從設(shè)備自動(dòng)化到系統(tǒng)自治化，操作系統(tǒng)可帶來安全、高效與成本節(jié)省

　　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備面臨轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。近日，風(fēng)河公司工業(yè)解決方案副總裁Ricky Watts來京，介紹了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)挑戰(zhàn)，以及公司在2019年紐倫堡“嵌入式世界展覽和大會(huì)”上祭出的新產(chǎn)品Wind River Helix? Virtualization Platform(Helix Platform)，目標(biāo)鎖定于推動(dòng)航空航天、汽車、國(guó)防和工業(yè)自動(dòng)化等既有成熟系統(tǒng)或老舊系統(tǒng)的現(xiàn)代化。

　　照片 風(fēng)河工業(yè)解決方案副總裁Ricky Watts

　　1 為何要用嵌入式操作系統(tǒng)

　　很多人都質(zhì)疑，覺得現(xiàn)在挺好的，燈、水、超市等都很便捷，為什么現(xiàn)在說是時(shí)候要做改變了。英語(yǔ)中有種說法：這個(gè)東西如果沒有壞，就沒有必要修它。但是現(xiàn)在這個(gè)世界中出現(xiàn)了一些變化，主要是兩種大的趨勢(shì)。

　　首先，世界上所使用的公共系統(tǒng)，諸如工廠和大部分技術(shù)，都已經(jīng)是25年前或者30年前了。這些二三十年前的設(shè)備或系統(tǒng)是很好用的，而且質(zhì)量也不錯(cuò)，但是這些大都是80年代的老技術(shù)了。這些技術(shù)有什么特點(diǎn)呢?它們都是來自單一供應(yīng)商的，通過打包或不透明的機(jī)箱解決方式提供的。所以對(duì)于這種老舊設(shè)備，確保安全的方式都是比較笨重的方式，就是要把它們鎖在一個(gè)箱子或房間里，不讓外界觸碰它，但是這跟現(xiàn)在這種開放的節(jié)奏有點(diǎn)脫節(jié)。

　　其次，以前80年代老的技術(shù)和系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者和會(huì)操作這些設(shè)備的人都已經(jīng)老了，或已經(jīng)退休了?，F(xiàn)在新的年輕人和新的大學(xué)畢業(yè)生不愿意觸碰老舊的技術(shù)。

　　所以原來的老舊設(shè)備，正在背離新的更加開放的互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的，以及云計(jì)算為基礎(chǔ)的發(fā)展方向，所以必須要改變。

　　2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的五個(gè)挑戰(zhàn)

　　在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代當(dāng)中，面臨的挑戰(zhàn)會(huì)是什么呢?

　　如下圖，整個(gè)全球工業(yè)市場(chǎng)當(dāng)中面臨的挑戰(zhàn)，第一個(gè)是現(xiàn)有的老一些的設(shè)備反而還挺好的，設(shè)備還能用，如果要讓客戶做轉(zhuǎn)型，要考慮客戶的成本。所以當(dāng)風(fēng)河去找到這些客戶的時(shí)候，這些客戶前三個(gè)問題可能都是成本，因此這些客戶希望將自己的架構(gòu)盡可能地保留下來，能夠重新使用一些傳統(tǒng)的系統(tǒng)，希望可以把它們留下來，主要原因就是為了減少它的成本和未來的負(fù)擔(dān)。

　　圖 傳統(tǒng)工業(yè)客戶遇到的挑戰(zhàn)

　　但是，客戶在做新應(yīng)用、新開發(fā)的時(shí)候，不想再保留的是那些專有的、封閉的架構(gòu)，并且能把原有的僵化、不透明的架構(gòu)打破，變成更加開放的、互聯(lián)的架構(gòu)。

　　因此，一方面要保證這種轉(zhuǎn)變的成本是可控的。另一方面是這種轉(zhuǎn)變是不能以犧牲安全性、不合規(guī)性這兩點(diǎn)為代價(jià)的。例如中國(guó)的高鐵，如果別人跟你說它換了一個(gè)新的操作系統(tǒng)，比原來的好用，但是安全性無法保證，恐怕沒人愿意乘坐這樣的高鐵。

　　第四個(gè)挑戰(zhàn)就是網(wǎng)絡(luò)安全，因?yàn)楝F(xiàn)在成熟的互聯(lián)互通趨勢(shì)是越來越明顯了，所以這種安全有功能安全性，又有信息安全性，也就是說要確保我的系統(tǒng)不傷害別人的系統(tǒng)，同時(shí)別人的系統(tǒng)也不能傷害到我們的系統(tǒng)。

