您現在的位置:香港正版两肖两码中特  >  新聞首頁  >  行業動態  >  回歸制造-邊緣計算使能全局效率提升

绝对一两两码中特:回歸制造-邊緣計算使能全局效率提升

香港正版两肖两码中特 www.ccdqo.icu 2019年04月15日 13:33:16 來源:說東道西 宋華振

本文最初為2018HC大會演講講稿,后應邀約為邊緣計算大會征文所寫,發表于《自動化博覽》邊緣計算專刊上,并作了部分修改。

邊緣計算越來越受到了來自IT和OT領域的企業的關注,本文旨在從制造本質—從源頭分析如何去推進其實現,以期獲得產業專家的批評指正。

一、圍繞制造的本質解決問題

對于制造業企業而言,運營水平可以用盈利能力來評估,進而分解為高成本效率的生產出合格產品,即,穩定的產品品質以及成本的不斷下降,快速的交付能力,即,質量,成本與交付是制造業的核心話題,而對于智能制造則在于解決“全局協同”過程中的材料、時間、能耗等的優化,進而進一步提升成本效率空間。

就產品的加工品質、速度而言,在成本約束條件下已經發揮到極致,因此,新的優化空間來自于“集成”與“協同”,另一個維度則在于個性化帶來的挑戰,為了解決協同的成本優化以及個性化給生產帶來的成本效率難題,信息流匯集并進行全局優化是邊緣計算的核心問題。

 1.jpg

圖1回歸制造的本質解決運營水平問題(優也信息科技)

如圖1,來自優也大數據傅源女士,數據包括了基礎的生產經營改善、運營中的、機器設備的健康管理、然后到全局尋優,再到最終的自主化,具有學習分析與決策能力,這個過程中會遇到基于數據的各種任務。這些任務就是邊緣計算所聚焦的,除了基礎的控制外,包括數據的連接、匯集、存儲、呈現、學習等各種層級的問題,需要由邊緣計算來進行完成,因此,邊緣計算并非是一個計算問題,而是圍繞任務而一系列的架構與規范接口問題。

二、數據連接,打通IT與OT的關鍵

不得不說,在推進邊緣計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,即使在總線技術已經發展的30年后,圖2是世界經濟論壇2014年對北美、歐洲、總體關于IoT推進的難點的調研評估,雖然并非是新的結果,但就實而言,卻并未過時。

 2.jpg

圖2世界經濟論壇2014年就IoT發展的難點調研報告

缺乏互操作標準是影響數據“流暢”訪問的關鍵,在單獨的機器上,各個現場總線或基于實時以太網的數據都可以流暢訪問,但是,在機器與機器之間,需要“協同”的時候,數據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,在現實的工廠中仍然是無法達到的。

 3.jpg

圖3現場總線發展的發展

對于IT廠商而言訪問OT的設備遇到總線的障礙,因為你得為每個總線開發接口轉換硬件,并寫驅動,即使實時以太網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“經濟性”—這是非常關鍵的一點,技術能否被推動的關鍵正在于此,若缺乏經濟性,那么無論是技術提供商還是用戶,都無法從中獲益,那么就無法推進。

OPCUA和TSN被賦予了這一歷史責任,作為IEC62451標準,OPCUA被RAMI4.0、IIRA等制定為語義互操作層面的規范,它解決了異構網絡中的各個主體之間可以通過相同的語義對話。

TSN則解決了在網絡中,OT周期性控制任務所需的實時數據傳輸機制,以及IT大容量非周期性數據的傳輸問題,通過VLAN交換機,在TSN網絡可以傳輸兩種不同的數據,而離開TSN網絡則可以通過標準的Internet方式傳輸數據,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展。

三、邊緣計算的垂直層級

圖4則是一個現場采集站(基于OPCUATSN)的邊緣節點(EdgeNode)到一個控制(EmbeddedEdgeController),它可以實現安全的數據安與匯總到邊緣計算服務器(EdgeComputing)然后通過OPCUA/MQTT等到云端的垂直應用過程。

 4.jpg

圖4邊緣計算的垂直架構與技術應用

除了物理可見的實現架構,數據如何被應用也是整個問題的關鍵,對于工廠而言,邊緣計算主要在于實現本地的一些應用,這可能包括的應用如下:

(1).數據匯集與協同的應用

對于最為典型的工廠應用如OEE計算,需要將品質、機器運行時間相關參數、稼動率等計算并實時顯示給工廠管理級,以便全局觀測狀態。

(2).規劃與分析問題

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

(3).數據呈現問題

邊緣側同時采用了更為開放的技術來實現傳統工廠需要專用的SCADA、HMI等才能實現的數據透明訪問,而基于OPCUA架構,新的Web-Based架構可以支持更為豐富、多元的數據呈現,任意終端均可作為節點訪問數據。

四、規范與經濟性是邊緣計算的關鍵

事實上,很多類似的計算任務、數據處理任務在過去都是存在的,那么邊緣計算的意義是什么呢?

