● 邊緣計(jì)算(Edge Computing)像是一個(gè)趕時(shí)髦的詞，但是，隨著兩化融合與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，我們注意到了在邊緣側(cè)的計(jì)算需求正在變得旺盛—并且，邊緣計(jì)算也像它的名字一樣，它是IT與OT世界融合的邊緣。
● 邊緣計(jì)算是什么不重要—重要的它帶給我們什么?哪些我們可以從這種計(jì)算中獲益的方向?
● 貝加萊是先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，這也使得他一直走在技術(shù)的前沿，邊緣計(jì)算是IT與OT融合的前沿。
今天，智能時(shí)代各種概念層出不窮，例如邊緣計(jì)算就是一個(gè)剛剛開(kāi)始進(jìn)入流行階段的方向，它究竟意味著什么?它對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)將會(huì)體現(xiàn)在哪里?如何實(shí)現(xiàn)它，本文以貝加萊的邊緣計(jì)算架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)為例，為產(chǎn)業(yè)界的朋友分享我們對(duì)于智能制造的認(rèn)識(shí)，以及邊緣計(jì)算在智能制造中所扮演的角色。
1. OICT融合的時(shí)代
智能時(shí)代的制造業(yè)將需要通過(guò)OICT的融合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析，以實(shí)現(xiàn)最終對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的品質(zhì)、能耗、維護(hù)等的優(yōu)化，提高整體的效率，這是整個(gè)智能制造的戰(zhàn)略層面所需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，這一切的目標(biāo)必須基于設(shè)備的連接與數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)來(lái)達(dá)到。
圖1闡述了整個(gè)OICT融合的框架，從底層的傳感器、變送器、儀表傳送的數(shù)據(jù)通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的處理，而另一方面，這些參數(shù)也會(huì)用于與生產(chǎn)整體優(yōu)化的應(yīng)用。
圖1-基于OICT融合的應(yīng)用場(chǎng)景架構(gòu)
1.1 邊緣計(jì)算扮演什么樣的角色呢?
簡(jiǎn)單的理解，自動(dòng)化技術(shù)是基于信號(hào)的控制，而邊緣計(jì)算則是基于信息的控制—這是一個(gè)包含了策略優(yōu)化、路徑規(guī)劃、分析等應(yīng)用場(chǎng)景，為何采用邊緣計(jì)算模式，又與任務(wù)的處理周期有關(guān)。
1.2 與時(shí)間處理有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)分層
圖2顯示了從OT的現(xiàn)場(chǎng)控制到邊緣節(jié)點(diǎn)再到云對(duì)于任務(wù)的時(shí)間需求變化，而貝加萊可以通過(guò)OPC UA與其它邊緣計(jì)算系統(tǒng)、云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，可以選擇自有的系統(tǒng)架構(gòu)，也可以對(duì)接第三方的系統(tǒng)。
圖2-不同層級(jí)的數(shù)據(jù)連通
從圖2可以看出，邊緣計(jì)算處理的與自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)的高速響應(yīng)達(dá)到μS級(jí)的響應(yīng)不同，在mS這個(gè)級(jí)別，而云計(jì)算則處理的是更為大的時(shí)間周期的數(shù)據(jù)，如秒、分鐘、小時(shí)、天、月。
2. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)
IIoT-工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也被認(rèn)為是未來(lái)最為重要的實(shí)現(xiàn)智能制造的手段，包括了德國(guó)工業(yè)4.0組織在其智能制造中也將IIoT作為整個(gè)架構(gòu)的重要一環(huán)，IIC作為重要的推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的力量，也發(fā)布了其針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，而對(duì)于中國(guó)，ECC也將為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供實(shí)現(xiàn)路徑。目前，這些組織間的交流也變得緊密，并出現(xiàn)了明顯的技術(shù)融合跡象。
2.1 邊緣計(jì)算的目標(biāo)與功能
邊緣計(jì)算本身即是實(shí)現(xiàn)IIoT的一個(gè)重要方向，圖3顯示了邊緣計(jì)算所關(guān)注的問(wèn)題：
