UNS - 工业数字化的唯一关键
I4.0 Insight
3分钟
2024年10月10日
声明迄今为止每一个工业数字化项目都不尽完美并非完全错误。在该领域，成功的商业模式需要三个关键因素：实现 可衡量的正投资回报率、标准化以便可扩展复制、以及用模块化应用取代整体系统。实际上，全球尚未有任何工业数字化项目满足这三项标准。
工业领域的技术演变长期以来都是等待突破的过程。然而，自工业4.0时代以来，制造业愈加焦虑，创造了各种术语来证明数字转型已经成为一个成熟且完全成功的市场。
我们为此付出了代价，最明显的表现是在讨论数字化时，用户和供应商双方工程师面露失望之色。我们尝试的路径——OPC UA、云原生解决方案、OLAP和低代码——在工业环境中均被证明不可行，未能满足成功的三大要素。
然而现在，一个新的流行词“UNS/统一命名空间”正在悄然兴起。这一次似乎有所不同——它可能正是实现我们长久以来梦想的“不可能三角”的关键。
统一命名空间平台
UMH的Jeremy首次详细定义了UNS技术架构。他创建了一张图表，揭示了实现UNS的最佳实践。
来自UMH博客 - 将统一命名空间集成到您的企业架构中
本质上，UNS作为一个数据管道，转换各种协议为MQTT消息，然后将这些消息发送到MQTT代理，以供各种应用程序实时消费，同时存储在现代数据库中以便于历史分析。基于UNS架构构建的应用程序自然是事件驱动的，消除了在设计中对未更改标签值的重复轮询的需要。流经系统的数据本质上包括关键事件信息，如关机、启动和订单，使开发人员能够在实现更多功能的同时聚焦于更少的事情。
具体而言，由于技术组件的碎片化，整个UNS堆栈包含许多复杂的细节。这一复杂性的很大一部分旨在确保数据传输的一致性和完整性。Kafka与MQTT配对，以弥补MQTT在数据持久性和问题追踪方面的局限。此外，NodeRED的有限可扩展性促使UMH采用Benthos来转换某些标准工业协议。
然而，UMH的南向、北向和内部数据接口格式以及处理方法已经高度标准化。可以预见，无论UNS如何发展，基于MQTT和现代时间序列数据库技术的集成和存储层现在都是固定的。这代表了一个我们在其他工业数字化技术堆栈中未曾见过的标准化水平。
双重自动化
现代应用程序，特别是网络应用程序，通常由后端（数据和服务）和前端（HMI，UI/UX）组成。
工业应用程序的后端需求通常可以分为两类：
业务自动化
这包括诸如批记录、班次交接和检查等应用程序。这些应用处理和管理低频率的关系数据，以确保事件和交易遵循设计的工作流程。在这些情况下，人类是主要的操作员。
过程自动化
这包括像SCADA、APC和RTO这样的应用程序，它们分析高频率的时间序列数据，并使用时间序列处理来优化工业过程。在这里，操作员是执行器和程序，而不是人。
这两种后端自动化需求可以通过基于UNS的事件驱动架构同时解决。由于工业应用通常不需要每秒数十亿的TPS（每秒事务数）或处理像闪购这样的高并发场景，因此以MQTT为中心的数据分发系统能够有效管理关系数据和时间序列数据的需求。
相反，前端需求无法标准化，甚至无法分类。随着网络技术的崛起，工业人机界面（HMI）和人机交互（HCI）的灵活性大幅提升。复杂的图标、历史趋势分析、动态渲染、Web3D和XR现在都触手可及。这一点在前端技术生态系统的每月迭代中也显而易见。
从前端的角度来看，工业应用应在多样性中蓬勃发展，并保持最大的灵活性。或者应该有工业应用能够迅速适应不断变化的技术趋势和用户需求。实现这一点很简单：利用IT技术，如React、Vue和Node.js就足够了。但是，具体技术的选择应该留给开发人员，因为对前端的任何僵化定义都会施加不必要的限制。
成功的三个组成部分 = 1 + 2 + N
让我们回到工业数字化成功所需的基础要素：投资回报率、标准化和模块化应用。
数字化项目的不明确投资回报率源于工业数字化的范围和边界仍然模糊。许多企业往往犹豫不决，或无法应对诸如控制优化、供应链预测或替代传统MES/ERP系统等艰巨挑战。相反，他们选择一些解决方案，如无纸化操作、即时消息或商业智能仪表板——这些都不是迫切需要的。
数字化应涵盖生产管理和商业运营，渗透这些领域的每个方面，甚至无视先前技术定义的边界。
标准化涉及在技术栈中识别最大的共同分母并建立共识。在工业物联网领域，这个共同分母就是统一命名空间（UNS）。MQTT提供了一种通用模型和工业协议的寻址方法，而不会过于限制。这种方法避免了与OPC UA及其相关标准通常相伴的复杂性和维护挑战。
来自 i-flow
我们可以在OPC UA手册中找到满足我们所有需求的相关标准和功能；然而，缺点是该手册已经超过一千页。你可以想象将这份庞大的文档复制和分享给其他工程师的困难。
模块化应用的主要挑战来自于数字化供应商。我们在追求简化应用开发的过程中，试图发明一种低代码“银弹”来开发工业应用，讽刺的是这反而产生了复杂性和局限性。
例如，Thingworx引入了以Thing为中心的概念、Meshup组件和低代码开发环境，幻想开发者有一天会接受这个“开发平台”。然而，他们忽略了一个简单的事实：与C/C++相比，JAVA + JavaScript已经是一种低代码开发。创建一个低代码平台使开发者放弃现有的编程框架是不现实的；否则，他们就不会被称为开发者，而是Thingworx工程师。
来自PTC官方论坛的一条评论戳穿了这种供应商幻想：
好的技术应该拓宽应用开发者的创造性视野。
基于UNS架构的平台，结合跨越工业企业生命周期的两种自动化，并添加不受限制的应用，构成了成功数字化的模型。
成功的第四要素
网络效应是互联网时代的基本逻辑。开源是实现这一效应在软件领域的最简单途径。我们看到与 UNS 架构对齐的组件，如 NodeRED、TDengine/TimeScale 和 EMQX/HIVE，已经通过开源形成了庞大的工程和开发者社区。这些社区的结合覆盖面可以超过商业软件公司数十年的客户积累。在这些社区网络中，技术组件是供应商中立的，为工程师和用户提供了投资的信心。这正是像 Mindsphere、Predix 和 Thingworx 这样的巨头长久以来所追求却未能实现的目标。
如果你是用户，我们鼓励你在组织内采用 UNS 的开源架构和 1+2+N 的应用开发框架。这种方法可以帮助简化运营，降低成本，并促进你目标的实现。
如果你是工程师，我们邀请你为 UNS 和其他工业开源社区做出贡献。在我们努力促进一个更开放的行业时，你的见解和批评是无价的。加入我们，改变工业技术的格局！