　　最后一個(gè)面臨的挑戰(zhàn)是說我們有更多的功能想實(shí)現(xiàn)，更多創(chuàng)新想法想實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)分析、人工智能功能的增加，還有數(shù)據(jù)整合以及更加自主的控制系統(tǒng)。

　　風(fēng)河的任務(wù)就是提供軟件及軟件系列相關(guān)產(chǎn)品，來幫助客戶解決這些挑戰(zhàn)。

　　3 關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的挑戰(zhàn)

　　風(fēng)河主要針對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施提供產(chǎn)品與服務(wù)。風(fēng)河所涉及的產(chǎn)品領(lǐng)域很豐富，諸如自動(dòng)駕駛、航天航空、工業(yè)等。毫不夸張地說，天上的每一架飛機(jī)的操作系統(tǒng)里面或多或少都有風(fēng)河的操作系統(tǒng)。

　　DO-178、IEC 61508、ISO 26262，這是風(fēng)河的軟件產(chǎn)品在工業(yè)化領(lǐng)域得到了最高級(jí)別的安全性和合規(guī)性認(rèn)證。

　　因此在應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的過程中，風(fēng)河也是緊密的跟這些工業(yè)客戶一起合作，就是要使風(fēng)河的產(chǎn)品和系統(tǒng)達(dá)到工業(yè)客戶所在行業(yè)最高級(jí)別的合規(guī)和安全的要求。

　　4 風(fēng)河Wind River Helix? Virtualization Platform

　　風(fēng)河有具備傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的工業(yè)控制操作系統(tǒng)，稱之為RTOS(實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))，這是一個(gè)高性能、高可靠性的，而且是受到認(rèn)證的一套系統(tǒng)，所以很多工業(yè)界的客戶使用風(fēng)河的這套操作系統(tǒng)。

　　其有廣泛的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。這里強(qiáng)調(diào)兩個(gè)產(chǎn)品，一個(gè)是Titanium Cloud，另一個(gè)是虛擬化平臺(tái)Helix Virtualization Platform。

　　風(fēng)河在2019年德國(guó)紐倫堡“嵌入式世界展覽和大會(huì)(Embedded World Exhibition and Conference)”上首次推出的Helix Virtualization Platform平臺(tái)。全新的Helix Virtualization Platform平臺(tái)實(shí)際是來自于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是能夠?qū)崿F(xiàn)多種關(guān)鍵技術(shù)設(shè)施及功能的虛擬化。在單一的平臺(tái)上，在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上既可以保證它的安全性，也可以讓人更加方便的操作它。

　　圖 風(fēng)河工業(yè)領(lǐng)域的操作系統(tǒng)一覽

　　它的功能性安全是固定的，而且是隔離的。這些非安全性的或者動(dòng)態(tài)的功能是可以增加新的特點(diǎn)和更強(qiáng)的靈活性。因?yàn)樗且粋€(gè)虛擬化的平臺(tái)，所以它有很多優(yōu)點(diǎn)。

　　那么，是否風(fēng)河的操作系統(tǒng)平臺(tái)Helix是低成本的產(chǎn)品?還是它使用之后能夠讓其他相對(duì)應(yīng)的其他方面成本降下來?

　　這有兩個(gè)層面。第一，Helix的價(jià)格不能說低，但是在中國(guó)市場(chǎng)有非常強(qiáng)的產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。第二，Helix能夠降低整體的使用成本，因?yàn)樵瓉硪恍┐a重新認(rèn)證的話，這個(gè)費(fèi)用可能是高達(dá)5000萬美元。

　　如果客戶之前的一些代碼是認(rèn)證過的，能盡可能多地保留下來，只做一點(diǎn)點(diǎn)改變就可以使用這個(gè)新的平臺(tái)，這一件事情其實(shí)就幫助客戶節(jié)約了很大的成本。例如一位客戶稱原來全部要做認(rèn)證的話，可能要花一千萬元，但是現(xiàn)在十幾萬元這樣的成本，是一個(gè)很大的節(jié)約。

　　Helix軟件到底要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能或者目的呢?其實(shí)綜合一句話就是在市場(chǎng)中減少?gòu)?fù)雜程度，我們把這種功能分成三個(gè)部分或者三個(gè)能力：一個(gè)是信息安全，一個(gè)是功能安全，還有一個(gè)是非常高的性能。

　　5 未來的趨勢(shì)

　　未來唯一可以確定的一點(diǎn)肯定是跟當(dāng)今世界差別很大的。其中一個(gè)定義就是看計(jì)算能力的變化。例如虛擬化平臺(tái)和云平臺(tái)，解決方案加在一起就叫做流體計(jì)算。

