智能設備開發 ：從數據驅動的(de)FDT 3.0 DTM 開始

最近發布的(de)FDT 3.0規範支持FDT IIoT Server(FITS)平台，該平台旨在助力自動化(huà)供應商推動智能制造的(de)實施。FDT(IEC 62453)允許将設備和(hé)網絡集成到工程工具中去，例如工業控制系統(ICS)和(hé)資産管理(lǐ)系統。FITS的(de)安全性、用(yòng)于信息技術/運營技術(IT/OT)數據訪問的(de)OPC統一架構(UA)服務器和(hé)用(yòng)于移動和(hé)遠(yuǎn)程訪問的(de)Web服務器，允許在整個(gè)制造過程實現統一和(hé)信息驅動的(de)業務模型。FDT智能制造功能的(de)關鍵驅動力始于運行新的(de)FDT 3.0标準的(de)設備類型管理(lǐ)器（DTM）。

　　數據驅動的(de)智能設備解決方案

　　FDT/DTM包含了(le)定義每個(gè)儀器中所有參數和(hé)功能的(de)應用(yòng)軟件，無論是簡單還(hái)是複雜(zá)設備都适用(yòng)。DTM封裝了(le)所有設備特定的(de)數據、功能和(hé)業務規則，例如設備結構、通(tōng)信能力、内部關聯及其人(rén)機界面(HMI)結構。

　　FDT标準包含多(duō)種類型的(de)DTM，例如設備DTM、解釋器DTM、通(tōng)用(yòng)DTM、通(tōng)信DTM和(hé)網關DTM。這(zhè)些DTM支持标準化(huà)的(de)通(tōng)信方式，同時(shí)交換獨立于制造商、設備類型、系統或IT/OT協議(yì)的(de)信息，從小型桌面環境到企業範圍的(de)服務器/雲架構中，均有這(zhè)類應用(yòng)。

　　新發布的(de)FDT 3.0架構在先前版本的(de)基礎上嵌入了(le)OPC UA服務器，目前的(de)DTM可(kě)通(tōng)過OPC UA服務器自動提供設備數據和(hé)健康信息。資産管理(lǐ)現在可(kě)作爲工業物(wù)聯網(IIoT)或工業4.0的(de)一部分(fēn)，部署爲雲服務。這(zhè)種架構使自動化(huà)金字塔變得(de)扁平化(huà)，因此任何需要設備數據的(de)應用(yòng)都可(kě)以通(tōng)過DTM從OPC UA中獲取數據。

　　通(tōng)過轉向微軟.NET Core技術以及用(yòng)戶界面(UI)轉向基于Web的(de)技術，FDT 3.0 DTM獲得(de)進一步發展，從而使資産相關設備信息的(de)呈現實現多(duō)樣化(huà)。Web技術的(de)使用(yòng)，允許基于服務器的(de)分(fēn)布式架構通(tōng)過移動設備和(hé)遠(yuǎn)程訪問解決方案來(lái)增強用(yòng)戶體驗。

　　與基于早期FDT 1.2或FDT 2.0标準的(de)DTM不同，FDT 3.0 DTM采用(yòng)響應式觸摸屏功能，并将其作爲HTML 5.0開發的(de)一部分(fēn)，這(zhè)是平闆電腦(nǎo)和(hé)智能手機必備的(de)功能。這(zhè)确保移動設備界面成爲DTM環境下(xià)不可(kě)或缺的(de)一部分(fēn)。

圖1：FDT DTM接口和(hé)設備專用(yòng)的(de)解決方案。本文圖片來(lái)源：FDT組織

　　使用(yòng)集成開發環境

　　随著(zhe)FDT 3.0标準的(de)推出，FDT組織發布了(le)FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件工具包，以幫助供應商社區(qū)通(tōng)過集成開發環境(IDE)快(kuài)速啓動FDT開發。更新的(de)FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件，有助于最大(dà)限度地減少工程工作量、簡化(huà)DTM認證并縮短上市時(shí)間。

