從設備自動化到系統(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)網時代，傳統(tǒng)工業(yè)設備面臨轉型挑戰(zhàn)。近日，風河公司工業(yè)解決方案副總裁Ricky Watts來京，介紹了工業(yè)物聯(lián)網的演進挑戰(zhàn)，以及公司在2019年紐倫堡“嵌入式世界展覽和大會”上祭出的新產品Wind River Helix? Virtualization Platform(Helix Platform)，目標鎖定于推動航空航天、汽車、國防和工業(yè)自動化等既有成熟系統(tǒng)或老舊系統(tǒng)的現(xiàn)代化。

　　照片 風河工業(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)在說是時候要做改變了。英語中有種說法：這個東西如果沒有壞，就沒有必要修它。但是現(xiàn)在這個世界中出現(xiàn)了一些變化，主要是兩種大的趨勢。

　　首先，世界上所使用的公共系統(tǒng)，諸如工廠和大部分技術，都已經是25年前或者30年前了。這些二三十年前的設備或系統(tǒng)是很好用的，而且質量也不錯，但是這些大都是80年代的老技術了。這些技術有什么特點呢?它們都是來自單一供應商的，通過打包或不透明的機箱解決方式提供的。所以對于這種老舊設備，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)奏有點脫節(jié)。

　　其次，以前80年代老的技術和系統(tǒng)，設計者和會操作這些設備的人都已經老了，或已經退休了?，F(xiàn)在新的年輕人和新的大學畢業(yè)生不愿意觸碰老舊的技術。

　　所以原來的老舊設備，正在背離新的更加開放的互聯(lián)網為基礎的，以及云計算為基礎的發(fā)展方向，所以必須要改變。

　　2 工業(yè)物聯(lián)網時代的五個挑戰(zhàn)

　　在工業(yè)網絡化的時代當中，面臨的挑戰(zhàn)會是什么呢?

　　如下圖，整個全球工業(yè)市場當中面臨的挑戰(zhàn)，第一個是現(xiàn)有的老一些的設備反而還挺好的，設備還能用，如果要讓客戶做轉型，要考慮客戶的成本。所以當風河去找到這些客戶的時候，這些客戶前三個問題可能都是成本，因此這些客戶希望將自己的架構盡可能地保留下來，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擔。

　　圖 傳統(tǒng)工業(yè)客戶遇到的挑戰(zhàn)

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

　　因此，一方面要保證這種轉變的成本是可控的。另一方面是這種轉變是不能以犧牲安全性、不合規(guī)性這兩點為代價的。例如中國的高鐵，如果別人跟你說它換了一個新的操作系統(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。

　　第四個挑戰(zhàn)就是網絡安全，因為現(xiàn)在成熟的互聯(lián)互通趨勢是越來越明顯了，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)，同時別人的系統(tǒng)也不能傷害到我們的系統(tǒng)。

　　最后一個面臨的挑戰(zhàn)是說我們有更多的功能想實現(xiàn)，更多創(chuàng)新想法想實現(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)。

　　風河的任務就是提供軟件及軟件系列相關產品，來幫助客戶解決這些挑戰(zhàn)。

　　3 關鍵基礎設施的挑戰(zhàn)

　　風河主要針對關鍵基礎設施提供產品與服務。風河所涉及的產品領域很豐富，諸如自動駕駛、航天航空、工業(yè)等。毫不夸張地說，天上的每一架飛機的操作系統(tǒng)里面或多或少都有風河的操作系統(tǒng)。

　　DO-178、IEC 61508、ISO 26262，這是風河的軟件產品在工業(yè)化領域得到了最高級別的安全性和合規(guī)性認證。

　　因此在應對上述挑戰(zhàn)的過程中，風河也是緊密的跟這些工業(yè)客戶一起合作，就是要使風河的產品和系統(tǒng)達到工業(yè)客戶所在行業(yè)最高級別的合規(guī)和安全的要求。

　　4 風河Wind River Helix? Virtualization Platform

　　風河有具備傳統(tǒng)優(yōu)勢的工業(yè)控制操作系統(tǒng)，稱之為RTOS(實時操作系統(tǒng))，這是一個高性能、高可靠性的，而且是受到認證的一套系統(tǒng)，所以很多工業(yè)界的客戶使用風河的這套操作系統(tǒng)。

　　其有廣泛的業(yè)務領域。這里強調兩個產品，一個是Titanium Cloud，另一個是虛擬化平臺Helix Virtualization Platform。

　　風河在2019年德國紐倫堡“嵌入式世界展覽和大會(Embedded World Exhibition and Conference)”上首次推出的Helix Virtualization Platform平臺。全新的Helix Virtualization Platform平臺實際是來自于VxWorks實時操作系統(tǒng)。它是能夠實現(xiàn)多種關鍵技術設施及功能的虛擬化。在單一的平臺上，在一個統(tǒng)一的平臺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 風河工業(yè)領域的操作系統(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態(tài)的功能是可以增加新的特點和更強的靈活性。因為它是一個虛擬化的平臺，所以它有很多優(yōu)點。

　　那么，是否風河的操作系統(tǒng)平臺Helix是低成本的產品?還是它使用之后能夠讓其他相對應的其他方面成本降下來?

