)致了非常多的額外工作，例如為系統(tǒng)所增加的額外硬件轉(zhuǎn)換和軟件接口的工程量。因此，需要一個標(biāo)準(zhǔn)封裝的架構(gòu)來“簡化”這些復(fù)雜工作，以提高工程開發(fā)效率，使得 IT 世界豐富的計算資源和 OT 世界的控制之間形成協(xié)同，以滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求。

　　exOS- 消除障礙，推進協(xié)作

　　解決產(chǎn)業(yè)問題，就是創(chuàng)新的源動力。作為開放自動化技術(shù)的引領(lǐng)者，貝加萊一直致力于將 IT 技術(shù)引入 OT 領(lǐng)域，解決用戶的問題，而 exOS 就是為此尋找的解決方案。exOS，貝加萊最新推出的 Enhanced Cross-over Operting System- 增強為跨界操作系統(tǒng)，它是一個旨在將 IT 與 OT 世界連接的技術(shù)，為機器制造商提供了更為廣泛的創(chuàng)新設(shè)計可能性。

　　exOS 要解決在周期性、確定性的 OT任務(wù)和互操作性、事件驅(qū)動的 IT 任務(wù)之間尋求連接的橋梁，如圖 2 所示，左側(cè)為 OT 中的確定性與周期性任務(wù)，右側(cè)為 IT 的互操作與事件驅(qū)動型任務(wù)，它可以基于 Python、Java、Docker、云端任務(wù)開發(fā)。

圖 2 ：exOS 設(shè)計為連接 IT 與 OT 間搭建橋梁。

　　exOS- 一個中間自適應(yīng)接口

　　exOS 是一個跨界的操作系統(tǒng)，它為基于 Linux 的平臺軟件， 與基于貝加萊RTOS( 即，貝加萊的 Automation Runtime) 之間實現(xiàn)高效項目管理、數(shù)據(jù)動態(tài)交互、代碼下載與安裝、配置、應(yīng)用同步、診斷與維護，提供了一個可以被理解為“中間自適應(yīng)接口”。中間是指它的橋梁作用，而自適應(yīng)是一種“化繁為簡”的能力，接口，代表著標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。總之，exOS 要把 IT 和 OT 連接工作簡化到一個盒子中，讓用戶不用顧慮連接之煩，而只關(guān)注各自的任務(wù)。

　　exOS 為 Linux 程序和貝加萊 RTOS 上的應(yīng)用程序提供了集成功能，它使得兩者可以在各自的環(huán)境對稱運行，并進行數(shù)據(jù)交互。exOS 包括了一個用戶友好的 API，用于高性能數(shù)據(jù)交換，該 API 可確保過程數(shù)據(jù)在控制器的操作系統(tǒng)和Linux 之間輕松、緩沖通信，且始終保持在 mS 范圍內(nèi)。

　　習(xí)慣于在 Linux 環(huán)境開發(fā)的工程師只需將開發(fā)的 Linux 應(yīng)用程序作為 exOS 的軟件包導(dǎo)入 Automation Studo，并通過Automation Studio 對項目進行管理。Linux 的開發(fā)環(huán)境軟件例如 Visual Studio、Eclipse。

　　對于機器的遠程維護而言，exOS 平臺也提供了 IT 世界通用的遠程桌面技術(shù)來訪問現(xiàn)場機器，使得服務(wù)人員快速診斷問題，貝加萊為用戶提供了 Linux 程序和控制器操作系統(tǒng)中所有錯誤消息記錄。

　　exOS 價值 - 廣泛的生態(tài)資源享用

　　exOS 的意義在于讓傳統(tǒng)的自動化從控制擴展到計算世界，并借助于計算世界的豐富資源來為我所用，Linux的生態(tài)系統(tǒng)豐富且多樣的資源就像金礦一般，像 Java、Phython、SQL、C#、Docker 等工具，可以應(yīng)用于開發(fā)各種數(shù)據(jù)分析與智能應(yīng)用程序，他們有大量可用的代碼、算法，以及熱情的全球海量程序員資源。如圖 3 所示，它將 Linux 這個生態(tài)中的資源為工業(yè)所用，帶來巨大的經(jīng)濟性。

圖 3 ：Linux社區(qū)還有很多軟件，他們可以被直接與Automation Studio 來協(xié)同。

　　僅需一臺工業(yè) PC 或平板

　　運 行 exOS， 機器制造商只需要一臺貝加萊的Automation PC 或 Panel PC。Automation Runtime 和Linux 在同一設(shè)備上運行，一起執(zhí)行 Linux 應(yīng)用程序與循環(huán)控制應(yīng)用程序。

　　貝 加 萊 的 工 業(yè) PC， 無 論 是 以 機 架 形 式 存 在 的Automation PC 還是以工業(yè)平板形式存在的 Panel PC，均支持 Hypervisor 技術(shù)，它可以將多核處理器用于運行Linux 或 Windows，以及 RTOS-Automation Runtime。在軟件上，exOS 作為兩個操作系統(tǒng)間的中間接口，為其進行系統(tǒng)配置、交互與運行。

圖4：exOS可以運行在貝加萊的 APC 或 Panel PC 上。

　　exOS 的應(yīng)用場景分析

　　01 塑料工業(yè)中的數(shù)據(jù)軟件 MongoDB

　　生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須存儲在數(shù)據(jù)庫中以進行質(zhì)量控制。例如，運行在Linux 中的 MongoDB。另一方面，機器控制軟件則運行在 Automation Runtime 中。exOS 可以將兩者結(jié)合到Panel PC 910 上的虛擬機管理程序配置中。exOS 實現(xiàn)的高效維護有助于最大程度地減少硬件更換后的停機時間。

　　02 噴漆室的機器學(xué)習(xí)應(yīng)用于維護

　　機器學(xué)習(xí)（ML）可用于優(yōu)化維護。Tensorflow ML 模型運行在Automation PC 2200 上的 Linux 中。它通過 exOS 接口接收專用的 X20 PLC 中的數(shù)據(jù)。exOS 不僅使集成變得快速，而且使連接變得輕松。

　　03 無人駕駛輸送系統(tǒng)

　　自主輸送系統(tǒng)是基于機器人平臺。動態(tài)路徑規(guī)劃是在 Linux 下的 ROS 中執(zhí)行，而運動控制任務(wù)則是在 Automation Runtime 中進行處理。通過exOS，兩者可以在虛擬機管理程序配置中完美同步，并且被加載到 Automation PC mobile 3100 上。

　　跨界創(chuàng)新 - 善假于物也

　　《荀子 . 勸學(xué)》中說“君子生非異也，善假于物也”。貝加萊通過一個 exOS，搭建了 IT 與 OT 連接的橋梁。在今天，機器的智能開發(fā)中，越來越多的場景如機器視覺的缺陷分析、參數(shù)尋優(yōu)、預(yù)測性維護、仿真分析等軟件，以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)應(yīng)用、三維、AR/VR 的任務(wù)都會讓機器更加強大。目前，在貝加萊 Automation Studio 新的 4.10后已經(jīng)發(fā)布了 exOS 的支持。