圖3-邊緣計(jì)算的功能與目標(biāo)
邊緣計(jì)算是一個(gè)較為全局的概念，它包括了(1)數(shù)據(jù)的感知(傳感技術(shù))，以及數(shù)據(jù)的(2)采集(總線連接)，包括數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)與管理，并在其基礎(chǔ)上(3)分析(數(shù)據(jù)處理)，并且由此實(shí)現(xiàn)控制，而這里的控制—更多的是在策略、優(yōu)化、規(guī)劃問(wèn)題級(jí)的大范圍的控制，亦或歸于系統(tǒng)控制。
2.2 IIoT的價(jià)值
圖4-IIoT為制造業(yè)帶來(lái)的價(jià)值
圖4顯示了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT所要為智能工廠所帶來(lái)的價(jià)值，包括在提升資產(chǎn)使用效率、有效的維護(hù)、減少當(dāng)機(jī)等方面的貢獻(xiàn)。
3. 邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)(EdgeNodes)
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠的數(shù)據(jù)采集并實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的任務(wù)，貝加萊為這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景提供了OrangeBox和APROL兩個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案，當(dāng)然，OrangeBox和APROL可以無(wú)縫集成，只是OrangeBox更為傾向于小型的、老舊的工廠，而APROL則更為側(cè)重于針對(duì)大型、新的工廠數(shù)據(jù)采集。
3.1 為老舊工廠所提供的邊緣節(jié)點(diǎn)
OrangeBox是基于貝加萊Panel PC或X20系列PLC與基于mapp的軟件功能所集成的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方案：
(1)數(shù)據(jù)采集：借助于貝加萊的I/O模塊豐富的種類，OrangeBox可以采集各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù);
(2)通過(guò)各種總線模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)具有總線接口的設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，貝加萊的開(kāi)放互聯(lián)支持Profibus、Modbus、DeviceNet、CAN等傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線以及基于以太網(wǎng)的如POWERlink、Profinet、Ethernet/IP等。
(3)mapp軟件的強(qiáng)大功能：mapp中強(qiáng)大的mappOEE、mappEnergy、mappAudit等可以為現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備提供在OEE、能源監(jiān)測(cè)、維護(hù)、審計(jì)追蹤方面的服務(wù)。
圖5-OrangeBOX的數(shù)據(jù)集成能力
圖5顯示了OrangeBox具有的功能，如OEE、PackML-針對(duì)包裝工業(yè)的數(shù)據(jù)采集，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器到MES的數(shù)據(jù)互聯(lián)，Euromap實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)與MES等管理系統(tǒng)的互聯(lián)。
3.2 基于APROL的邊緣計(jì)算架構(gòu)
圖6是基于APROL的邊緣計(jì)算架構(gòu)，APROL內(nèi)部提供了過(guò)程數(shù)據(jù)采集PDA(ProcessData Acquisition) 和能源監(jiān)測(cè)的EnMon(EnergyMonitoring)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)ConMon(Condition Monitoring)、以及用于過(guò)程控制的APC/MPC集成能力。
圖6-基于APROL的邊緣計(jì)算架構(gòu)
4.邊緣計(jì)算應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)
圖7以塑料行業(yè)的設(shè)備互聯(lián)為例，描述了邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過(guò)Euromap77來(lái)提供參數(shù)，為MES系統(tǒng)所訪問(wèn)，各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)MQTT/AMQP方式為云平臺(tái)所采集，并通過(guò)云存儲(chǔ)、分析方式為集團(tuán)下的各個(gè)工廠提供數(shù)據(jù)優(yōu)化與分析，并改善生產(chǎn)的質(zhì)量、成本與能耗。