　　這有兩個層面。第一，Helix的價格不能說低，但是在中國市場有非常強的產品價格競爭優(yōu)勢。第二，Helix能夠降低整體的使用成本，因為原來一些代碼重新認證的話，這個費用可能是高達5000萬美元。

　　如果客戶之前的一些代碼是認證過的，能盡可能多地保留下來，只做一點點改變就可以使用這個新的平臺，這一件事情其實就幫助客戶節(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，是一個很大的節(jié)約。

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

　　5 未來的趨勢

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

　　再加上5G的到來，這變成了一個很大的資源池，這個資源池當中包括了云、邊緣，還包括了IoT的設備。

　　自主化的世界得以實現(xiàn)，是在操作系統(tǒng)支持之下有更加好的能力、更多的聯(lián)網設備和更高通量計算能力。

　　“自主”、“自動”意味著你有足夠的控制能力、分析能力、人工智能的技術，有更強的計算能力，然后跟你的設備充分地融合。風河已經在軟件方面邁出了非常好的步伐，奠定了很堅實的基礎，來實現(xiàn)一個自主化的世界。

　　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為這是一個開放的環(huán)境，要想在這樣的環(huán)境當中取得成功，你首先要有比較好的技術，但是過硬技術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商有兼容性。風河的軟件可支持跨平臺的功能，所以風河也支持客戶選擇不同的競爭對手、競爭環(huán)境下的產品和方案，這也是風河開發(fā)方案時候所秉承的一種價值方案。

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

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

　　第一個點是風河面對的大的工業(yè)客戶，所賣的產品都是很大的設備，都是百萬元級的。你要讓它轉成新的架構，其實更多的挑戰(zhàn)是原有的商業(yè)模式。所以關鍵的是大的工業(yè)客戶是不愿意做出這種改變，為什么不愿意改變?

　　有三個原因，首先客戶要考慮一個好的轉變的時間節(jié)點，同時最終的客戶在逼迫他們做出改變，再有，整個市場會有一些新的競爭對手的出現(xiàn)。

　　具體地，第一個原因是他們還沒有準備好，即他們不了解新的商業(yè)模式是什么，他們也需要時間學習。

　　第二點，盡管這些大工業(yè)客戶沒有準備好，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。但是最終用戶會迫使他們做出改變，因為用戶最終想法是新的產品，這些新產品需要大型工業(yè)客戶做出調整，就可能需要他們建立剛剛所說的OPAC框架。

　　第三個原因就是市場，大公司確實很大，但是市場中會有一些新的公司出現(xiàn)，這些新公司會抓住這些商機，因為這些新公司是全新的，所以可能就會擁抱新的技術。所以大公司可能會變成小公司，因為新的公司抓住商機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，可能很快就會被市場淘汰。

　　綜上所述，這些大客戶是在悄悄地進步。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)網企業(yè)有可能就會殺進來，取代他們的位置，因為這些有野心的新的公司是緊緊追在他們的后面。

　　所以第一個基本的問題是節(jié)點的問題，其實很多大公司都在這么做，只是還沒有對外公布而已。

　　圖 自主的控制系統(tǒng)的三大挑戰(zhàn)

　　問：對中國目前來說，是升級換代更重要，還是聯(lián)網安全更重要?

　　答：這是一個先有雞、還是先有蛋的問題，實際上 ，這兩個肯定是要齊頭并進，要融合在一起看，因為任何創(chuàng)新都是離不開兩個安全——信息安全(security)和功能安全(safety)。所以風河在開發(fā)它的新的技術平臺的時候都是用開放的平臺，在保證創(chuàng)新的同時，里面的兩個安全也是有保障的，來降低安全的擔憂。

　　從一個創(chuàng)新想法到變成實際落實生產，需要有非常嚴謹?shù)膽B(tài)度，包括把兩個安全做好，要達到一定合規(guī)要求。

　　現(xiàn)在這些功能安全和信息安全的技術，其實也是基于傳統(tǒng)技術上開發(fā)而來的，但是這種所謂的安全技術是否能夠沿用到未來?這還不得而知。功能安全的要求有時是很高的，幾十億次的使用中不能有一次出錯，包括信息安全也是這樣。例如，在云的功能計算的時候，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立的，而是有互動的。風河之前也看到過一些很棒的技術，是在研發(fā)的過程當中，這些技術一旦出現(xiàn)，可能會挑戰(zhàn)現(xiàn)有的對于安全的認識，當然現(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)的過程當中，之前遇到一個例子就是像中國高鐵300公里每小時，仍是很安全的，所以中國高鐵既達到了安全性，又達到了功能性，是一個很好的例證。但是下一代的高鐵技術，已有速度每小時15000公里的技術。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現(xiàn)，因為安全如果要實現(xiàn)，他所投入的成本要比達到速度所投入的成本要高出百倍，所以這從一個公司來講是沒有商業(yè)價值的。所以你要找到一種創(chuàng)新的方式，讓你的一些功能實現(xiàn)的同時，它的安全性也是有所保障的。

　　現(xiàn)在正好一個架構的轉換過程當中，有人把它叫做思路的轉變，有人把它叫做范式的轉變，但是我們現(xiàn)在都不知道到底將來哪一種新的技術真正挑戰(zhàn)現(xiàn)有的安全和功能，很多人都不喜歡這種變化，因為智能本身就是大的變化，智能自己就會變化，也有可能智能變化太快了，人類有的時候不要再變化下去了。

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

　　圖 風河的工業(yè)操作系統(tǒng)定位