　　當FDT 2.0标準首次引入DTM通(tōng)用(yòng)組件工具包時(shí)，主要目的(de)是提高(gāo)互操作性，并幫助儀器公司加快(kuài)DTM開發活動。這(zhè)一功能在FDT 3.0中得(de)到了(le)加強，同時(shí)利用(yòng)了(le)工具包中嵌入的(de)幾十年公認的(de)行業專業知識。

　　滿足FDT 3.0标準的(de)FDT通(tōng)用(yòng)組件的(de)增強功能，改善了(le)DTM開發人(rén)員(yuán)的(de)易用(yòng)性。增強的(de)工具包功能，将使尋求從競争中脫穎而出的(de)公司受益。這(zhè)些功能旨在讓DTM開發團隊能夠專注于設備功能、Web UI和(hé)其它自定義應用(yòng)程序功能所帶來(lái)的(de)增值參數配置文件。

　　平台的(de)獨立性和(hé)安全性

　　FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件支持的(de)增強FDT功能，包括平台獨立性、高(gāo)級Web UI、自動啓用(yòng)的(de)OPC UA兼容性、自定義圖形參數化(huà)和(hé)嚴格的(de)DTM安全性。

　　由于FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件與平台無關（允許基于FDT的(de)解決方案具有跨平台功能），它們可(kě)用(yòng)于領先的(de)計算(suàn)平台，如Apple、Linux和(hé)微軟Windows。這(zhè)種方法允許用(yòng)戶保留其首選的(de)設備固件制造環境，同時(shí)确保統一的(de)開發方法。此外，現在使用(yòng)Web技術，可(kě)以通(tōng)過分(fēn)離UI與服務器來(lái)創建真正的(de)分(fēn)布式架構。客戶端、服務器和(hé)DTM都是瘦型的(de)，可(kě)以托管在任何平台上。

　　FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件，對(duì)于推動以創建OPC UA信息模型爲中心的(de)開發計劃至關重要。借助這(zhè)些工具，可(kě)以爲DTM自動啓用(yòng)OPC UA——這(zhè)意味著(zhe)不需要額外的(de)編碼或工作。OPC UA的(de)原生集成，使其可(kě)以爲各種目的(de)提供數據。這(zhè)爲最終用(yòng)戶提供一個(gè)開箱即用(yòng)的(de)解決方案，用(yòng)于訪問DTM信息并使其可(kě)用(yòng)于基于雲的(de)應用(yòng)。

　　FDT 3.0标準及其DTM通(tōng)用(yòng)組件，支持安全的(de)DTM部署流程，使開發人(rén)員(yuán)能夠打包和(hé)簽署DTM，并向客戶提供他(tā)們已經過FDT測試和(hé)認證的(de)證書(shū)。更新的(de)安全措施還(hái)提供保證和(hé)篡改證據，因此用(yòng)戶可(kě)以确信其DTM的(de)來(lái)源，并知道其功能未被第三方更篡改。

圖2：DTM用(yòng)戶界面(UI)和(hé)業務邏輯之間的(de)消息以JSON格式編碼。

　　部署智能設備業務模式

　　從業務角度來(lái)看，FDT 3.0标準使自動化(huà)公司能夠部署DTM業務模型，它利用(yòng)了(le)改進的(de)互操作性、原生OPC UA支持、提供定制和(hé)移動訪問功能的(de)現代Web UI、簡化(huà)的(de)DTM認證和(hé)雲存儲庫功能以及更容易的(de)開發者工具等優勢，幫助縮短基于DTM的(de)智能産品的(de)上市時(shí)間。

