【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】工業(yè)邊緣計算領(lǐng)域正經(jīng)歷諸多技術(shù)進步與發(fā)展，尤其是在機器連接、邊緣計算性能的優(yōu)化以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的可擴展性方面。
邊緣計算由眾多分散分布的邊緣節(jié)點構(gòu)成，這些邊緣節(jié)點處于靠近物理數(shù)據(jù)源的地方。一方面，這些邊緣節(jié)點與各種設(shè)備相互連接；另一方面，它們又和諸如云端這樣的中央平臺相連通。和生產(chǎn)資產(chǎn)層面的組件有所不同，邊緣節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)集中化管理。而且，對于所采集到的數(shù)據(jù)，既可以在邊緣節(jié)點內(nèi)部進行處理，也能夠交由中央平臺來完成相應(yīng)的處理工作。
邊緣層可從多個維度來審視。從應(yīng)用層面而言，它涵蓋了軟件應(yīng)用程序及其具備的功能(諸如數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)總線等)；從基礎(chǔ)設(shè)施層面來講，它指的是所部署的信息技術(shù)(IT)基礎(chǔ)設(shè)施，其中包含硬件設(shè)施以及操作系統(tǒng)；從操作層面出發(fā)，它描述的是用于管理與運營邊緣層的各類工具，像監(jiān)控工具，或者用于處理多站點軟件部署的工具等。
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)應(yīng)用中采用邊緣計算的原因眾所周知。部分應(yīng)用程序?qū)ρ舆t要求極高，通過與集中式云平臺通信，很難維持如此低的延遲水平。在某些情形下，數(shù)據(jù)量極為龐大，至少需要在邊緣層開展大量預(yù)處理工作。最后同樣關(guān)鍵的是，一些應(yīng)用程序受到監(jiān)管條件的限制，這些規(guī)定或許會禁止數(shù)據(jù)離開公司網(wǎng)絡(luò)。
架構(gòu)趨勢
期望構(gòu)建并運行IIoT解決方案的客戶需要考慮諸多問題，而其中極為關(guān)鍵的一點便是選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)。當(dāng)下，IIoT架構(gòu)呈現(xiàn)出整合態(tài)勢，這在一定程度上通過邊緣層的以下方面和特性得以體現(xiàn)：
用戶正在部署云平臺，不過他們期望在規(guī)避供應(yīng)商風(fēng)險的同時，盡可能降低邊緣層在技術(shù)層面對云的依賴程度。
用戶正將邊緣層劃分成兩個層級：處于下層的是工廠車間層，上層則是與中央平臺或云端相連的層級，而且這兩個層級均實施集中化管理。
用戶在邊緣層部署了一個 MQTT 代理，以此作為數(shù)據(jù)流量的核心樞紐。數(shù)據(jù)會經(jīng)由 MQTT 或 Kafka 傳輸至中央平臺，與此同時，在本地運行的應(yīng)用程序能夠通過該 MQTT 代理進行訪問。
對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，能夠高效且安全地訪問機器或設(shè)備數(shù)據(jù)極為關(guān)鍵。從功能層面來看，這些機器連接方面的需求實際上與傳統(tǒng)車間應(yīng)用的需求并無二致。
工廠內(nèi)現(xiàn)有的典型設(shè)備，或者在改造項目(棕地項目)中需要處理的設(shè)備，控制系統(tǒng)首當(dāng)其沖，都需要進行集成。所采集到的數(shù)據(jù)，必須通過帶有應(yīng)用端支持的標準協(xié)議來提供，這一般來說就意味著要采用 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)或者消息隊列遙測傳輸(MQTT)協(xié)議。此外，具備有效處理多個數(shù)據(jù)源的能力也十分關(guān)鍵，例如把數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)源整合到一個單一的接口當(dāng)中。
