小議邊緣計(jì)算及其在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

一、背景

隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G等信息技術(shù)迅猛發(fā)展，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能物流、智能制造、智慧交通、智慧旅游、智慧建造等應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，傳感器、攝像頭、工業(yè)機(jī)器人、智能終端、智能加工設(shè)備等各類采集設(shè)備大量應(yīng)用，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力已成為影響工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用深度和廣度的重要因素。

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量的繼續(xù)增加以及數(shù)據(jù)處理多樣化的要求，基于云端的大數(shù)據(jù)處理面臨諸多挑戰(zhàn)，在諸多場景下要求進(jìn)行實(shí)時(shí)地、安全地處理和反饋，且是低延時(shí)，而云端處理需要較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源、存儲(chǔ)處理成本，面臨較大的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，并且難以保證低延時(shí)及實(shí)時(shí)性，這推動(dòng)了靠近設(shè)備端的計(jì)算，即邊緣計(jì)算的不斷發(fā)展。

二、邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺(tái)，就近提供最近端服務(wù)。邊緣計(jì)算處于物理實(shí)體和工業(yè)連接之間，在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，在業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面提供服務(wù)，支持云端計(jì)算的調(diào)用。作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的重要組成部分，邊緣計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)通信、平臺(tái)應(yīng)用等方面提供計(jì)算服務(wù)，極大地拓展了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)收集和管理數(shù)據(jù)的范圍和能力。

(1)網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算

在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)部署邊緣計(jì)算模塊，構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的分布式開放體系，支持對現(xiàn)有生產(chǎn)端的MES、ERP、CPS、傳感器、攝像頭等數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣層采集。通過邊緣計(jì)算能夠“就近”提供邊緣智能服務(wù)，滿足工業(yè)在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、安全與隱私保護(hù)等方面的需求。

(2)平臺(tái)邊緣計(jì)算

開展平臺(tái)邊緣計(jì)算智能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、分布式計(jì)算任務(wù)調(diào)度、邊云協(xié)同策略、邊緣計(jì)算智能算法和模塊等建設(shè)，在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣側(cè)進(jìn)行映射，負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與業(yè)務(wù)快速優(yōu)化，滿足工業(yè)在虛擬化和資源抽象、超低時(shí)延數(shù)據(jù)感知、邊云協(xié)同、輕量級機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用等方面的需求。

三、邊緣計(jì)算的應(yīng)用

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，邊緣計(jì)算可支持生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)化、設(shè)備互聯(lián)互通、輕量級集成等應(yīng)用。

(1)生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)化

邊緣計(jì)算可在短時(shí)間內(nèi)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料采購、生產(chǎn)制造、銷售和物流等多個(gè)來源采集數(shù)據(jù)，通過邊緣層數(shù)據(jù)計(jì)算并進(jìn)行分析整理，獲取各個(gè)場所的生產(chǎn)作業(yè)情況，對存在問題的工序或環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)警，數(shù)據(jù)無需傳到云端進(jìn)行計(jì)算分析，為后續(xù)環(huán)節(jié)提供實(shí)時(shí)性提示，并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再計(jì)算和分析，提出后續(xù)作業(yè)優(yōu)化方案及改進(jìn)建議。

(2)設(shè)備互聯(lián)互通

邊緣計(jì)算收集系統(tǒng)間實(shí)時(shí)通信需求和服務(wù)質(zhì)量要求，運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度算法，轉(zhuǎn)化為對TSN交換機(jī)和5G網(wǎng)絡(luò)的配置，支持多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸。在保證信息安全基礎(chǔ)上，不僅把支持傳統(tǒng)接口和協(xié)議的設(shè)備接入邊緣計(jì)算平臺(tái)，而且通過引入數(shù)據(jù)抽象層，使得不能直接互聯(lián)互通的設(shè)備基于邊緣計(jì)算進(jìn)行互聯(lián)互通，邊緣計(jì)算的低延遲性能可以保證設(shè)備間的實(shí)時(shí)橫向通信。

(3)輕量級升級

在不對自動(dòng)化裝備進(jìn)行大規(guī)模升級的情況下，通過增加邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算平臺(tái)和必要的邊緣數(shù)據(jù)采集終端，可以有效提高制造工廠的數(shù)字化水平，加強(qiáng)數(shù)據(jù)在制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的流動(dòng)，基于邊緣計(jì)算平臺(tái)的微服務(wù)架構(gòu)，可以將大量實(shí)時(shí)規(guī)劃、優(yōu)化排版、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷和分析、AGV調(diào)度等功能封裝在邊緣應(yīng)用程序上，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的解耦及智能應(yīng)用。

四、應(yīng)用建議

(1)做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，著力需求牽引

企業(yè)應(yīng)結(jié)合數(shù)字化應(yīng)用場景，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣層、設(shè)施層、平臺(tái)層、應(yīng)用層等深入研究，梳理可能的邊緣場景，以需求為牽引，優(yōu)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方案，做好頂層數(shù)字化規(guī)劃設(shè)計(jì)，深化邊緣計(jì)算技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的應(yīng)用，提升邊緣數(shù)據(jù)采集能力、計(jì)算能力和協(xié)同能力，逐步夯實(shí)應(yīng)用基礎(chǔ)。

(2)加快平臺(tái)建設(shè)，深化應(yīng)用基礎(chǔ)

企業(yè)應(yīng)深化邊緣計(jì)算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的應(yīng)用，將邊緣計(jì)算模塊工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通體系，通過邊緣計(jì)算提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集能力、處理效率和響應(yīng)及時(shí)性，提升敏感數(shù)據(jù)的安全性，推進(jìn)工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)互通，提升自組織生產(chǎn)、智能排產(chǎn)、自動(dòng)化作業(yè)等能力。

(3)加強(qiáng)運(yùn)維服務(wù)，提升保障能力

企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)人才培養(yǎng)及運(yùn)維團(tuán)隊(duì)建設(shè)，加大邊緣計(jì)算的研究和應(yīng)用力度，推進(jìn)邊緣計(jì)算與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，安排專人保障平臺(tái)建設(shè)及運(yùn)維，提升邊緣計(jì)算運(yùn)維和技術(shù)保障力度，加強(qiáng)對邊緣計(jì)算模塊日常運(yùn)行情況、安全隱患情況、數(shù)據(jù)處理情況、數(shù)據(jù)傳輸情況等檢查，確保邊緣計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

五、結(jié)語

邊緣計(jì)算是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)支撐，作為新型的數(shù)據(jù)計(jì)算架構(gòu)和組織形態(tài)，邊緣計(jì)算擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的范疇，將計(jì)算從云中心擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣，為用戶就近提供智能服務(wù)。隨著邊緣計(jì)算的不斷發(fā)展，其在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮的作用將更加突出。

新聞名稱：小議邊緣計(jì)算及其在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
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