工業(yè)邊緣計(jì)算的發(fā)展與趨勢(shì)
【摘要】
作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的核心技術(shù)和重要支撐，邊緣計(jì)算技術(shù)/產(chǎn)品在各領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛深入。工業(yè)領(lǐng)域?yàn)檫吘売?jì)算的落地提供了極佳的“土壤”，利用邊緣計(jì)算特性可以更好的輔助和推動(dòng)智能制造在傳統(tǒng)制造行業(yè)內(nèi)的實(shí)踐。
如何輕松理解“邊緣計(jì)算”
邊緣計(jì)算這個(gè)詞不是很好解釋，專業(yè)性的名詞經(jīng)常容易把人繞迷糊，對(duì)此，華為曾經(jīng)用了一個(gè)生動(dòng)的例子——章魚(yú)。
章魚(yú)神經(jīng)元分布（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
作為接近“邊緣計(jì)算”的形象化比喻，章魚(yú)的大腦作為中央節(jié)點(diǎn)，只處理約40%的信息，主要負(fù)責(zé)總體協(xié)同；剩余大部分信息則由章魚(yú)的觸手(相當(dāng)于邊緣節(jié)點(diǎn))獨(dú)立處理。
邊緣計(jì)算的結(jié)構(gòu)和章魚(yú)很相似，它是一種分布式計(jì)算，得到信息后無(wú)需把大量數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)端管理平臺(tái)，直接可以就近處理。
章魚(yú)神經(jīng)元分布（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
具體到我們熟悉的工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)中的邊緣計(jì)算是將云端的優(yōu)勢(shì)帶到了現(xiàn)場(chǎng)層。通過(guò)邊緣計(jì)算，能夠在工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)、質(zhì)量檢測(cè)等。
工業(yè)邊緣計(jì)算的發(fā)展歷程
2020年全球有超過(guò)500億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，超過(guò)40%的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行分析、處理與存儲(chǔ)。邊緣計(jì)算概念也成為了A股這波漲幅中，表現(xiàn)最好的板塊之一。邊緣計(jì)算所體現(xiàn)的不僅僅是一個(gè)新行業(yè)、新領(lǐng)域，更是5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等近端整體解決方案的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)能力。邊緣計(jì)算爆發(fā)趨勢(shì)已經(jīng)很明顯了。
對(duì)于這一火熱概念，也有人提出了疑問(wèn)：邊緣計(jì)算是否與工廠制造中企業(yè)已部署的SCADA系統(tǒng)的功能類似？已經(jīng)建立好的SCADA系統(tǒng)和控制系統(tǒng)能夠很好滿足自己的需求，為什么還要考慮邊緣計(jì)算？
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，SCADA的功能和架構(gòu)都已經(jīng)相當(dāng)成熟。SCADA重點(diǎn)在于“數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控”，致力于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)設(shè)備過(guò)程監(jiān)控、生產(chǎn)設(shè)備異常報(bào)警等。其應(yīng)用場(chǎng)景主要是中大型設(shè)備、線體、車間、全廠甚至跨地域的企業(yè)。
圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
雖然說(shuō)，功能的全面性上SCADA更強(qiáng)，但是如果現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常怎么辦？即使網(wǎng)絡(luò)沒(méi)問(wèn)題，海量數(shù)據(jù)上傳是否需要占用大量帶寬？就算網(wǎng)絡(luò)超級(jí)快，又是否需要所有數(shù)據(jù)都上傳后再運(yùn)算，再給現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)指令？出現(xiàn)問(wèn)題能否及時(shí)了解并解決？
02 各有側(cè)重，優(yōu)點(diǎn)不同 <<<<
對(duì)比來(lái)看，邊緣計(jì)算的用途是提供分析，SCADA系統(tǒng)重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，這是兩條不同的道路。工業(yè)邊緣計(jì)算的出現(xiàn)就是解決傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)不好處理、甚至解決不了的問(wèn)題。
例如，石油公司在某個(gè)地區(qū)分布著數(shù)百個(gè)石油鉆井平臺(tái)，而數(shù)據(jù)中心或云所在公司位于數(shù)百甚至數(shù)千英里之外。每個(gè)石油鉆井平臺(tái)都必須擁有能夠持續(xù)監(jiān)控和分析關(guān)鍵參數(shù)的系統(tǒng)，比如井壓指數(shù)水平，能夠識(shí)別何時(shí)存在超過(guò)臨界閾值的風(fēng)險(xiǎn)，從而讓工作人員立即采取措施緩解風(fēng)險(xiǎn)。如果讓這些數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)中心，再進(jìn)行分析并返回鉆井平臺(tái)進(jìn)行操作，這樣做可能會(huì)造成不合理的風(fēng)險(xiǎn)。
油田鉆井平臺(tái)（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）
如果數(shù)據(jù)能夠在接近產(chǎn)生數(shù)據(jù)的源頭進(jìn)行處理，意味著邊緣計(jì)算和分析可能不把所有的數(shù)據(jù)向云端發(fā)送，而是將一些數(shù)據(jù)就地處理，諸如數(shù)據(jù)過(guò)濾、數(shù)據(jù)集成等。邊緣系統(tǒng)可自行決定哪些數(shù)據(jù)要發(fā)送，向什么地方發(fā)送和什么時(shí)候發(fā)送。這樣能夠幫助工作人員快速解決工業(yè)設(shè)施通常會(huì)遇到的問(wèn)題。
