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exOS，貝加萊最新推出的Enhanced Cross-over Operting System-增強(qiáng)跨界操作系統(tǒng)，它是一個(gè)旨在將IT與OT世界連接的技術(shù)。

　　它為機(jī)器制造商提供了更為廣泛的創(chuàng)新設(shè)計(jì)可能性。

　　數(shù)字化，在于借助數(shù)字設(shè)計(jì)、分析、運(yùn)營(yíng)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(chǎng)的需求、技術(shù)的推動(dòng)、企業(yè)自身的創(chuàng)新內(nèi)驅(qū)力，使得對(duì)于用于解決分析、優(yōu)化、策略問題的計(jì)算任務(wù)更為強(qiáng)烈的需求。并且，這些任務(wù)必須有效的與現(xiàn)場(chǎng)控制任務(wù)緊密結(jié)合，形成一個(gè)更大的閉環(huán)。貝加萊敏銳感知這種需求，并在多年前開始著手研發(fā)一個(gè)跨越IT和OT世界連接的技術(shù)。

　　控制與計(jì)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(shì)，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(jì)算類軟件需要運(yùn)行在IT系統(tǒng)上，例如，對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工程驗(yàn)證的平臺(tái)而言，今天，不僅這些軟件需要仿真，同時(shí)也要與運(yùn)行時(shí)（Runtime）軟件之間的交互，就像MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)平臺(tái)之間的交互。生產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)分析軟件需為品質(zhì)與生產(chǎn)的改善提供數(shù)據(jù)報(bào)表支持，并且，能夠下發(fā)改善指令給OT的實(shí)時(shí)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(shí)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(yàn)，將其顯性化，并用于知識(shí)的復(fù)用。

　　這些 “邊緣計(jì)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)。

圖1-IT與OT系統(tǒng)的融合是一種迫切的需求

　　但是，長(zhǎng)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(shí)時(shí)性和確定性，工業(yè)通常采用了輪詢或令牌機(jī)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(jì)思想。在操作系統(tǒng)方面，工業(yè)任務(wù)基于“等時(shí)同步”的設(shè)計(jì)，而采用了實(shí)時(shí)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(duì)于很多IT系統(tǒng)，Java、Python、Docker則更好的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，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(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝的架構(gòu)來“簡(jiǎn)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(jì)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(jìn)協(xié)作

　　解決產(chǎn)業(yè)問題，就是創(chuàng)新的源動(dòng)力，貝加萊，作為開放自動(dòng)化技術(shù)的引領(lǐng)者，一直致力于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。

圖2-exO設(shè)計(jì)為連接IT與OT間搭建橋梁

　　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(dòng)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(dòng)型任務(wù)，它可以基于Python、Java、Docker、云端任務(wù)開發(fā)。

　　exOS-一個(gè)中間自適應(yīng)接口

　　exOS是一個(gè)跨界的操作系統(tǒng)，它為基于Linux的平臺(tái)軟件，與基于貝加萊RTOS(即，貝加萊的Automation Runtime) 之間實(shí)現(xiàn)高效項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互、代碼下載與安裝、配置、應(yīng)用同步、診斷與維護(hù)，提供了一個(gè)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(jiǎn)”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(jiǎn)化到一個(gè)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)。

圖3-exOS的作用在于中間自適應(yīng)接口

　　exOS為L(zhǎng)inux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(duì)稱運(yùn)行，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。exOS包括了一個(gè)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(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理。Linux的開發(fā)環(huán)境軟件例如Visual Studio、Eclipse。

　　對(duì)于機(jī)器的遠(yuǎn)程維護(hù)而言，exOS平臺(tái)也提供了IT世界通用的遠(yuǎn)程桌面技術(shù)來訪問現(xiàn)場(chǎng)機(jī)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(cuò)誤消息記錄。

　　exOS價(jià)值-廣泛的生態(tài)資源享用

　　exOS的意義在于讓傳統(tǒng)的自動(dòng)化從控制擴(kuò)展到計(jì)算世界，并借助于計(jì)算世界的豐富資源來為我所用，如圖，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4所示，它將Linux這個(gè)生態(tài)中的資源為工業(yè)所用，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)性。

圖4-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(tái)工業(yè)PC或平板

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

圖5-exOS可以運(yùn)行在貝加萊的APC或Panel PC上

　　貝加萊的工業(yè)PC，無論是以機(jī)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(yùn)行Linux或Windows，以及RTOS-Automation Runtime。在軟件上，exOS作為兩個(gè)操作系統(tǒng)間的中間接口，為其進(jìn)行系統(tǒng)配置、交互與運(yùn)行。

　　exOS的場(chǎng)景分析

• 應(yīng)用示例1：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(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中以進(jìn)行質(zhì)量控制。例如，運(yùn)行在Linux中的MongoDB。另一方面，機(jī)器控制軟件則運(yùn)行在Automation Runtime中。exOS可以將兩者結(jié)合到Panel PC 910上的虛擬機(jī)管理程序配置中。exOS實(shí)現(xiàn)的高效維護(hù)有助于最大程度地減少硬件更換后的停機(jī)時(shí)間。

圖6-運(yùn)行在Panel PC上的MongoDB和機(jī)器控制任務(wù)

• 應(yīng)用示例2：噴漆室的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于維護(hù)

　　機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）可用于優(yōu)化維護(hù)。Tensorflow ML模型運(yùn)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。

圖7-機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)通過exOS交互

• 應(yīng)用示例3：無人駕駛輸送系統(tǒng)

　　自主輸送系統(tǒng)是基于機(jī)器人平臺(tái)。動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃是在Linux下的ROS中執(zhí)行，而運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)則是在Automation Runtime中進(jìn)行處理。通過exOS，兩者可以在虛擬機(jī)管理程序配置中完美同步，并且被加載到Automation PC mobile 3100上。其控制架構(gòu)如圖8所示。

圖8-路徑規(guī)劃與實(shí)時(shí)控制融合

　　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(gè)exOS，搭建了IT與OT連接的橋梁。在今天，機(jī)器的智能開發(fā)中，越來越多的場(chǎng)景如機(jī)器視覺的缺陷分析、參數(shù)尋優(yōu)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、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(huì)讓機(jī)器更加強(qiáng)大。貝加萊，巧妙的構(gòu)建了一個(gè)連接，讓一切變得高效且經(jīng)濟(jì)。

　　目前，在貝加萊Automation Studio新的4.10后已經(jīng)發(fā)布了exOS的支持。

　　9月26-30日，中國(guó)工業(yè)博覽會(huì)將在上海國(guó)家會(huì)展中心舉辦，請(qǐng)大家訪問貝加萊展臺(tái)，了解更多貝加萊前沿技術(shù)與解決方案。