信號！工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向縱深躍遷，2021將是“軟件定義工控”拐點之年【物女心經(jīng)】

類似于數(shù)碼相機取代膠卷相機，當前科技領域一個很明確的趨勢是軟件正在吞噬世界，軟件定義網(wǎng)絡、軟件定義存儲、軟件定義數(shù)據(jù)中心…而工業(yè)界正處于“軟件定義工控”的變革前夜?？梢灶A判，未來的工控格局一定會發(fā)生重大變化，有遠見的企業(yè)都在加速擁抱軟件，一切只是時間問題。

你好，這是我在【物女心經(jīng)】專欄寫的第216篇文章。

在《創(chuàng)新者的窘境》一書中，作者哈佛商學院教授克里斯坦森介紹的柯達被超越的故事令人記憶猶新。

1975年，“膠卷相機之王”柯達公司里有一名工程師，沒日沒夜的鼓搗出了一個類似“面包盒”的機器，它就是歷史上第一部數(shù)碼相機。

雖然擁有數(shù)碼相機的發(fā)明者，但柯達公司卻將這個技術“雪藏”了。

因為有了這個設備，從此拍照就可以不用膠卷了。這等于徹底動搖了柯達的發(fā)展根基，當時在照相膠卷市場，柯達一度占據(jù)90%的市場份額。

大勢難擋，對數(shù)碼相機的“封殺”令柯達錯失了創(chuàng)新良機。

故事的結果大家也很清楚——最終在2012年，柯達申請破產，宣告著這家有著131年歷史的巨無霸公司從此退出歷史舞臺。

類似于數(shù)碼相機取代膠卷相機，當前科技領域一個很明確的趨勢是軟件正在吞噬世界，軟件定義網(wǎng)絡、軟件定義存儲、軟件定義數(shù)據(jù)中心…

而工業(yè)界正處于“軟件定義工控”的變革前夜。

工業(yè)是一個縱深層次很多的領域，而且還可以不斷切分。從整體的設備和產線出發(fā)，下面有顯示面板、控制器、變頻器，再下面有交換機，再再下面還有執(zhí)行元器件，再再再到底層的傳感器、各種傳動器件…

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從信息層向控制層、傳感層滲透，通過軟件的推動和革新，更容易實現(xiàn)戰(zhàn)略躍遷。

可以預判，未來的工控格局一定會發(fā)生重大變化，有遠見的企業(yè)都在加速擁抱軟件，一切只是時間問題。

不過在今天的工控領域，仍舊存在很多“黑匣子”，完成各種離散控制、過程控制和運動控制。這些黑匣子中的控制硬件與軟件緊緊綁定在一起，其核心技術由傳統(tǒng)的少數(shù)幾家工業(yè)自動化巨頭所掌控。

雖然基于軟件的控制器已經(jīng)被提出一段時間，但是情況并沒有很大的改觀，工控的“江湖”仍舊是專用硬件的天下。

究其原因，“軟件定義工控”的星星之火還沒有達到足夠“燎原”的火候，技術的穩(wěn)定成熟和市場的推動力量需要時間醞釀。

不過，隨著虛擬化技術、實時操作系統(tǒng)，以及邊緣計算能力的進步，使用基于軟件的控制系統(tǒng)來代替“黑匣子”成為工控領域一股蒸蒸日上的明確勢力，由此產生的變革將非常深遠。

最近我觀察到了一些“軟件定義工控”的拐點信號。多年之后才會發(fā)生的變化，如果回溯可能都將源于2021。

因此本文將這些信號做個記錄，留待日后評判。

01、信號1：逐步趨近10倍好

克里斯坦森提出的顛覆性創(chuàng)新，描述了規(guī)模小、資源少的公司，成功挑戰(zhàn)在位大企業(yè)的過程。

大公司往往聚焦于高端市場改善產品和服務。而成功的顛覆性創(chuàng)新企業(yè)則聚焦于被忽略的細分市場，從低端或者特定場景切入，通過提供性價比或使用感受更好的產品獲得立足之地。