傳統(tǒng)SCADA雖然能讓企業(yè)方便地監(jiān)控散布在各地的生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備儀表，然而隨著工業(yè)智能化落地場(chǎng)景的不斷增多，面對(duì)日趨增長(zhǎng)的數(shù)字化和智能化互聯(lián)協(xié)作需求，傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)卻力有不逮。
中國(guó)工程院院士鄔賀銓曾在《從5G 2C到5G 2B》演講中分享：
在過(guò)程監(jiān)控與生產(chǎn)管理級(jí)，SCADA起著關(guān)鍵作用。SCADA 位于管理調(diào)度層，采集監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)，接受事件驅(qū)動(dòng)，提供人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)告警處理、報(bào)表輸出及可視化、動(dòng)態(tài)模擬等。但本身和PLC協(xié)議開(kāi)放性均不足，需針對(duì)性配置參數(shù)與應(yīng)用程序才能實(shí)現(xiàn)PLC與SCADA通信。上位機(jī)的操作系統(tǒng)大都采用Windows，與底層不同，因此需與底層OT融合。
而邊緣計(jì)算可以將IT和OT的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，讓OT領(lǐng)域內(nèi)的人員的在底層便可以使用自動(dòng)化語(yǔ)言為上層的分析人員提供數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)分析專家則可以在底層直接獲取相關(guān)數(shù)據(jù)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，邊緣計(jì)算在其中起到的是橋梁的作用。
工業(yè)資產(chǎn)、系統(tǒng)、過(guò)程和環(huán)境的自動(dòng)化和監(jiān)控在制造業(yè)中越來(lái)越重要。為了實(shí)施更安全、效的實(shí)踐，各公司正在使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器自動(dòng)化其制造過(guò)程。物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，當(dāng)人工智能的力量與其相結(jié)合時(shí)，將產(chǎn)生有價(jià)值的見(jiàn)解，制造商可以利用這些見(jiàn)解提高運(yùn)營(yíng)效率。
邊緣計(jì)算，工業(yè)智能化的“搭檔”
作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的核心技術(shù)和重要支撐，邊緣計(jì)算技術(shù)/產(chǎn)品在各領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛深入。2021年國(guó)家部委出臺(tái)的諸多文件中都涉及邊緣計(jì)算，如《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中提到研發(fā)人工智能、5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等在工業(yè)領(lǐng)域的適用性技術(shù)，研發(fā)融合邊緣計(jì)算等新技術(shù)的新型裝備，在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中提到加強(qiáng)邊緣計(jì)算的研發(fā)與推廣。
在工業(yè)領(lǐng)域，邊緣計(jì)算的更好落地要以客戶的痛點(diǎn)或者價(jià)值場(chǎng)景為切入點(diǎn)。寄云科技業(yè)務(wù)領(lǐng)域廣泛的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑為其邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)的落地加分。通過(guò)邊緣計(jì)算技術(shù)，寄云科技提供了軟硬件一體的物聯(lián)網(wǎng)邊緣平臺(tái)—“邊緣智能一體機(jī)”，適用于中小規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，支持來(lái)自不同設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯聚，支持邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)同步；支持機(jī)器學(xué)習(xí)和AI分析模型的邊緣部署和實(shí)時(shí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高級(jí)數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)決策；提供工控安全增強(qiáng)的運(yùn)行環(huán)境，以容器化方式運(yùn)行各類基于平臺(tái)開(kāi)發(fā)和遠(yuǎn)程部署的工業(yè)App，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能監(jiān)控、設(shè)備故障預(yù)警與分析、網(wǎng)關(guān)集中管理等智能應(yīng)用。
工業(yè)級(jí)別的設(shè)計(jì)：
支持寬溫-40到70度工作環(huán)境、寬壓輸入9-30V、可支持導(dǎo)軌式安裝。
豐富的應(yīng)用：
內(nèi)嵌基礎(chǔ)服務(wù)、寄云工業(yè)互聯(lián)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用可以部署到多個(gè)邊緣智能一體機(jī)。
邊云協(xié)同：
可被物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)統(tǒng)一管理、上傳數(shù)據(jù)至平臺(tái)、同步配置、應(yīng)用及算法模型。
邊緣計(jì)算能力：
提供實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、復(fù)雜指標(biāo)計(jì)算、豐富告警策等。
開(kāi)放能力：
提供容器化的開(kāi)放平臺(tái)、對(duì)外提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。
安全可靠：
經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行考驗(yàn)、支持TLS數(shù)據(jù)傳輸加密、第三方安全廠商合作等多重安全防護(hù)。
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