邊緣技術(shù)在創(chuàng)建工業(yè)4.0解決方案中的重要性

邊緣技術(shù)被視為創(chuàng)建工業(yè)4.0解決方案的關(guān)鍵要素。在邊緣處理更多數(shù)據(jù)，可以帶來(lái)更高的運(yùn)營(yíng)效率和更低的成本等優(yōu)勢(shì)。

期望成功部署工業(yè)4.0 的制造企業(yè)會(huì)發(fā)現(xiàn)，邊緣技術(shù)可以提供更好的幫助。隨著在各種行業(yè)中邊緣計(jì)算越來(lái)越流行，很多專家也認(rèn)同這種說(shuō)法。因此，邊緣技術(shù)被視為創(chuàng)建工業(yè)4.0 解決方案的關(guān)鍵要素之一。在邊緣處理更多數(shù)據(jù)，可以帶來(lái)更高的運(yùn)營(yíng)效率、更好的決策、更低的成本等優(yōu)勢(shì)。

邊緣技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)邊緣使用的計(jì)算設(shè)備和服務(wù)，它們靠近正在收集的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)在源頭附近被管理、分析、情境化和清理，它可以以更有效的方式在系統(tǒng)中傳輸，從而節(jié)省資源和成本。新的邊緣設(shè)備可能會(huì)配置獲得許可的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件和嵌入式消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT），可以更方便地從邊緣收集和發(fā)送更多數(shù)據(jù)。

“ 在邊緣處理數(shù)據(jù)具有諸多好處。”Inductive Automation 銷售工程副總監(jiān)TravisCox表示：“速度快，可以更快地訪問(wèn)更多數(shù)據(jù)。確保本地連接性，在中央系統(tǒng)出現(xiàn)連接問(wèn)題時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

邊緣還有助于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；??？梢栽谶吘夁M(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并使用一些簡(jiǎn)單的算法進(jìn)行監(jiān)控，在某些工況下，還可以將信息寫(xiě)回可編程邏輯控制器（PLC）。我們可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）構(gòu)建模型，以便在邊緣即時(shí)做出決策。例如，預(yù)測(cè)故障或調(diào)整工藝。”

邊緣計(jì)算可以在整個(gè)架構(gòu)內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行更好地監(jiān)控，并提供更大的靈活性。它可以在設(shè)備出現(xiàn)故障之前報(bào)警，提高安全性，并且更易于管理和維護(hù)。

它還可以成為自動(dòng)化程度更高、效率更高系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從而可以更快地響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。邊緣技術(shù)可以將數(shù)據(jù)持續(xù)發(fā)送到云端，然后在云端將數(shù)據(jù)輸入到更深層次的分析、ML 和人工智能（AI）應(yīng)用中。

“如果沒(méi)有邊緣計(jì)算，我認(rèn)為不可能真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0?！毕到y(tǒng)集成公司CorsoSystems的總裁Alex Marcy 說(shuō)，“邊緣計(jì)算提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性。由于它容易部署，邊緣計(jì)算更易于進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！钡统杀?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件、更高效的通信和更高的靈活性，是邊緣計(jì)算對(duì)工業(yè)4.0 產(chǎn)生影響的關(guān)鍵部分。

▎邊緣計(jì)算改善了石油和天然氣以及許多其它行業(yè)的運(yùn)營(yíng)。

成本更低，速度更快

邊緣計(jì)算的崛起，得益于當(dāng)今功能更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和更低的總擁有成本。以前，在邊緣安裝一批功能強(qiáng)大、無(wú)風(fēng)扇、堅(jiān)固耐用的邊緣計(jì)算機(jī)的成本非常高?，F(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)的價(jià)格越來(lái)越便宜，人們可以買(mǎi)到高端、功能更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)，如果批量采購(gòu)價(jià)格更優(yōu)，性價(jià)比很高。

必須對(duì)邊緣技術(shù)進(jìn)行管理， 但現(xiàn)在比過(guò)去幾年更容易了?！坝懈嗟墓芾砥脚_(tái)，”Cox說(shuō)，“我們正在考慮利用集成裝置，如Docker，那里有管理設(shè)施，可以用其對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理。因?yàn)橛?jì)算成本已經(jīng)下降，再加上這些管理工具，現(xiàn)在這么做要比10 年前容易得多?！?/p>

