exOS是啥？exOS的應(yīng)用場(chǎng)景分析

制造企業(yè)需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝的架構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化復(fù)雜工作，以提高工程開(kāi)發(fā)效率，exOS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。

數(shù)字化，在于借助數(shù)字設(shè)計(jì)、分析、運(yùn)營(yíng)工具來(lái)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(wèn)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)。

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)。但 是， 長(zhǎng) 久 以 來(lái)， 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(kāi) 發(fā) 方 面，OT 通 常 開(kāi) 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(lái)“簡(jiǎn)化”這些復(fù)雜工作，以提高工程開(kāi)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(wèn)題，就是創(chuàng)新的源動(dòng)力。作為開(kāi)放自動(dòng)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(wèn)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(qiáng)為跨界操作系統(tǒng)，它是一個(gè)旨在將 IT 與 OT 世界連接的技術(shù)，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。

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(kāi)發(fā)。

▎圖 2 ：exOS 設(shè)計(jì)為連接 IT 與 OT 間搭建橋梁。

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?？傊琫xOS 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)。

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(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(guò)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(kāi)發(fā)的工程師只需將開(kāi)發(fā)的 Linux 應(yīng)用程序作為 exOS 的軟件包導(dǎo)入 Automation Studo，并通過(guò)Automation Studio 對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理。Linux 的開(kāi)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(lái)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器，使得服務(wù)人員快速診斷問(wèn)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(lái)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(kāi)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(gè)生態(tài)中的資源為工業(yè)所用，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)性。

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

貝 加 萊 的 工 業(yè) PC， 無(wú) 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。

▎圖4：exOS可以運(yùn)行在貝加萊的 APC 或 Panel PC 上。

exOS 的應(yīng)用場(chǎng)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(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。

02

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(guò) 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(wú)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(guò)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。

審核編輯：劉清