專家：沒有邊緣計算，就不可能實現工業4.0

圖片來源 ：Inductive Automation

作者：Jim Meyers，Inductive Automation，首發 控制工程中文版

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邊緣技術被視為建立工業4.0解決方案的關鍵要素。在邊緣處理更多資料，可以帶來更高的運營效率和更低的成本等優勢。

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期望成功部署工業4.0 的製造企業會發現，邊緣技術可以提供更好的幫助。隨著在各種行業中邊緣計算越來越流行，很多專家也認同這種說法。因此，邊緣技術被視為建立工業4.0 解決方案的關鍵要素之一。在邊緣處理更多資料，可以帶來更高的運營效率、更好的決策、更低的成本等優勢。

邊緣技術是在網路邊緣使用的計算裝置和服務，它們靠近正在收集的資料。隨著資料在源頭附近被管理、分析、情境化和清理，它可以以更有效的方式在系統中傳輸，從而節省資源和成本。新的邊緣裝置可能會配置獲得許可的監控和資料採集（SCADA）軟體和嵌入式訊息佇列遙測傳輸（MQTT），可以更方便地從邊緣收集和傳送更多資料。

“ 在邊緣處理資料具有諸多好處。”Inductive Automation 銷售工程副總監TravisCox表示：“速度快，可以更快地訪問更多資料。確保本地連線性，在中央系統出現連線問題時進行儲存和轉發資料。邊緣還有助於實現規模化。可以在邊緣進行協議轉換，並使用一些簡單的演算法進行監控，在某些工況下，還可以將資訊寫回可程式設計邏輯控制器（PLC）。我們可以利用機器學習（ML）構建模型，以便在邊緣即時做出決策。例如，預測故障或調整工藝。”

邊緣計算可以在整個架構內對裝置進行更好地監控，並提供更大的靈活性。它可以在裝置出現故障之前報警，提高安全性，並且更易於管理和維護。它還可以成為自動化程度更高、效率更高系統的基礎，從而可以更快地響應業務需求。邊緣技術可以將資料持續傳送到雲端，然後在雲端將資料輸入到更深層次的分析、ML 和人工智慧（AI）應用中。

“如果沒有邊緣計算，我認為不可能真正實現工業4.0。”系統整合公司CorsoSystems的總裁Alex Marcy 說，“邊緣計算提高了系統的穩健性。由於它容易部署，邊緣計算更易於進行數字化轉型。”低成本硬體、更高效的通訊和更高的靈活性，是邊緣計算對工業4.0 產生影響的關鍵部分。

▎ 邊緣計算改善了石油和天然氣以及許多其它行業的運營。

成本更低，速度更快 

邊緣計算的崛起，得益於當今功能更強大的計算機和更低的總擁有成本。以前，在邊緣安裝一批功能強大、無風扇、堅固耐用的邊緣計算機的成本非常高。現在，隨著計算機的價格越來越便宜，人們可以買到高階、功能更強大的計算機和嵌入式計算機，如果批量採購價格更優，價效比很高。

必須對邊緣技術進行管理， 但現在比過去幾年更容易了。“有更多的管理平臺，”Cox說，“我們正在考慮利用整合裝置，如Docker，那裡有管理設施，可以用其對裝置進行管理。因為計算成本已經下降，再加上這些管理工具，現在這麼做要比10 年前容易得多。”

在降低成本方面，還有其它幾個因素有利於實施邊緣計算。Corso Systems 的業務開發經理Brian McClain 表示，有多種方式，其中包括技術發展過程中的硬體。傳統上，在使用專有運營技術（OT）系統的製造工廠中，這些系統需要一個不斷增長的、更強健的伺服器基礎架構——硬體、資料庫、網路、安全和資訊科技（IT）。然後還需要考慮硬體裝置、軟體、許可、以及支援這些系統的資源和工程師的成本。因此，工業4.0 通過更多地轉向邊緣計算和服務，並連線到雲，來降低成本。

這是個好訊息，但還不止這些。Cox 說：“您還可以更快地進行擴充套件。從長遠來看，管理和維護也更容易。您肯定不希望將1000臺邊緣裝置佈置好後，然後還需要親自前往每臺裝置對其進行管理。也不想驅車去現場，親自連線並嘗試管理這些邊緣裝置。您希望可以同時將此解決方案部署到所有裝置。這就是現在的技術所能做的，效率更高。”

Marcy也同意這個說法。“今天，您可以開箱即用，使用帶有MQTT的裝置，它可以包括SCADA軟體和許可證。您只需簡單點選幾下滑鼠，就可以將其連線起來，並啟動和執行邊緣計算，而無需自己構建。”