在降低成本方面，還有其它幾個(gè)因素有利于實(shí)施邊緣計(jì)算。Corso Systems 的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Brian McClain 表示，有多種方式，其中包括技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的硬件。傳統(tǒng)上，在使用專有運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）系統(tǒng)的制造工廠中，這些系統(tǒng)需要一個(gè)不斷增長(zhǎng)的、更強(qiáng)健的服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)——硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、安全和信息技術(shù)（IT）。然后還需要考慮硬件設(shè)備、軟件、許可、以及支持這些系統(tǒng)的資源和工程師的成本。因此，工業(yè)4.0 通過(guò)更多地轉(zhuǎn)向邊緣計(jì)算和服務(wù)，并連接到云，來(lái)降低成本。

這是個(gè)好消息，但還不止這些。Cox 說(shuō)：“您還可以更快地進(jìn)行擴(kuò)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，管理和維護(hù)也更容易。您肯定不希望將1000臺(tái)邊緣設(shè)備布置好后，然后還需要親自前往每臺(tái)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行管理。也不想驅(qū)車(chē)去現(xiàn)場(chǎng)，親自連接并嘗試管理這些邊緣設(shè)備。您希望可以同時(shí)將此解決方案部署到所有設(shè)備。這就是現(xiàn)在的技術(shù)所能做的，效率更高。”

Marcy也同意這個(gè)說(shuō)法?！敖裉欤梢蚤_(kāi)箱即用，使用帶有MQTT的設(shè)備，它可以包括SCADA軟件和許可證。您只需簡(jiǎn)單點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，就可以將其連接起來(lái)，并啟動(dòng)和運(yùn)行邊緣計(jì)算，而無(wú)需自己構(gòu)建。”

邊緣計(jì)算機(jī)還可以與其他工廠的計(jì)算機(jī)連接。邊緣設(shè)備可以相互通信，在不同地點(diǎn)共享數(shù)據(jù)也帶來(lái)諸多好處，但兩個(gè)工廠之間的連接仍存在中斷的風(fēng)險(xiǎn)。邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)，也可以與供應(yīng)鏈或其它合作伙伴共享。這可以加快交互，幫助企業(yè)在與合作伙伴協(xié)商時(shí)做出更好的決策，并確保每個(gè)人查看的數(shù)據(jù)都是一樣的。利用先進(jìn)的邊緣技術(shù)，比以往任何時(shí)候都更容易實(shí)現(xiàn)這些鏈接。

邊緣計(jì)算的普及率正在提高

越來(lái)越多的企業(yè)逐步意識(shí)到邊緣計(jì)算的價(jià)值。Marcy 說(shuō)：“我認(rèn)為人們?cè)絹?lái)越了解這些可能性?，F(xiàn)在與2015 年或2016 年相比，邊緣計(jì)算的市場(chǎng)知名度要高得多。實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的技術(shù)和應(yīng)用確實(shí)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。最重要的是，客戶要求的是邊緣計(jì)算提供的解決方案，即使他們并沒(méi)有特意指明?！?/p>

Cox認(rèn)為，現(xiàn)在人們對(duì)這些的接受度更高。大家非常關(guān)注發(fā)展趨勢(shì)，以及在云端可做些什么。

McClain預(yù)測(cè)邊緣計(jì)算將繼續(xù)幫助實(shí)現(xiàn)更大的IT/OT融合的趨勢(shì)。許多系統(tǒng)仍然是專有的， 對(duì)I T 并不友好?！?在討論解決IT/OT融合問(wèn)題時(shí)，大量采用這些邊緣技術(shù)以及隨之而來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化，確實(shí)有助于將這兩個(gè)不同群體結(jié)合在一起，并有助于實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)，這是真正需要解決的問(wèn)題，可以將制造業(yè)提升到一個(gè)新的水平?！?/p>

MQTT是邊緣計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵部分，因?yàn)樗绕渌ㄐ艆f(xié)議需要的帶寬要少得多。MQTT使用的發(fā)布/ 訂閱模型，使數(shù)據(jù)可用于每個(gè)需要它的實(shí)體：從工廠車(chē)間運(yùn)行人員到經(jīng)理，從移動(dòng)人員到高層管理人員，再到其它業(yè)務(wù)部門(mén)。在出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行報(bào)告，而不是一遍又一遍地報(bào)告相同的信息，也就不會(huì)浪費(fèi)帶寬。它還非常靈活，可以輕松地以任何格式發(fā)送任何類型的數(shù)據(jù)。

