摘要：随着技术进步的应用，尤其是在工业 4.0和工业 5.0背景下，监控和数据采集（SCADA）系统重塑了过程自动化领域。这些变革的影响远不止于维持运营连续性，在可持续发展目标以及以更少人力实现更高产出的需求下，其意义更为深远。

在技术进步和网络安全挑战的背景下，将数字化转型纳入SCADA系统总体规划对于提高运营效率、决策和预测性维护非常重要。

随着技术进步的应用，尤其是在工业 4.0和工业 5.0背景下，监控和数据采集（SCADA）系统重塑了过程自动化领域。这些变革的影响远不止于维持运营连续性，在可持续发展目标以及以更少人力实现更高产出的需求下，其意义更为深远。

在制定SCADA总体规划时，需考虑多个关键因素。预算与新兴技术落地之间的权衡是核心考量之一。另一方面，数字化转型正推动企业对产品、服务和运营进行重新构想以挖掘价值。正如麻省理工学院《斯隆管理评论》所言：“这是一个持续演进的过程，需要不断适应永无止境的环境变化，并为波动的市场和全球动态建立稳固的基础。”

数字化转型为SCADA带来的优势

SCADA总体规划（SMP）定义了开发和实施SCADA系统的愿景、目标和路线图。SMP框架包括SCADA技术、运营和组织设置的架构规范、标准、接口、功能、性能、安全和治理。

近年来，由于连接的增加、协作的增强和计算能力的迅速扩展，工业革命的步伐迅速加快。对数字化转型的有效规划至关重要：它有助于预判变化以保持竞争优势、高效分配资源、确保平稳过渡以避免中断、提前应对监管变化并确保合规。这种战略规划将使企业在竞争中占据优势。

数字化转型是指利用技术创建新的或重组当前的业务过程、产品、服务和客户体验。工业控制系统的数字化转型可能包括与其它信息系统集成的新方法，如制造执行系统（MES）、企业资源规划（ERP）、计算机化维护管理系统（CMMS）、商业智能（BI）、地理信息系统（GIS）、报告和数据分析工具。

SMP提供了指导SCADA系统设计、实施和管理的工具。它确保SCADA系统能考虑互联、自动化、数据驱动操作的最新技术进步。在工业4.0环境下，SCADA 系统不再孤立，而是与工业物联网（IIoT）、人工智能（AI）、云计算等其他数字技术和系统深度融合。因此，总体规划必须明确如何借助这些技术提升 SCADA 系统的性能、效率和安全性，并通过技术应用明确可实现的组织目标。

SCADA系统的数字化转型可以为工业企业带来显著优势，例如：

■ 提高效率。与SCADA等其它信息系统的集成，应能优化生产过程，在提高质量的同时最大限度地减少浪费，并提高生产效率。

■ 数据分析。组织可以利用大数据和AI从SCADA数据中获得洞察，如趋势、模式、异常和预测。

■ 实时监控。IIoT、云计算和边缘计算的结合扩展了SCADA的实时访问和监控能力。边缘计算还有助于减少延迟并加速数据分析，这对时间紧迫的工业运营至关重要。

■ 预测性维护。组织可通过在其策略中使用IIoT和AI，对设备进行基于状态的监控、故障检测和诊断。

■ 基于IIoT的远程监控。IIoT增强了在广泛位置运行系统的新远程监控和控制方法。

SMP和数字化转型的挑战

SMP阐释了SCADA项目中的不同元素如何在系统架构、仪表和控制（I&C）规范、应用标准和接口集成方面正确耦合。这些元素都与功能和性能要求保持一致，并构建了一个稳健的网络安全框架。

运营技术（OT）技术专家开展了一项调研，旨在探索现代SCADA系统的关键维度，包括云计算与物联网集成的重要性、数字技术集成过程中遇到的挑战，以及数字化转型的核心技能发展需求。此外，调研还试图揭示人工智能（AI）和机器学习（ML）在 SCADA 系统未来角色的观点，以及数据分析对提升系统性能和决策流程的关键作用。以下是一些主要的调查结果：