邊緣計算機還可以與其他工廠的計算機連線。邊緣裝置可以相互通訊，在不同地點共享資料也帶來諸多好處，但兩個工廠之間的連線仍存在中斷的風險。邊緣裝置的資料，也可以與供應鏈或其它合作伙伴共享。這可以加快互動，幫助企業在與合作伙伴協商時做出更好的決策，並確保每個人檢視的資料都是一樣的。利用先進的邊緣技術，比以往任何時候都更容易實現這些連結。

邊緣計算的普及率正在提高 

越來越多的企業逐步意識到邊緣計算的價值。Marcy 說：“我認為人們越來越瞭解這些可能性。現在與2015 年或2016 年相比，邊緣計算的市場知名度要高得多。實現邊緣計算的技術和應用確實有了長足的發展。最重要的是，客戶要求的是邊緣計算提供的解決方案，即使他們並沒有特意指明。”

Cox認為，現在人們對這些的接受度更高。大家非常關注發展趨勢，以及在雲端可做些什麼。

McClain預測邊緣計算將繼續幫助實現更大的IT/OT融合的趨勢。許多系統仍然是專有的， 對I T 並不友好。“ 在討論解決IT/OT融合問題時，大量採用這些邊緣技術以及隨之而來的標準化，確實有助於將這兩個不同群體結合在一起，並有助於實現總體目標，這是真正需要解決的問題，可以將製造業提升到一個新的水平。”

▎ Xocean 利用邊緣技術為世界各地的公司收集海洋資料。

MQTT是邊緣計算的一個關鍵部分，因為它比其它通訊協議需要的頻寬要少得多。MQTT使用的釋出/ 訂閱模型，使資料可用於每個需要它的實體：從工廠車間執行人員到經理，從移動人員到高層管理人員，再到其它業務部門。在出現異常時進行報告，而不是一遍又一遍地報告相同的資訊，也就不會浪費頻寬。它還非常靈活，可以輕鬆地以任何格式傳送任何型別的資料。

此外，MQTT還具有安全優勢。如果人們遵循正確的程式，邊緣裝置通常具有很強的安全性。Cox 說：“現在，有更多的技術和加密技術可以利用。我認為邊緣技術實際上提高了安全性，尤其是在棕地設施，因為我們可以將邊緣計算機佈置在PLC 之前。它可以位於專用網路上，並且該計算機可以有兩個乙太網介面卡，一個用於本地連線到PLC，另一個用於將資料傳送到網路或其它任何地方。在該網路上，如果不通過這臺計算機，就不能直接與PLC 對話。而且，如果通過防火牆和其它方式鎖定操作，安全性就會比以前高得多。”

在邊緣收集資料 

Xocean是一家愛爾蘭公司，擁有一支從海洋收集資料的無人船隊。它的客戶遍佈世界各地，他們的船採用了邊緣技術，包括MQTT。在以前，Xocean 公司的解決方案是很難實施的，但現在可以輕鬆實現，因為強大的網路技術可以把輕量級、經濟高效的計算機配置在邊緣。

在每艘船上，Xocean公司都配置了一臺嵌入式計算機與資料相連，通過蜂窩網路以MQTT高效地將資料釋出回中央系統，在那裡可以檢視資料，並且可以管理資料。”要想完美地實施這些專案必須有MQTT技術，還得有蜂窩技術，以及具有強大、快速的計算能力，此外，還需要具有成本效益和堅固耐用的特點。

另一家系統整合公司MartinCSI，為石油天然氣行業的客戶成功實施了邊緣應用。該專案從40 輛服務車收集資料，輕鬆地將其傳送到雲端和移動裝置。資料包括每輛車的大約20 個運營變數，如絞盤深度、扭矩和速度，以及燃油節約、工作時間和維護警報等。

這是一個很好的例子，在新建的“綠地”專案中採用了全新的PLC和控制系統，這些系統從根本上說是建立在開放、安全的標準之上。Cox 說,“客戶能夠迅速地從中受益，並建立一些非常強大、令人驚歎的應用，特別是利用雲端計算的優勢。”

在雲中擁有所有這些技術對公司來說是一種輕而易舉的事情，他們能更快速地看到好處和帶來的價值。

Corso曾與一家公司合作， 該公司在世界各地為高爾夫球場和農業設施提供泵站。該公司希望將其所有資料都放到雲中。Corso 使用Raspberry Pis、MQTT 和邊緣計算建立了一個系統，以實現客戶的目標。它包括一個地圖系統，允許技術人員從世界任何地方進行故障排除，而無需親自前往事故發生地。系統提供狀態、報警和其它資料，同時還提供儲存和轉發。

“通過訂閱和減少技術支援的成本，有助於為客戶提供全新的收入來源。”Marcy 說：“同時也為他們提供了最新的可視性和報告監督。”一旦客戶看到邊緣計算的實際應用帶來的真實效果，他們就會發現之前的投入是值得的。

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