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

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

　　數(shù)字化，在于借助數(shù)字設(shè)計、分析、運營工具來深挖生產(chǎn)中的潛能，以提升品質(zhì)、成本和交付能力。市場的需求、技術(shù)的推動、企業(yè)自身的創(chuàng)新內(nèi)驅(qū)力，使得對于用于解決分析、優(yōu)化、策略問題的計算任務(wù)更為強烈的需求。并且，這些任務(wù)必須有效的與現(xiàn)場控制任務(wù)緊密結(jié)合，形成一個更大的閉環(huán)。貝加萊敏銳感知這種需求，并在多年前開始著手研發(fā)一個跨越IT和OT世界連接的技術(shù)。

　　控制與計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，這些領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)的需求也是早就大量存在的。

　　大量的計算類軟件需要運行在IT系統(tǒng)上，例如，對于產(chǎn)品設(shè)計與工程驗證的平臺而言，今天，不僅這些軟件需要仿真，同時也要與運行時（Runtime）軟件之間的交互，就像MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)平臺之間的交互。生產(chǎn)的運營分析軟件需為品質(zhì)與生產(chǎn)的改善提供數(shù)據(jù)報表支持，并且，能夠下發(fā)改善指令給OT的實時控制系統(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，將其顯性化，并用于知識的復(fù)用。

　　這些 “邊緣計算”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，為了獲得通信的實時性和確定性，工業(yè)通常采用了輪詢或令牌機制如POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP等，而IT網(wǎng)絡(luò)則采用了“盡力而為”的設(shè)計思想。在操作系統(tǒng)方面，工業(yè)任務(wù)基于“等時同步”的設(shè)計，而采用了實時操作系統(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，對于很多IT系統(tǒng)，Java、Python、Docker則更好的發(fā)揮優(yōu)勢，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，需要一個標(biāo)準(zhǔn)封裝的架構(gòu)來“簡化”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，推進協(xié)作

　　解決產(chǎn)業(yè)問題，就是創(chuàng)新的源動力，貝加萊，作為開放自動化技術(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)動型任務(wù)，它可以基于Python、Java、Docker、云端任務(wù)開發(fā)。

　　exOS-一個中間自適應(yīng)接口

　　exOS是一個跨界的操作系統(tǒng)，它為基于Linux的平臺軟件，與基于貝加萊RTOS(即，貝加萊的Automation Runtime) 之間實現(xiàn)高效項目管理、數(shù)據(jù)動態(tài)交互、代碼下載與安裝、配置、應(yīng)用同步、診斷與維護，提供了一個可以被理解為“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”的能力，接口，代表著標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。總之，exOS要把IT和OT連接工作簡化到一個盒子中，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)境對稱運行，并進行數(shù)據(jù)交互。exOS包括了一個用戶友好的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對項目進行管理。Linux的開發(fā)環(huán)境軟件例如Visual Studio、Eclipse。

　　對于機器的遠(yuǎn)程維護而言，exOS平臺也提供了IT世界通用的遠(yuǎn)程桌面技術(shù)來訪問現(xiàn)場機器，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)中所有錯誤消息記錄。

　　exOS價值-廣泛的生態(tài)資源享用

　　exOS的意義在于讓傳統(tǒng)的自動化從控制擴展到計算世界，并借助于計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這個生態(tài)中的資源為工業(yè)所用，帶來巨大的經(jīng)濟性。

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。

　　僅需一臺工業(yè)PC或平板

　　運行exOS，機器制造商只需要一臺貝加萊的Automation PC或Panel PC。“Automation Runtime和Linux在同一設(shè)備上運行，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可以運行在貝加萊的APC或Panel PC上

　　貝加萊的工業(yè)PC，無論是以機架形式存在的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行Linux或Windows，以及RTOS-Automation Runtime。在軟件上，exOS作為兩個操作系統(tǒng)間的中間接口，為其進行系統(tǒng)配置、交互與運行。

　　exOS的場景分析

• 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)必須存儲在數(shù)據(jù)庫中以進行質(zhì)量控制。例如，運行在Linux中的MongoDB。另一方面，機器控制軟件則運行在Automation Runtime中。exOS可以將兩者結(jié)合到Panel PC 910上的虛擬機管理程序配置中。exOS實現(xiàn)的高效維護有助于最大程度地減少硬件更換后的停機時間。

圖6-運行在Panel PC上的MongoDB和機器控制任務(wù)

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

　　機器學(xué)習(xí)（ML）可用于優(yōu)化維護。Tensorflow ML模型運行在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-機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)與實時運行系統(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)是基于機器人平臺。動態(tài)路徑規(guī)劃是在Linux下的ROS中執(zhí)行，而運動控制任務(wù)則是在Automation Runtime中進行處理。通過exOS，兩者可以在虛擬機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)劃與實時控制融合

　　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exOS，搭建了IT與OT連接的橋梁。在今天，機器的智能開發(fā)中，越來越多的場景如機器視覺的缺陷分析、參數(shù)尋優(yōu)、預(yù)測性維護、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)都會讓機器更加強大。貝加萊，巧妙的構(gòu)建了一個連接，讓一切變得高效且經(jīng)濟。

　　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，中國工業(yè)博覽會將在上海國家會展中心舉辦，請大家訪問貝加萊展臺，了解更多貝加萊前沿技術(shù)與解決方案。