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邊緣計算提升制造業(yè)企業(yè)的成本效率

2018-12-23

  一,、圍繞制造的本質(zhì)解決問題

  對于制造業(yè)企業(yè)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(chǎn)出合格產(chǎn)品,,即,,穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)以及成本的不斷下降,,快速的交付能力,,即,,質(zhì)量,,成本與交付是制造業(yè)的核心話題,,而對于智能制造則在于解決“全局協(xié)同”過程中的材料、時間,、能耗等的優(yōu)化,,進而進一步提升成本效率空間。

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

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  圖1-回歸制造的本質(zhì)解決運營水平問題(優(yōu)也信息科技)

  如圖1,來自優(yōu)也大數(shù)據(jù)傅源女士,,數(shù)據(jù)包括了基礎的生產(chǎn)經(jīng)營改善,、運營中的、機器設備的健康管理,、然后到全局尋優(yōu),,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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的連接,、匯集,、存儲、呈現(xiàn),、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(gòu)與規(guī)范接口問題。

  二,、數(shù)據(jù)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(jīng)發(fā)展的30年后,圖2是世界經(jīng)濟論壇2014年對北美,、歐洲,、總體關于IoT推進的難點的調(diào)研評估,雖然并非是新的結(jié)果,,但就實而言,卻并未過時,。

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  圖2-世界經(jīng)濟論壇2014年就IoT發(fā)展的難點調(diào)研報告

  缺乏互操作標準是影響數(shù)據(jù)“流暢”訪問的關鍵,,在單獨的機器上,各個現(xiàn)場總線或基于實時以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)都可以流暢訪問,,但是,,在機器與機器之間,需要“協(xié)同”的時候,,數(shù)據(jù)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(xiàn)實的工廠中仍然是無法達到的,。

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  圖3-現(xiàn)場總線發(fā)展的發(fā)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(fā)接口轉(zhuǎn)換硬件,,并寫驅(qū)動,,即使實時以太網(wǎng)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(jīng)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(jīng)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。

  OPC UA和TSN被賦予了這一歷史責任,,作為IEC62451標準,,OPC UA被RAMI4.0、IIRA等制定為語義互操作層面的規(guī)范,,它解決了異構(gòu)網(wǎng)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(wǎng)絡中,OT周期性控制任務所需的實時數(shù)據(jù)傳輸機制,,以及IT大容量非周期性數(shù)據(jù)的傳輸問題,,通過VLAN交換機,在TSN網(wǎng)絡可以傳輸兩種不同的數(shù)據(jù),,而離開TSN網(wǎng)絡則可以通過標準的Internet方式傳輸數(shù)據(jù),,這帶來最大的好處在于IT可以對OT的透明訪問。

  三,、邊緣計算的垂直層級

  圖4則是一個現(xiàn)場采集站(基于OPC UA TSN)的邊緣節(jié)點(Edge Node)到一個控制(Embedded Edge Controller),,它可以實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)安與匯總到邊緣計算服務器(Edge Computing)然后通過OPC UA/MQTT等到云端的垂直應用過程。

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  圖4-邊緣計算的垂直架構(gòu)與技術應用

  除了物理可見的實現(xiàn)架構(gòu),,數(shù)據(jù)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(xiàn)本地的一些應用,,這可能包括的應用如下:

 ?。?).數(shù)據(jù)匯集與協(xié)同的應用

  對于最為典型的工廠應用如OEE計算,需要將品質(zhì),、機器運行時間相關參數(shù),、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(tài),。

 ?。?).規(guī)劃與分析問題

  對于很多工廠應用而言,需要考慮在線的規(guī)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(tǒng)訂單進行規(guī)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(xiàn)重組,,以獲得最小的材料浪費,這些都是邊緣側(cè)的應用需要解決的問題,。


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