■ 云计算和物联网集成。受访者观点不一，许多人强调其对非关键 SCADA 资产的价值，但对其必要性尚未形成一致共识。

■ 数字技术集成方面的挑战。网络安全成为将数字技术融入现有SCADA架构时的首要关切。受访者强调采取网络安全措施保护关键基础设施和资产的紧迫性，指出在数字技术融合过程中需制定有效的网络安全策略。许多受访者还强调了兼容性的重要性，并提及SCADA 系统中存在的技能缺口问题。

■ 技能发展优先事项。该调查强调了数据分析和AI专业知识在SCADA系统数字化转型中的重要性日益增加。希望专业人士和组织优先发展这些技能以有效利用数字技术。

■ AI和ML的前景。关于AI（人工智能）和ML（机器学习）在SCADA系统未来角色的展望呈现多样化观点。受访者预计其可能扮演辅助或核心角色，强调需持续探索以提升SCADA系统能力。

■ 数据分析的重要性。大家几乎一致认为，数据分析是提高SCADA系统性能和决策的关键，也是优化性能、确保可靠性和实现明智决策的必要条件。

数字化转型是避免企业被时代淘汰的必要举措。但采用这一转型可能较为复杂，尤其在运营高度依赖 SCADA 系统的行业中。这类系统复杂、敏感，且通常因仪器陈旧或缺乏维护而落后。由于设备在设计时未考虑安全性，它们被视为 “薄弱环节”，这为数字化转型过程增添了额外挑战。

这种复杂性之所以加剧，是因为嵌入传统技术的SCADA系统没有得到有效更新，无法抵御当前的网络安全威胁。需要对这些关键系统进行现代化改造，同时确保其安全并能够与更新、更数字化的敏捷框架集成，这突显了依赖SCADA进行运营的行业面临的多方面挑战。

了解当前的技术框架对于启动OT组织的数字化转型至关重要。该评估有助于确定潜在的增强功能和创新领域，为这些技术的战略整合奠定基础。尽管如此，确定目前正在收集和历史化的内容也很重要。如果不收集必要的信息，就无法制定数字化战略。这一基础步骤可以确保对现有数据实践的全面理解，并为数字化转型之旅提供信息，从而实现有针对性的改进以及对新技术更有效的集成。

设定切合实际的SCADA目标

接下来，需要确定改进的领域以更好地集成数字技术。这一阶段需要利用技术进步提升运营效率、优化数据利用并强化网络安全。其核心是明确这些技术如何实现流程自动化、优化系统性能，并为决策提供战略洞察。通过设定切合实际的SCADA目标，将数字化转型目标与技术提供的最新功能相结合，包括制定关于提升运营效率、安全性及其他与整体业务战略一致的功能需求的明确战略目标。

SMP需明确并提供配置、支持、维护和操作系统所需的标准规范。基于给定设计标准，SCADA中IIoT的标准规范至少应涵盖以下要素：

■ 连接性。规范应说明设备可以支持哪种通信协议、标准和IIoT传感器接口，以确保设备可以通过互联网或其它基于IP的网络，与其它设备更不间断、更可靠地共享数据。

■ 互操作性。指定IIoT传感器使用的数据格式、模型和协议，避免供应商锁定，以便多个系统和平台可以互操作或集成。

■ 嵌入式智能。该规范应包括算法、功能和处理能力，这些功能和能力，决定了IIoT传感器、嵌入式智能和边缘计算应提供什么，以允许进行本地决策、事件检测或异常识别。

■ 远程管理和诊断。规范应说明哪些管理功能、协议和工具，是远程管理和配置IIoT传感器所必须的。

■ 增强的安全功能。规范应定义除传统传感器之外的高级安全功能，如加密通信、安全引导、可信硬件、VPN等。

■ 能源效率。规范应涵盖IIoT传感器的功率效率，传感器的能量管理也是必要的。

利用数据分析改进决策

在评估数据分析以改善SCADA系统决策时，有几个关键因素需要考虑。这些因素包括软件即服务（SaaS）和本地工具之间的选择、供应商支持、低代码与无代码解决方案的选择以及其它考虑因素。