(1).更為經濟的運行:基于開放的技術,乃至開源的技術所構建的生態系統來降低整個用戶的系統經濟性,對于數據的連接、匯集、存儲、商業智能、智能應用等,必須選擇經濟的方法,傳統的專用系統,乃至MES、ERP都是非常龐大的系統,且需要高昂的咨詢、安裝測試、運營維護的成本,缺乏經濟性的技術是難以持久的,而邊緣計算采用開放的互聯網技術,通過分布式的計算組件(APP),可以降低用戶在應用端軟件的成本,而基礎設施則采用通用的服務。

(2).提高企業應對變化的能力:大型的系統、專業的應用軟件對于中小企業非常不經濟的同時,而且使得企業難以響應市場的快速變化,當技術發生了升級,大量的基礎設施投資、軟件、人員培訓都會成為企業難以快速轉型升級的因素,而這些導致了企業對技術的響應慢帶來效率的下降。

5.jpg 

圖5RAMI4.0管理殼

(3).規范與標準:邊緣計算更多的意義在于實現“協同”,而這個計算架構并非是要對原有的系統的拆除,因為在自動化領域、垂直行業的優化、策略等模型方面過去已經累積了大量的知識、應用,這些必須通過“標準”與規范“協同”進而發揮更大的效應,因此,邊緣計算在推進時主要是“規范與標準”的推進,使得原有大量的資源被有效的連接,與新的技術(云計算、人工智能)相融合。

就如同圖5所示,邊緣計算需要數據的規范,RAMI4.0是工業4.0組織對于計算側信息的模型的構建標準,基于這個標準,數據才能被結構化,進而有效的應用。

五、邊緣計算應用場景分析

很多時候,人們似乎覺得邊緣計算是一個很復雜的問題,但,如果我們僅把這些問題理解為接口與規范,IT與OT的銜接就沒有那么復雜。

圖6以自動化廠商的控制器為接口點,支持OPCUA即可實現對OT數據的結構性訪問,OPCUA扮演的角色在于將數據按照規范的語義、結構來存放,并支持TCP/UDP、WebService、http(s)的連接與應用服務。數據流被應用于控制、計算、變通過邊緣側與云建立存儲連接、以及云端的大時間周期積累以及分析處理的運算,而另一個方向就是信息回流至現場層的過程,OPCUA的Client/Server架構以及Pub/Sub形式都可以支持數據的雙向連接。

 6.jpg

圖6-OT側與邊緣側、云端之間的連接關系

7.jpg 

圖7-典型的預測性維護架構

預測性維護顯然是一個典型的應用場景(如圖7),自動化廠商在現場有著豐富的I/O采樣能力,這包括對機械系統中連軸器、軸承的振動、溫度、電流等與故障相關的信號,而這些信號需要做一些濾波、快速傅里葉變換獲得包絡線,對振幅烈度、頻率等參數進行信號預處理,如果沒有這些預處理,用于本地分析報警,這種嵌入式的邊緣控制器(EmbeddedEdgeController)是包含了控制任務的。相對而言,這些數據并非是需要非常高的實時性需求的,那么就可以通過無線網絡發送至云端,而對于需要實時處理的OEE計算等則直接到邊緣計算軟件棧。

邊緣計算軟件棧與OT的運行架構接近,但是,所采用的是非OT專用架構,由于IT的技術往往采用開放的商業軟件、開源代碼構架,因此,其開放性連接性更強,邊緣運行時類似于PLC中的Runtime對通信、任務進行調度處理,而協議分析器則對不同的數據通信進行適配,并對數據進行分類匯總、計算、呈現等的處理,邊緣計算架構也包括針對這類能夠的編程開放環境。

總結而言,邊緣計算的實現在于通過對原有技術、應用的創建規范性接口,連接信心流,打破信息孤島,在企業工廠側實現“協同”,整體服務于生產運營的成本效率,由于采用開放的技術,這使得用戶在基礎設施投資、軟件應用配置方面更為經濟,這是邊緣計算大勢所趨的原動力,即,任何技術必須服務于制造業的本質,我們解決一切問題,構建系統必須圍繞解決生產運營的實際問題,并且提供經濟性才能快速發展。



聲明:本文版權為中國傳動網所有,歡迎轉載但請務必注明來源、作者。

本文在【傳動網】的固定鏈接://www.ccdqo.icu/news/news.aspx?id=231594

中國傳動網

官方微信

掃一掃,中國傳動網信息隨手掌控

直驅與傳動

官方微信

掃一掃,直驅與傳動信息隨手掌控

伺服與運動控制

官方微信

掃一掃,伺服與運動控制信息隨手掌控

聯系我們

廣告聯系:0755-82048561
展會合作:0755-83736589
雜志投稿:0755-82048562

網站簡介|會員服務|聯系方式|幫助信息|版權信息|網站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋

版權所有 2006-2016 中國傳動網(www.ccdqo.icu)

網站客服熱線

0755-82949061

網站問題客服

2737591964