發布日期：2022-10-09 點擊率：84
● 邊緣計算(Edge Computing)像是一個趕時髦的詞，但是，隨著兩化融合與工業物聯網的推進，我們注意到了在邊緣側的計算需求正在變得旺盛—并且，邊緣計算也像它的名字一樣，它是IT與OT世界融合的邊緣。
● 邊緣計算是什么不重要—重要的它帶給我們什么?哪些我們可以從這種計算中獲益的方向?
● 貝加萊是先進自動化技術的領導者，這也使得他一直走在技術的前沿，邊緣計算是IT與OT融合的前沿。
今天，智能時代各種概念層出不窮，例如邊緣計算就是一個剛剛開始進入流行階段的方向，它究竟意味著什么?它對工業生產的貢獻將會體現在哪里?如何實現它，本文以貝加萊的邊緣計算架構和實現為例，為產業界的朋友分享我們對于智能制造的認識，以及邊緣計算在智能制造中所扮演的角色。
1. OICT融合的時代
智能時代的制造業將需要通過OICT的融合來實現數據的采集、傳輸、存儲、分析，以實現最終對生產過程的品質、能耗、維護等的優化，提高整體的效率，這是整個智能制造的戰略層面所需要實現的目標，這一切的目標必須基于設備的連接與數據采集的基礎實現來達到。
圖1闡述了整個OICT融合的框架，從底層的傳感器、變送器、儀表傳送的數據通過PLC實現控制任務的處理，而另一方面，這些參數也會用于與生產整體優化的應用。
圖1-基于OICT融合的應用場景架構
1.1 邊緣計算扮演什么樣的角色呢?
簡單的理解，自動化技術是基于信號的控制，而邊緣計算則是基于信息的控制—這是一個包含了策略優化、路徑規劃、分析等應用場景，為何采用邊緣計算模式，又與任務的處理周期有關。
1.2 與時間處理有關的現場分層
圖2顯示了從OT的現場控制到邊緣節點再到云對于任務的時間需求變化，而貝加萊可以通過OPC UA與其它邊緣計算系統、云平臺進行數據的傳輸，可以選擇自有的系統架構，也可以對接第三方的系統。
圖2-不同層級的數據連通
從圖2可以看出，邊緣計算處理的與自動化現場的高速響應達到μS級的響應不同，在mS這個級別，而云計算則處理的是更為大的時間周期的數據，如秒、分鐘、小時、天、月。
2. 工業物聯網(IIoT)
IIoT-工業物聯網也被認為是未來最為重要的實現智能制造的手段，包括了德國工業4.0組織在其智能制造中也將IIoT作為整個架構的重要一環，IIC作為重要的推動物聯網技術的力量，也發布了其針對工業物聯網的架構設計，而對于中國，ECC也將為工業物聯網提供實現路徑。目前，這些組織間的交流也變得緊密，并出現了明顯的技術融合跡象。
2.1 邊緣計算的目標與功能
邊緣計算本身即是實現IIoT的一個重要方向，圖3顯示了邊緣計算所關注的問題：
圖3-邊緣計算的功能與目標
邊緣計算是一個較為全局的概念，它包括了(1)數據的感知(傳感技術)，以及數據的(2)采集(總線連接)，包括數據的傳輸、存儲與管理，并在其基礎上(3)分析(數據處理)，并且由此實現控制，而這里的控制—更多的是在策略、優化、規劃問題級的大范圍的控制，亦或歸于系統控制。
2.2 IIoT的價值
圖4-IIoT為制造業帶來的價值
圖4顯示了工業物聯網IIoT所要為智能工廠所帶來的價值，包括在提升資產使用效率、有效的維護、減少當機等方面的貢獻。
3. 邊緣計算節點(EdgeNodes)
為了實現對工廠的數據采集并實現邊緣計算的任務，貝加萊為這個應用場景提供了OrangeBox和APROL兩個應用場景的解決方案，當然，OrangeBox和APROL可以無縫集成，只是OrangeBox更為傾向于小型的、老舊的工廠，而APROL則更為側重于針對大型、新的工廠數據采集。
3.1 為老舊工廠所提供的邊緣節點
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場數據采集方案：
(1)數據采集：借助于貝加萊的I/O模塊豐富的種類，OrangeBox可以采集各種現場數據;
(2)通過各種總線模塊實現對具有總線接口的設備的數據采集，貝加萊的開放互聯支持Profibus、Modbus、DeviceNet、CAN等傳統現場總線以及基于以太網的如POWERlink、Profinet、Ethernet/IP等。
(3)mapp軟件的強大功能：mapp中強大的mappOEE、mappEnergy、mappAudit等可以為現場的設備提供在OEE、能源監測、維護、審計追蹤方面的服務。
圖5-OrangeBOX的數據集成能力
