加速向第四次工业革命转型——VxWorks鼎力相助

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加速向第四次工业革命转型——VxWorks鼎力相助

- Michel Chabroux

我对各种机器充满兴趣,甚至到了着迷的程度——特别是对那些用来制造机器的机器。我曾经参观过大型铸造厂和造船厂,给我留下了美好的回忆。早在30多年前,我就做为高年级的中学生去一家机械作坊打工。我很喜欢那些用来切割2英寸厚石板的工业切割机,还有用G-code编程的计算机数控机床。不过,我还是把话题拉回来,着力探讨第四次工业革命吧!虽然我不会热衷于历史,但还是要简要概述一下工业发展的旅程——

第一次工业革命是伴随着蒸汽机而发生的,时间是1700年代晚期。由此,让大量的机器得以问世,也伴随着巨大的社会变革。但是我无法说明详情,因为我没有亲身经历那段历史。

第二次工业革命是1800年代晚期由于电力的引入以及其他相关技术的大量应用,导致了生产能力的大幅度提升。不过,那时候我也还没有出生。

第三次工业革命开始于1950年代,其导火索是计算机的应用。同样,那时候我也尚未来到这个世界。

如今,第四次工业革命,也叫做工业4.0,真的让我赶上了!这次工业革命同样也是建立在一定的技术基础之上,但对生产能力的提升作用更加显著。而且更重要的是,这次工业革命以非常大的规模实现了机器与机器之间的互连,其发展节奏更为迅猛。因为具备极高的重要性,以至于一些国家政府(首当其冲的是德国)采取了尤为积极的行动,推动和协调着这次重大转型。

实际上,第四次工业革命就在眼前,今天的世界形势已经表明,工业产业需要获得更大的适应能力。而且,像VxWorks这样的实时操作系统(RTOS)将会在其中发挥诸多重要助力:

助力之一:时间敏感网络(TSN)

第四次工业革命带来了许多变化,为各个领域都引入了大量的技术。而其中首要的一个共同点就是互连性。互连性催生了新的商业模式、功能和服务。然而,各种不同的网络流量在关键性程度上存在着与生俱来的不平等。有些流量相对更重要一些,例如视频和工业机器控制。这就是时间敏感网络(TSN)的用武之地。

简而言之,TSN是一组IEEE协议,定义了形成网络流量的方式,以确保重要的信息不会被丢弃。只要在网络上搜索一下,即可大致了解PTP1588v2、802.1AS、802.1Qbu、802.1Qbv等协议。

我们风河公司关注TSN相关的需求已经有很长一段时间了。早在2017年,VxWorks 7就开始支持TSN。从此以后,我们在各个版本中都不断扩展TSN功能。随着最新版本VxWorks 7(具体来说是SR0640)的推出,我们迈向TSN愿景的速度更加迅速了。我们的目标是提供精确的时间同步并确保延迟范围。

  • 第一,我们扩展了硬件支持(TSN需要硬件的帮助才能进入微秒级水平)。
  • 第二,第二,我们扩展了VxWorks 7支持的协议标准,现在支持IEEE1588v2、802.1AS、802.1Qbv和802.1Qbu。在2020年内还将会支持更多协议。
  • 第三,我们增加了降低抖动和改善ETF排队规则的技术。
  • 其结果就是,TSN配置得到了极大的简化,这是借助于tsnconfig工具来实现的。

您可查阅风河的相关文章,更深入地了解TSN和风河提供的实时操作系统。

助力之二:OPC-UA——机对机通信的一种新型架构

如今,我们应该已经习惯看到各种首字母缩写词。OPC-UA表示Open Platform Communications, Unified Architecture(开放平台通信、统一架构)。基本上,它是一个开放的机对机通信体系架构,并且是最重要的一个,因为——互连性。

随着互连性的延申,集成商的工作将变得更加复杂,因为他们面对着各种不同的供应商。OPC-UA的出现是为了确保不同供应商的部件之间具备互操作性,这些部件使用不同的操作系统,运行在不同的芯片上,从ARM到Intel再到RISC-V。换句话说,OPC-UA是通信粘合剂。

2018年以来,VxWorks 7已经对OPC-UA提供了开箱即用的支持,此后不断增加新的功能。我们持续对此投资,以便提供更多的价值。我们要确保OPC-UA堆栈完全开放,就像是开源社区一样。因此,我们决定与open62541项目的支持团队合作。今年初,我们对这个项目的第一个贡献已经集成到程序库中,增加了对通过OpenSSL 1.1.x进行安全通信的支持。

open62541核心维护者之一Julius Pfrommer表示:“我们很高兴风河成为open62541项目的积极贡献者。因此,我非常高兴地看到,VxWorks 7 SR0640对open62541OPC UA堆栈版本1.0.1提供了开箱即用的支持。这将节省您的时间和金钱,并使您的工作更加轻松自如,因为您可以依赖于得到良好维护的开源堆栈。”

助力之三:Python

人工智能(AI)是第四次工业革命中迅速出现的必备要素之一。人工智能正在改变世界,并推动着智能系统发展。我指的是这样一套系统,它可以更加智能地运行,具备更好的适应能力,可以更好地处理不可预测的情况。风河相信,智能化的系统与平台是非常关键的,由此支持我们的客户能够在其未来市场取得成功。 

Python是许多AI框架的中心。而且,它非常适合边缘应用。边缘是一个部位而不是一件东西,在这里我指的是机电边缘,即在机械层面驱动和控制机器动作的那类设备。换句话说,就是运行实时操作系统的设备,如VxWorks。

2019年10月,我们宣布在VxWorks 7中支持Python 3.8,现在已经推出官方正式版本。从VxWorks 7 SR0640开始,您就获得了内置支持的Python 3.8——实际上远不止于此。为了能够在其中注入足够的人工智能,我们决定提供NumPy——Python科学计算基本包。有了Python和NumPy,满足您的机器学习(ML)需求就易如反掌。

让我们来看一个简单的预测性维护实际应用场景。假定您的VxWorks 7设备有许多各种各样的参数用来表示特定的维护情形。您就可以运用ML(机器学习)来建立预测模型,也可以将宕机时间降至最少。随着设备不断产生数据,您就可以把它们用于训练神经网络,直到让模型达到足够好为止。

网上有许多可用的资源。Towards Data Science就是其中之一。

结语

最新版本的VxWorks 7(SR0640)的推出,这是我们整个团队感到骄傲,包括产品经理、工程师、EPM和测试人员。我鼓励您去试用一下。也欢迎您到Wind River Labs下载SDK,评估使用最版新的VxWorks。