SCADA的预测能力扩展到主动维护，允许及早发现潜在问题，以最大限度地减少停机时间和相关成本。这种积极主动的方法，可以确保及时的设备维修，防止代价高昂的故障，延长关键基础设施的寿命。归根结底，SCADA数据分析提供的不仅仅是效率，它还全面增强了运营弹性。

SaaS解决方案通常具备可扩展、灵活且前期成本低的优势；而本地部署方案更适合需要高度数据安全控制、深度定制化及满足严格监管合规要求的场景。评估供应商对SaaS和本地部署软件的支持至关重要，具体包括技术支持质量、问题响应速度及行业口碑。解决方案提供商必须对SCADA系统和现有基础设施有深入理解。

低代码和无代码解决方案是指允许用户以最少的编程知识或参与度，来开发软件应用程序或解决方案的平台或工具。低代码和无代码开发进一步加速了分析应用程序的开发周期及其在SCADA系统中的部署。例如让具备不同技术经验的一线用户直接参与流程。

鉴于数据分析任务的复杂性及所需的技术熟练度，低代码方案可为高技术性需求的解决方案提供更多定制化和灵活性空间；而无代码方案虽更易用，但会牺牲部分灵活性。

边缘计算和云服务的评估

在考虑实时决策时，特别是对于过程优化和高级控制，SMP需要评估典型工厂控制器当前和未来的技术能力，如可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制器系统（DCS）。边缘计算正成为目标工具，无论是作为IIoT传感器的数据收集器，还是作为与PLC、DCS和SCADA系统集成执行高级ML模型的接口。

评估SCADA与云计算服务集成的核心关联至关重要，建议包括以下几个关键因素：

■ 评估目标和范围。明确评估目的的定义，并确定希望追求但缺乏应对范围、标准和利益相关者的能力问题的陈述，以了解重新调整用户期望的适当机制。

■ 评估云计算服务和提供商。解释基于云的服务，在功能、成本、可用性和计算能力方面提供的服务类别。指出其它要点，如服务水平协议（SLA）和合规认证、数据中心的位置等。

■ 集成和迁移策略。了解供应商的集成策略、相关风险和步骤，以确保平稳过渡，并将现有运营的中断降至最低，包括灾难恢复计划和过渡期间的数据缺口。

■ SCADA系统使用云计算服务的利弊：优势通常包括可扩展性、弹性、成本效益、可靠性、安全性、集成能力和投资回报率；风险则需强调数据安全风险、合规问题、系统可靠性挑战、网络延迟及集成复杂性等。

将数字化转型纳入SCADA总体规

对于大多数制造企业来说，数字化转型已成为一项战略投资。在SCADA系统内进行数字化转型的企业应考虑以下实施步骤：

1.评估需求。了解利益相关者的需求，包括OT领域内外的利益相关者，对于整合符合所有需求和功能的新兴技术至关重要。

2.规划和战略制定。开发一个全面的SMP，无缝集成数字技术，同时解决运营需求和网络安全问题。这包括集成技术的综合战略、受影响的过程和对收益的期望，包括实施时间表和管理风险或挑战的计划。鉴于数字技术的整合，网络安全必须处于数字化转型战略的最前沿，以保护关键基础设施。

3.选择合适的技术和合作伙伴。选择在数字化转型和SCADA系统方面拥有成熟专业知识的技术合作伙伴，以确保平稳过渡和成功实施。选择具有专业知识、应用实践和支持能力的合作伙伴，是一项持续而深入的工作，不容忽视。

4.培训和技能发展计划。数字化转型的成功取决于员工有效使用和管理新技术的能力。这可能涉及正式的培训计划、培训或雇佣具有必要技能的人。为团队配备AI、数据分析和云技术方面的必要技能，以充分利用数字化转型的潜力。培养创新文化，鼓励一种拥抱变革、创新和持续学习的文化，以适应不断发展的数字环境。

关键概念：

■ 确定与将数字技术集成到 SCADA 系统相关的主要挑战，并探索有效解决这些问题的策略。

■ 了解在 SCADA 系统中成功实现数字化转型所需的技能和知识。

思考一下：

来源：控制工程中文版