邊緣計(jì)算提升制造業(yè)企業(yè)的成本效率

一、圍繞制造的本質(zhì)解決問題

對于制造業(yè)企業(yè)而言，運(yùn)營水平可以用盈利能力來評估，進(jìn)而分解為高成本效率的生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，即，穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)以及成本的不斷下降，快速的交付能力，即，質(zhì)量，成本與交付是制造業(yè)的核心話題，而對于智能制造則在于解決“全局協(xié)同”過程中的材料、時間、能耗等的優(yōu)化，進(jìn)而進(jìn)一步提升成本效率空間。

就產(chǎn)品的加工品質(zhì)、速度而言，在成本約束條件下已經(jīng)發(fā)揮到極致，因此，新的優(yōu)化空間來自于“集成”與“協(xié)同”，另一個維度則在于個性化帶來的挑戰(zhàn)，為了解決協(xié)同的成本優(yōu)化以及個性化給生產(chǎn)帶來的成本效率難題，信息流匯集并進(jìn)行全局優(yōu)化是邊緣計(jì)算的核心問題。

圖1-回歸制造的本質(zhì)解決運(yùn)營水平問題（優(yōu)也信息科技）

如圖1，來自優(yōu)也大數(shù)據(jù)傅源女士，數(shù)據(jù)包括了基礎(chǔ)的生產(chǎn)經(jīng)營改善、運(yùn)營中的、機(jī)器設(shè)備的健康管理、然后到全局尋優(yōu)，再到最終的自主化，具有學(xué)習(xí)分析與決策能力，這個過程中會遇到基于數(shù)據(jù)的各種任務(wù)。這些任務(wù)就是邊緣計(jì)算所聚焦的，除了基礎(chǔ)的控制外，包括數(shù)據(jù)的連接、匯集、存儲、呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)等各種層級的問題，需要由邊緣計(jì)算來進(jìn)行完成，因此，邊緣計(jì)算并非是一個計(jì)算問題，而是圍繞任務(wù)而一系列的架構(gòu)與規(guī)范接口問題。

二、數(shù)據(jù)連接，打通IT與OT的關(guān)鍵

不得不說，在推進(jìn)邊緣計(jì)算中遇到的第一個障礙是“連接問題”，IT世界訪問OT世界并非想象那么容易，即使在總線技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的30年后，圖2是世界經(jīng)濟(jì)論壇2014年對北美、歐洲、總體關(guān)于IoT推進(jìn)的難點(diǎn)的調(diào)研評估，雖然并非是新的結(jié)果，但就實(shí)而言，卻并未過時。

圖2-世界經(jīng)濟(jì)論壇2014年就IoT發(fā)展的難點(diǎn)調(diào)研報(bào)告

缺乏互操作標(biāo)準(zhǔn)是影響數(shù)據(jù)“流暢”訪問的關(guān)鍵，在單獨(dú)的機(jī)器上，各個現(xiàn)場總線或基于實(shí)時以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)都可以流暢訪問，但是，在機(jī)器與機(jī)器之間，需要“協(xié)同”的時候，數(shù)據(jù)卻被不同的總線割裂為孤島，而打破孤島似乎提了很多年，然而，在現(xiàn)實(shí)的工廠中仍然是無法達(dá)到的。

圖3-現(xiàn)場總線發(fā)展的發(fā)展

對于IT廠商而言訪問OT的設(shè)備遇到總線的障礙，因?yàn)槟愕脼槊總€總線開發(fā)接口轉(zhuǎn)換硬件，并寫驅(qū)動，即使實(shí)時以太網(wǎng)在物理上保持了一致，但依然需要寫變量地址表的映射與讀取程序，而這一切使得IT與OT之間的訪問變得沒有“經(jīng)濟(jì)性”—這是非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，技術(shù)能否被推動的關(guān)鍵正在于此，若缺乏經(jīng)濟(jì)性，那么無論是技術(shù)提供商還是用戶，都無法從中獲益，那么就無法推進(jìn)。

OPC UA和TSN被賦予了這一歷史責(zé)任，作為IEC62451標(biāo)準(zhǔn)，OPC UA被RAMI4.0、IIRA等制定為語義互操作層面的規(guī)范，它解決了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的各個主體之間可以通過相同的語義對話。

TSN則解決了在網(wǎng)絡(luò)中，OT周期性控制任務(wù)所需的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，以及IT大容量非周期性數(shù)據(jù)的傳輸問題，通過VLAN交換機(jī)，在TSN網(wǎng)絡(luò)可以傳輸兩種不同的數(shù)據(jù)，而離開TSN網(wǎng)絡(luò)則可以通過標(biāo)準(zhǔn)的Internet方式傳輸數(shù)據(jù)，這帶來最大的好處在于IT可以對OT的透明訪問。

圖3反映了這一過程的發(fā)展。

三、邊緣計(jì)算的垂直層級

圖4則是一個現(xiàn)場采集站（基于OPC UA TSN）的邊緣節(jié)點(diǎn)（Edge Node）到一個控制（Embedded Edge Controller），它可以實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)安與匯總到邊緣計(jì)算服務(wù)器（Edge Computing）然后通過OPC UA/MQTT等到云端的垂直應(yīng)用過程。

圖4-邊緣計(jì)算的垂直架構(gòu)與技術(shù)應(yīng)用

除了物理可見的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，數(shù)據(jù)如何被應(yīng)用也是整個問題的關(guān)鍵，對于工廠而言，邊緣計(jì)算主要在于實(shí)現(xiàn)本地的一些應(yīng)用，這可能包括的應(yīng)用如下：

（1）.數(shù)據(jù)匯集與協(xié)同的應(yīng)用

對于最為典型的工廠應(yīng)用如OEE計(jì)算，需要將品質(zhì)、機(jī)器運(yùn)行時間相關(guān)參數(shù)、稼動率等計(jì)算并實(shí)時顯示給工廠管理級，以便全局觀測狀態(tài)。

（2）.規(guī)劃與分析問題

對于很多工廠應(yīng)用而言，需要考慮在線的規(guī)劃問題，如玻璃切割，如何在線檢測，劃分等級，并對其進(jìn)行按照CRM中的系統(tǒng)訂單進(jìn)行規(guī)劃，以便把不同等級的玻璃按照需要進(jìn)行切割處理，并分流到不同的包裝線，而對于印刷工廠而言，如何把不同訂單實(shí)現(xiàn)重組，以獲得最小的材料浪費(fèi)，這些都是邊緣側(cè)的應(yīng)用需要解決的問題。

（3）.數(shù)據(jù)呈現(xiàn)問題