　　例如，使用(yòng)FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件的(de)公司，會減少DTM開發和(hé)認證的(de)成本和(hé)工作，因爲通(tōng)用(yòng)組件包括成千上萬行預先編寫和(hé)測試的(de)代碼，可(kě)确保DTM基本代碼符合FDT标準。該工具包使DTM開發人(rén)員(yuán)不必親自編寫和(hé)調試大(dà)量代碼。他(tā)們不再需要成爲FDT技術的(de)專家，而是可(kě)以通(tōng)過專注于高(gāo)級功能來(lái)增強他(tā)們的(de)産品。

　　通(tōng)過将FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件與增值參數配置文件相結合，實現其設備的(de)獨特功能和(hé)UI，開發團隊可(kě)以推進定制解決方案，而無需了(le)解FDT規範的(de)所有技術細微差别。FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件幫助文件提供了(le)優化(huà)DTM開發活動的(de)詳細說明(míng)。

圖3：FDT 3.0 DTM開發和(hé)認證過程。

　　DTM通(tōng)用(yòng)組件工具包

　　此外，開發人(rén)員(yuán)可(kě)以使用(yòng)FDT 3.0示例DTM，它展示了(le)如何使用(yòng)FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件工具包的(de)特性和(hé)功能。示例DTM中包含可(kě)以作爲開發人(rén)員(yuán)創建DTM起點的(de)基本功能。

　　通(tōng)用(yòng)組件還(hái)幫助設備供應商遷移現有FDT DTM 2.0業務邏輯，以支持FDT 3.0應用(yòng)。對(duì)于正在過渡到FDT 3.0技術并尋求向客戶呈現DTM信息的(de)方法的(de)組織來(lái)說，這(zhè)是一個(gè)重要優勢。

　　配置FDT 3.0的(de)強大(dà)Web UI，允許在任何浏覽器中打開DTM，包括現場(chǎng)人(rén)員(yuán)攜帶的(de)移動設備。移動應用(yòng)是FDT 3.0 DTM發揮作用(yòng)的(de)一個(gè)具體例子。企業可(kě)以使用(yòng)該技術的(de)标準化(huà)移動平台作爲其服務功能的(de)一部分(fēn)，幫助現場(chǎng)工程師通(tōng)過遠(yuǎn)程協助解決問題。

　　FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件還(hái)使開發人(rén)員(yuán)能夠解決DTM認證過程中涉及的(de)大(dà)多(duō)數測試用(yòng)例，同時(shí)無需測試和(hé)驗證自己的(de)軟件功能。使用(yòng)工具包預先編寫的(de)基本代碼，可(kě)自動啓用(yòng)合規性檢查，無需審查FDT規範即可(kě)實施合規性代碼。開發人(rén)員(yuán)也(yě)可(kě)以自定義特定的(de)設備功能和(hé)Web UI代碼。通(tōng)用(yòng)組件還(hái)有助于清單文件的(de)開發，并使用(yòng)開放包格式來(lái)簡化(huà)DTM包的(de)交付。

　　所有經過認證的(de)FDT 3.0 DTM均符合NAMUR NE-107推薦性規範，該規範要求操作人(rén)員(yuán)應該以簡單、統一的(de)方式，查看包括儀器狀态在内的(de)過程（無論源設備如何），以支持預測性維護策略。因此，在查看現場(chǎng)設備健康狀況，改進維護工作流程的(de)應用(yòng)方面，DTM是一個(gè)重要的(de)推動因素。

　　憑借FDT 3.0 DTM通(tōng)用(yòng)組件的(de)可(kě)用(yòng)性，以及它們優化(huà)DTM标準化(huà)和(hé)合規開發的(de)能力，設備供應商可(kě)以獲得(de)許多(duō)重要的(de)技術和(hé)業務優勢。首先，他(tā)們可(kě)以提供滿足客戶期望的(de)、更具魯棒性的(de)DTM。其次，他(tā)們可(kě)以利用(yòng)支持工業自動化(huà)時(shí)代的(de)技術進步，在現代工業設施中連接傳感器到雲系統。最後，他(tā)們可(kě)以更快(kuài)地将DTM推向市場(chǎng)，從而提高(gāo)企業的(de)盈利能力。