此外，MQTT還具有安全優(yōu)勢(shì)。如果人們遵循正確的程序，邊緣設(shè)備通常具有很強(qiáng)的安全性。Cox 說(shuō)：“現(xiàn)在，有更多的技術(shù)和加密技術(shù)可以利用。我認(rèn)為邊緣技術(shù)實(shí)際上提高了安全性，尤其是在棕地設(shè)施，因?yàn)槲覀兛梢詫⑦吘売?jì)算機(jī)布置在PLC 之前。它可以位于專用網(wǎng)絡(luò)上，并且該計(jì)算機(jī)可以有兩個(gè)以太網(wǎng)適配器，一個(gè)用于本地連接到PLC，另一個(gè)用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)或其它任何地方。

在該網(wǎng)絡(luò)上，如果不通過(guò)這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就不能直接與PLC 對(duì)話。而且，如果通過(guò)防火墻和其它方式鎖定操作，安全性就會(huì)比以前高得多?！?/p>

在邊緣收集數(shù)據(jù)

Xocean是一家愛(ài)爾蘭公司，擁有一支從海洋收集數(shù)據(jù)的無(wú)人船隊(duì)。它的客戶遍布世界各地，他們的船采用了邊緣技術(shù)，包括MQTT。在以前，Xocean 公司的解決方案是很難實(shí)施的，但現(xiàn)在可以輕松實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閺?qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以把輕量級(jí)、經(jīng)濟(jì)高效的計(jì)算機(jī)配置在邊緣。

在每艘船上，Xocean公司都配置了一臺(tái)嵌入式計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)相連，通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)以MQTT高效地將數(shù)據(jù)發(fā)布回中央系統(tǒng)，在那里可以查看數(shù)據(jù)，并且可以管理數(shù)據(jù)。”要想完美地實(shí)施這些項(xiàng)目必須有MQTT技術(shù)，還得有蜂窩技術(shù)，以及具有強(qiáng)大、快速的計(jì)算能力，此外，還需要具有成本效益和堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)。

另一家系統(tǒng)集成公司MartinCSI，為石油天然氣行業(yè)的客戶成功實(shí)施了邊緣應(yīng)用。該項(xiàng)目從40 輛服務(wù)車(chē)收集數(shù)據(jù)，輕松地將其發(fā)送到云端和移動(dòng)設(shè)備。數(shù)據(jù)包括每輛車(chē)的大約20 個(gè)運(yùn)營(yíng)變量，如絞盤(pán)深度、扭矩和速度，以及燃油節(jié)約、工作時(shí)間和維護(hù)警報(bào)等。

這是一個(gè)很好的例子，在新建的“綠地”項(xiàng)目中采用了全新的PLC和控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)從根本上說(shuō)是建立在開(kāi)放、安全的標(biāo)準(zhǔn)之上。Cox 說(shuō),“客戶能夠迅速地從中受益，并建立一些非常強(qiáng)大、令人驚嘆的應(yīng)用，特別是利用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

在云中擁有所有這些技術(shù)對(duì)公司來(lái)說(shuō)是一種輕而易舉的事情，他們能更快速地看到好處和帶來(lái)的價(jià)值。

Corso曾與一家公司合作， 該公司在世界各地為高爾夫球場(chǎng)和農(nóng)業(yè)設(shè)施提供泵站。該公司希望將其所有數(shù)據(jù)都放到云中。Corso 使用Raspberry Pis、MQTT 和邊緣計(jì)算創(chuàng)建了一個(gè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)客戶的目標(biāo)。它包括一個(gè)地圖系統(tǒng)，允許技術(shù)人員從世界任何地方進(jìn)行故障排除，而無(wú)需親自前往事故發(fā)生地。系統(tǒng)提供狀態(tài)、報(bào)警和其它數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。

“通過(guò)訂閱和減少技術(shù)支持的成本，有助于為客戶提供全新的收入來(lái)源?！盡arcy 說(shuō)：“同時(shí)也為他們提供了最新的可視性和報(bào)告監(jiān)督?！币坏┛蛻艨吹竭吘売?jì)算的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)的真實(shí)效果，他們就會(huì)發(fā)現(xiàn)之前的投入是值得的。

關(guān)鍵概念：

■ 對(duì)于希望從工業(yè)4.0 獲益的公司來(lái)說(shuō)，在邊緣收集數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

■ 邊緣計(jì)算的受歡迎程度正在上升，因?yàn)榧夹g(shù)變得更便宜，用戶更容易獲得。

思考一下：

邊緣技術(shù)如何賦能工業(yè)4.0 ？

審核編輯：劉清