在獲得部分市場的認可之后，創(chuàng)新型企業(yè)逐步向高端的主流市場移動，當大部分用戶開始接納新產品和服務時，顛覆便產生了。

不過一款新產品若想成功，就必須比此前的產品好上10倍，這樣才算真正擁有一個讓用戶采用新品的足夠理由。

雖然傳統(tǒng)的工業(yè)控制器滿足了高端市場的大部分需求，但是基于軟件的控制器正在憑借更靈活的架構，以及更高的性價比切入部分細分市場。

最近德國的一位工程師，在知名雜志SPS上描述了他們使用基于軟件的控制器，操作傳送帶和碼垛機，進行工廠內部物流自動控制與管理的過程。

這位工程師帶領了包含他在內的三人研發(fā)小組，在壓力大、任務重、調試時間緊的條件下開始了工作。

他們面對的是一個具有高度靈活性、軟件程序需要根據(jù)需求更新、停機切換時間非常有限的場景，很難找到能夠直接滿足需求的現(xiàn)成產品。上圖是工廠中倉庫的照片。

藝高人膽大，因為讀了一篇長篇博客，其中介紹了一種基于軟件的控制器解決方案，他們就開始了網(wǎng)上下載控制程序、在YouTube看視頻學習調試方法的看似“不靠譜”之旅。

這種做法的直接好處有兩點，他們獲得了系統(tǒng)軟件的平臺化，以及應用軟件的多樣化。通過軟件可以對硬件資源進行統(tǒng)一的管控、配置與分配。應用軟件不受硬件資源約束，可以對外提供更為靈活高效的服務。

最終，基于云端軟件的控制器取得了6倍好的結果。

過去需要兩個小時來進行配置的物流控制系統(tǒng)，現(xiàn)在只需要20分鐘，提速了6倍。雖然距離10倍還有差距，但他們至少已經(jīng)上路了。

02、信號2：成本降低超過一半

另一家名為KINGSTAR的公司發(fā)布了一份白皮書，基于8軸運動控制場景，對比了基于硬件的運動控制方案，和基于軟件實現(xiàn)精準運動控制方案。

結果是顯而易見的，使用基于軟件的方式來做運動控制，只需要通用的工控機或者電腦做硬件，可以顯著降低總體擁有成本，費用僅有原先的44%，節(jié)約了56%。

而且基于軟件的運動控制方案使用起來更加靈活，在計算能力上具有更高的性能，以及更好的可擴展性。

這份白皮書還說明，過去被認為對實時性和穩(wěn)定性要求非常嚴苛的運動控制場景，目前也存在使用基于軟件的方案進行替代的可能性。

通過軟件+工控機+實時操作系統(tǒng)的組合，可以實現(xiàn)不亞于原有專用硬件控制器的性能。

03、信號3：銷售以5倍速擴張

市場分析公司IoT Analytics比較了倍福公司和羅克韋爾公司的銷售情況，倍福公司是基于軟件控制技術的主要供應商之一。

倍福的強項在于軟控制器，羅克韋爾的強項在于硬控制器，兩者的對比堪稱軟硬世界的兩個代表。

雖然起步的基數(shù)很小，但是自從2000年以來，倍福的銷售復合年增長率約為15%，而同期羅克韋爾公司的工廠自動化業(yè)務部門，復合年增長率僅為3%，倍福是其5倍。

這種增長率的差異導致，倍福與羅克韋爾工廠自動化業(yè)務的銷售額對比，從2000年的不到5%，增長為目前的大于30%。

進一步的研究顯示，從2019年到2025年，基于軟件的工控系統(tǒng)比例，預計將翻一番，將從整個工業(yè)控制器市場的3.5%增長到7%。

星星之火已經(jīng)點燃。

  ----寫在最后----

最早在1985年，隨著Windows的發(fā)布誕生了第一批基于軟件的工業(yè)控制器，不過彼時的他們之中沒有一款能在市場上立足。

藍屏、死機、易受攻擊是Windows系統(tǒng)的通病，在那時，虛擬化、容器化、邊緣計算也無從談起。

時間快進，如今的技術環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了顛覆性的變化。實時操作系統(tǒng)、容器技術、各種開源軟件、低成本的邊緣計算硬件…觸手可及。

在去年的工博會上，業(yè)界首個使用5G通過云端軟件進行操控的工控解決方案正式亮相。

軟件定義工控有可能在2021迎來真正的春天。

對于這個新鮮事物，不妨多給它一些包容和耐心，市場最終會做出自己的選擇。

參考資料：

1. Updates für Codesys-Steuerungs applikationen, 600% schneller über die Cloud，來源：SPS magazin

2. Soft PLCs: The industrial innovator’s dilemma，來源：IoT Analytics

3. Software vs Hardware Machine Control: Cost and Performance Compared，來源：KINGSTAR