對合適的操作模式加以審視后會發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)車間應(yīng)用和IIoT解決方案之間存在著更為明顯的差異。在傳統(tǒng)應(yīng)用場景中，當(dāng)給其添加機器連接功能后，這些應(yīng)用就可以在生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)部進行本地部署與運行。舉例來講，可能會配備一個人機界面(HMI)，或者是監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)，亦或是制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)解決方案，甚至還會有用于保障數(shù)據(jù)備份的數(shù)據(jù)庫鏈接。由于使用機器連接功能的用戶大多并非專業(yè)技術(shù)人員，所以他們需要易于操作的IT接口。
與之形成鮮明對比的是，IIoT解決方案常常需要在多個生產(chǎn)基地部署應(yīng)用或者物聯(lián)網(wǎng)/云平臺。不同于傳統(tǒng)情況，該平臺不僅運行多個應(yīng)用，且這些應(yīng)用會在解決方案生命周期內(nèi)持續(xù)演進，其中一個關(guān)鍵驅(qū)動因素是軟件和IT領(lǐng)域的短創(chuàng)新周期。企業(yè)會部署專門團隊運行解決方案，這些操作人員負責(zé)多站點管理，并具備豐富的IT知識。客戶希望利用IT驅(qū)動的操作模型及其在解決方案效率和可擴展性方面的優(yōu)勢。
和其它解決方案組件一樣，機器連接同樣要滿足在靈活性、操作效率以及可擴展性方面的同等要求。如今，越來越多的用戶不再將機器連接視為生產(chǎn)資產(chǎn)，而是將其當(dāng)作邊緣層組件。這是由于邊緣層組件在效率和可擴展性等方面具備眾多顯著優(yōu)勢。
“在可預(yù)見的未來，預(yù)計軟件與IT創(chuàng)新依舊會是制造業(yè)投資的核心驅(qū)動力。同時，邊緣計算在制造業(yè)中的部署進程也會加速。”
機器連接
若要將機器連接作為邊緣層的一部分予以部署，那么它需要滿足哪些要求呢？以下為幾個關(guān)鍵要點：
機器連接依靠部署于標準硬件之上的軟件模塊來實現(xiàn)，終端客戶對其的管理方式，與管理其它邊緣層軟件組件的方式毫無二致。在當(dāng)下，Docker 容器是實現(xiàn)這一部署的常用選擇。
機器連接能夠借助標準的IT工具進行管理。一般而言，這會涉及到諸如紅帽O(jiān)penShift或SUSE Rancher等基于Kubernetes的熱門平臺。當(dāng)然，在某些情況下，也可能采用像Portainer這種更為輕量級的替代方案。
機器連接會向Prometheus、Grafana等常見的IT監(jiān)控工具提供相關(guān)數(shù)據(jù)。
機器連接為配置工作提供了有詳細文檔記錄且穩(wěn)定的接口，這些接口采用標準協(xié)議，不管是遠程操作、自動化操作，亦或是兩者結(jié)合的操作模式(比如 HTTP REST 協(xié)議)都能適用。
除了上述技術(shù)要求，我們還發(fā)現(xiàn)市場上對將機器連接作為一種服務(wù)來使用的興趣日益濃厚。用戶期望能有靈活的收費方案，該方案可依據(jù)實際需求(及收益情況)來制定，如此一來，便無需進行資本支出，也不用對設(shè)備進行投資。
未來展望
在可預(yù)見的未來，我們估計軟件與IT創(chuàng)新依舊會是制造業(yè)投資的核心驅(qū)動力。解決方案架構(gòu)有望圍繞特定標準進一步整合，架構(gòu)藍圖與最佳實踐將為滿足終端用戶需求提供更為簡便的途徑。同時，邊緣計算在制造業(yè)中的部署進程也會加速。
制造企業(yè)對于由IT驅(qū)動的、用于機器連接的操作模式的關(guān)注度在持續(xù)攀升。而且，從中長期視角來看，這一趨勢還將進一步強化，到那時，IT標準和工具在車間層面以及OT領(lǐng)域?qū)@得更多認可。屆時，本文所提及的傳統(tǒng)解決方案與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案之間的區(qū)分(至少在機器連接這一方面)將會不再適用。
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