　　再加上5G的到來，這變成了一個(gè)很大的資源池，這個(gè)資源池當(dāng)中包括了云、邊緣，還包括了IoT的設(shè)備。

　　自主化的世界得以實(shí)現(xiàn)，是在操作系統(tǒng)支持之下有更加好的能力、更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和更高通量計(jì)算能力。

　　“自主”、“自動(dòng)”意味著你有足夠的控制能力、分析能力、人工智能的技術(shù)，有更強(qiáng)的計(jì)算能力，然后跟你的設(shè)備充分地融合。風(fēng)河已經(jīng)在軟件方面邁出了非常好的步伐，奠定了很堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，來實(shí)現(xiàn)一個(gè)自主化的世界。

　　6 熱門問答

　　問：Helix Platform可否與其他操作系統(tǒng)比較一下?

　　答：這種比較或者說更多認(rèn)為這是一個(gè)開放的環(huán)境，要想在這樣的環(huán)境當(dāng)中取得成功，你首先要有比較好的技術(shù)，但是過硬技術(shù)的前提是有開放的心態(tài)，要有足夠的兼容性，可能要跟其他不同的品牌和供應(yīng)商有兼容性。風(fēng)河的軟件可支持跨平臺(tái)的功能，所以風(fēng)河也支持客戶選擇不同的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的產(chǎn)品和方案，這也是風(fēng)河開發(fā)方案時(shí)候所秉承的一種價(jià)值方案。

　　風(fēng)河的相關(guān)軟件是開源的，系統(tǒng)也是開源的，所以在社區(qū)里大家可以隨意下載，然后來核實(shí)它的功能和安全性。

　　問：對(duì)于大的工業(yè)廠商，買一套全新系統(tǒng)新的設(shè)備，相比在舊系統(tǒng)上更新，是否更容易?為何還要在舊設(shè)備上更新?

　　第一個(gè)點(diǎn)是風(fēng)河面對(duì)的大的工業(yè)客戶，所賣的產(chǎn)品都是很大的設(shè)備，都是百萬元級(jí)的。你要讓它轉(zhuǎn)成新的架構(gòu)，其實(shí)更多的挑戰(zhàn)是原有的商業(yè)模式。所以關(guān)鍵的是大的工業(yè)客戶是不愿意做出這種改變，為什么不愿意改變?

　　有三個(gè)原因，首先客戶要考慮一個(gè)好的轉(zhuǎn)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，同時(shí)最終的客戶在逼迫他們做出改變，再有，整個(gè)市場(chǎng)會(huì)有一些新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的出現(xiàn)。

　　具體地，第一個(gè)原因是他們還沒有準(zhǔn)備好，即他們不了解新的商業(yè)模式是什么，他們也需要時(shí)間學(xué)習(xí)。

　　第二點(diǎn)，盡管這些大工業(yè)客戶沒有準(zhǔn)備好，但是并非這些客戶是沒有作為的，只是說他們的想法不是那么激進(jìn)。但是最終用戶會(huì)迫使他們做出改變，因?yàn)橛脩糇罱K想法是新的產(chǎn)品，這些新產(chǎn)品需要大型工業(yè)客戶做出調(diào)整，就可能需要他們建立剛剛所說的OPAC框架。

　　第三個(gè)原因就是市場(chǎng)，大公司確實(shí)很大，但是市場(chǎng)中會(huì)有一些新的公司出現(xiàn)，這些新公司會(huì)抓住這些商機(jī)，因?yàn)檫@些新公司是全新的，所以可能就會(huì)擁抱新的技術(shù)。所以大公司可能會(huì)變成小公司，因?yàn)樾碌墓咀プ∩虣C(jī)之后反而成為大的公司，而傳統(tǒng)大型工業(yè)行業(yè)公司如果不采取任何行動(dòng)，可能很快就會(huì)被市場(chǎng)淘汰。

　　綜上所述，這些大客戶是在悄悄地進(jìn)步。如果這些傳統(tǒng)大的工業(yè)可以不變的話，有可能BAT、谷歌、微軟等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)有可能就會(huì)殺進(jìn)來，取代他們的位置，因?yàn)檫@些有野心的新的公司是緊緊追在他們的后面。

　　所以第一個(gè)基本的問題是節(jié)點(diǎn)的問題，其實(shí)很多大公司都在這么做，只是還沒有對(duì)外公布而已。

　　圖 自主的控制系統(tǒng)的三大挑戰(zhàn)

　　問：對(duì)中國(guó)目前來說，是升級(jí)換代更重要，還是聯(lián)網(wǎng)安全更重要?