圖5顯示了OrangeBox具有的功能，如OEE、PackML-針對包裝工業的數據采集，用于實現機器到MES的數據互聯，Euromap實現注塑機與MES等管理系統的互聯。
3.2 基于APROL的邊緣計算架構
圖6是基于APROL的邊緣計算架構，APROL內部提供了過程數據采集PDA(ProcessData Acquisition) 和能源監測的EnMon(EnergyMonitoring)、狀態監測ConMon(Condition Monitoring)、以及用于過程控制的APC/MPC集成能力。
圖6-基于APROL的邊緣計算架構
4.邊緣計算應用于產業
圖7以塑料行業的設備互聯為例，描述了邊緣計算節點通過Euromap77來提供參數，為MES系統所訪問，各個邊緣節點的數據也可以通過MQTT/AMQP方式為云平臺所采集，并通過云存儲、分析方式為集團下的各個工廠提供數據優化與分析，并改善生產的質量、成本與能耗。
通過EUROMAP的集成，邊緣節點可以提供以下數據信息給MES/ERP等上層系統。
● 關于注塑機的通用信息(制造商,型號,序列號等)，當前配置和IMM狀態包括模具、注射單元、功率單元以及在機器上相關改變的日志。
● 作業管理：機器運行期間的作業信息以及生產循環的參數，以及從MES到IMM的傳送作業信息并啟動生產的方法。
● 數據集管理：IMM存儲相關配置的信息叫數據集，這些數據包括了與IMM相關的額定工藝參數(時間，溫度，壓力)，同時也包括了安裝的機械手系統，EUROMAP 77.2允許信息在IMM和MES之間進行傳輸，用于構建一個數據集知識庫。
圖7-邊緣計算為注塑工廠實現架構
5.貝加萊邊緣計算架構
貝加萊為邊緣計算提供了整個集成能力的實現，包括了底層的POWERlink—提供μS級的數據采集與控制需求，通過OPC UA接口實現μS-mS級數據傳輸的需求，通過開放的接口提供面向云平臺更長周期的數據傳輸。
圖8-貝加萊邊緣計算產品族
圖8顯示了貝加萊在產品級提供的支撐，通過具有現場采集能力的I/O、總線控制器，可以將數據通過各種總線(RS485/CAN/Profibus/Modbus等)以及基于以太網的總線方式傳輸至于嵌入式控制器—這些控制器作為現場設備、產線的邊緣節點匯總數據。而對于Edge Controller層則可以采用OrangeBOX和APROL來進行數據的處理(采集、存儲、分析)，并可通過邊緣節點與云服務平臺建立連接，訪問。
整個邊緣計算的架構是為了IIoT的實現而設計，它是自動化技術與IT融合的延伸，今天的產業，IT與OT互相滲透，使得整個產業出現了更為快速的發展。
6.邊緣計算--服務于生產效率的提升
正如Mckinsey Digtal 2015年在其如何導航制造業的數字化一文中所描述的，數字化的應用最終會為制造業提供提升的機會，經過對大量企業的調研，Mckinsey得出數字化在工業4.0時代對于生產制造帶來的效率提升包括了以下幾個方面：
● 降低30-50%機器的整體當機時間;
● 通過知識自動化來提升技術專業45-55%的生產效率;
● 降低20-50%的庫存成本;
● 降低10-20%的質量成本;
● 提高預測精度到85%;
● 縮短20-50%的面市時間;
● 降低10-40%的維護成本;
● 實現生產效率的提升。
因此，我們討論邊緣計算、云計算、大數據分析、人工智能分析，不能為了概念而概念，必須服務于制造業本身的升級。
關于貝加萊：
貝加萊是一個總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創新驅動型自動化企業，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個業務單元。作為全球工業自動化領域的領導者，貝加萊融合了前沿技術與先進的工程能力，為各個產業客戶提供機器與工廠自動化、運動控制、HMI以及集成安全技術的完整解決方案。通過工業物聯網通信標準如OPC UA、POWERlink和openSAFETY以及貝加萊強大的AutomationStudio軟件開發環境，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。貝加萊保持持續的創新精神，為客戶提供更為簡化以及超出預期的工業自動化領域前沿技術與方案。
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