通過(guò)EUROMAP的集成，邊緣節(jié)點(diǎn)可以提供以下數(shù)據(jù)信息給MES/ERP等上層系統(tǒng)。
● 關(guān)于注塑機(jī)的通用信息(制造商,型號(hào),序列號(hào)等)，當(dāng)前配置和IMM狀態(tài)包括模具、注射單元、功率單元以及在機(jī)器上相關(guān)改變的日志。
● 作業(yè)管理：機(jī)器運(yùn)行期間的作業(yè)信息以及生產(chǎn)循環(huán)的參數(shù)，以及從MES到IMM的傳送作業(yè)信息并啟動(dòng)生產(chǎn)的方法。
● 數(shù)據(jù)集管理：IMM存儲(chǔ)相關(guān)配置的信息叫數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)包括了與IMM相關(guān)的額定工藝參數(shù)(時(shí)間，溫度，壓力)，同時(shí)也包括了安裝的機(jī)械手系統(tǒng)，EUROMAP 77.2允許信息在IMM和MES之間進(jìn)行傳輸，用于構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)集知識(shí)庫(kù)。
圖7-邊緣計(jì)算為注塑工廠實(shí)現(xiàn)架構(gòu)
5.貝加萊邊緣計(jì)算架構(gòu)
貝加萊為邊緣計(jì)算提供了整個(gè)集成能力的實(shí)現(xiàn)，包括了底層的POWERlink—提供μS級(jí)的數(shù)據(jù)采集與控制需求，通過(guò)OPC UA接口實(shí)現(xiàn)μS-mS級(jí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅ㄟ^(guò)開(kāi)放的接口提供面向云平臺(tái)更長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)傳輸。
圖8-貝加萊邊緣計(jì)算產(chǎn)品族
圖8顯示了貝加萊在產(chǎn)品級(jí)提供的支撐，通過(guò)具有現(xiàn)場(chǎng)采集能力的I/O、總線控制器，可以將數(shù)據(jù)通過(guò)各種總線(RS485/CAN/Profibus/Modbus等)以及基于以太網(wǎng)的總線方式傳輸至于嵌入式控制器—這些控制器作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、產(chǎn)線的邊緣節(jié)點(diǎn)匯總數(shù)據(jù)。而對(duì)于Edge Controller層則可以采用OrangeBOX和APROL來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理(采集、存儲(chǔ)、分析)，并可通過(guò)邊緣節(jié)點(diǎn)與云服務(wù)平臺(tái)建立連接，訪問(wèn)。
整個(gè)邊緣計(jì)算的架構(gòu)是為了IIoT的實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)，它是自動(dòng)化技術(shù)與IT融合的延伸，今天的產(chǎn)業(yè)，IT與OT互相滲透，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了更為快速的發(fā)展。
6.邊緣計(jì)算--服務(wù)于生產(chǎn)效率的提升
正如Mckinsey Digtal 2015年在其如何導(dǎo)航制造業(yè)的數(shù)字化一文中所描述的，數(shù)字化的應(yīng)用最終會(huì)為制造業(yè)提供提升的機(jī)會(huì)，經(jīng)過(guò)對(duì)大量企業(yè)的調(diào)研，Mckinsey得出數(shù)字化在工業(yè)4.0時(shí)代對(duì)于生產(chǎn)制造帶來(lái)的效率提升包括了以下幾個(gè)方面：
● 降低30-50%機(jī)器的整體當(dāng)機(jī)時(shí)間;
● 通過(guò)知識(shí)自動(dòng)化來(lái)提升技術(shù)專業(yè)45-55%的生產(chǎn)效率;
● 降低20-50%的庫(kù)存成本;
● 降低10-20%的質(zhì)量成本;
● 提高預(yù)測(cè)精度到85%;
● 縮短20-50%的面市時(shí)間;
● 降低10-40%的維護(hù)成本;
● 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升。
因此，我們討論邊緣計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能分析，不能為了概念而概念，必須服務(wù)于制造業(yè)本身的升級(jí)。
關(guān)于貝加萊：
貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)如OPC UA、POWERlink和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的AutomationStudio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡(jiǎn)化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。