　　答：這是一個(gè)先有雞、還是先有蛋的問題，實(shí)際上 ，這兩個(gè)肯定是要齊頭并進(jìn)，要融合在一起看，因?yàn)槿魏蝿?chuàng)新都是離不開兩個(gè)安全——信息安全(security)和功能安全(safety)。所以風(fēng)河在開發(fā)它的新的技術(shù)平臺(tái)的時(shí)候都是用開放的平臺(tái)，在保證創(chuàng)新的同時(shí)，里面的兩個(gè)安全也是有保障的，來降低安全的擔(dān)憂。

　　從一個(gè)創(chuàng)新想法到變成實(shí)際落實(shí)生產(chǎn)，需要有非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，包括把兩個(gè)安全做好，要達(dá)到一定合規(guī)要求。

　　現(xiàn)在這些功能安全和信息安全的技術(shù)，其實(shí)也是基于傳統(tǒng)技術(shù)上開發(fā)而來的，但是這種所謂的安全技術(shù)是否能夠沿用到未來?這還不得而知。功能安全的要求有時(shí)是很高的，幾十億次的使用中不能有一次出錯(cuò)，包括信息安全也是這樣。例如，在云的功能計(jì)算的時(shí)候，失誤率是非常低的，還包括數(shù)千萬行的代碼，失誤率也是很低的，因此，你要投入很多的時(shí)間和精力確保它的安全性是極高的。但是未來，有可能智能化是解決方案之一，即智能化能夠提高安全，所以安全和智能化這兩件事情不是彼此獨(dú)立的，而是有互動(dòng)的。風(fēng)河之前也看到過一些很棒的技術(shù)，是在研發(fā)的過程當(dāng)中，這些技術(shù)一旦出現(xiàn)，可能會(huì)挑戰(zhàn)現(xiàn)有的對(duì)于安全的認(rèn)識(shí)，當(dāng)然現(xiàn)在還是不得而知的。

　　世界上最大的公司是政府，政府是最有錢的，所以以前太空旅行計(jì)劃都是政府出資的，例如中美俄幾千億的資金花在里面。但是現(xiàn)在做太空旅行的公司都是創(chuàng)新型的公司，像馬斯克或者Richard Branson這樣的人，他們有一些創(chuàng)新想法，他們也是不按常理出牌的，跟政府進(jìn)行太空探索的方法是完全不一樣的。為什么?他們沒有那么多資金，所以他們找到的方式是智能化的、追求速度的、靈活的方式來實(shí)現(xiàn)他們的商業(yè)目的。我們現(xiàn)在看到在交通行業(yè)也好，還是太空開發(fā)的過程當(dāng)中，之前遇到一個(gè)例子就是像中國(guó)高鐵300公里每小時(shí)，仍是很安全的，所以中國(guó)高鐵既達(dá)到了安全性，又達(dá)到了功能性，是一個(gè)很好的例證。但是下一代的高鐵技術(shù)，已有速度每小時(shí)15000公里的技術(shù)。問題是什么呢?其安全跟不上，所以不是有了功能安全就能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榘踩绻獙?shí)現(xiàn)，他所投入的成本要比達(dá)到速度所投入的成本要高出百倍，所以這從一個(gè)公司來講是沒有商業(yè)價(jià)值的。所以你要找到一種創(chuàng)新的方式，讓你的一些功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，它的安全性也是有所保障的。

　　現(xiàn)在正好一個(gè)架構(gòu)的轉(zhuǎn)換過程當(dāng)中，有人把它叫做思路的轉(zhuǎn)變，有人把它叫做范式的轉(zhuǎn)變，但是我們現(xiàn)在都不知道到底將來哪一種新的技術(shù)真正挑戰(zhàn)現(xiàn)有的安全和功能，很多人都不喜歡這種變化，因?yàn)橹悄鼙旧砭褪谴蟮淖兓?，智能自己就?huì)變化，也有可能智能變化太快了，人類有的時(shí)候不要再變化下去了。

　　剛才提到的太空旅行就是一個(gè)絕佳的案例，像太空飛船，有上億個(gè)不同的物聯(lián)網(wǎng)傳感器或控制系統(tǒng)構(gòu)成的，相當(dāng)于往太空當(dāng)中發(fā)射一個(gè)龐大的工廠，它就跟地球上醫(yī)療機(jī)構(gòu)或者高鐵系統(tǒng)一模一樣，但是你在實(shí)現(xiàn)功能的時(shí)候還是要考慮到它的安全性，所以功能安全和信息安全應(yīng)該是一起考慮的。

　　圖 風(fēng)河的工業(yè)操作系統(tǒng)定位