【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】工業(yè)邊緣計(jì)算領(lǐng)域正經(jīng)歷諸多技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展，尤其是在機(jī)器連接、邊緣計(jì)算性能的優(yōu)化以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的可擴(kuò)展性方面。
  

　　邊緣計(jì)算由眾多分散分布的邊緣節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，這些邊緣節(jié)點(diǎn)處于靠近物理數(shù)據(jù)源的地方。一方面，這些邊緣節(jié)點(diǎn)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(tái)相連通。和生產(chǎn)資產(chǎn)層面的組件有所不同，邊緣節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)集中化管理。而且，對(duì)于所采集到的數(shù)據(jù)，既可以在邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)部進(jìn)行處理，也能夠交由中央平臺(tái)來(lái)完成相應(yīng)的處理工作。
 

　　邊緣層可從多個(gè)維度來(lái)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(lái)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(yùn)營(yíng)邊緣層的各類工具，像監(jiān)控工具，或者用于處理多站點(diǎn)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(jì)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(guò)與集中式云平臺(tái)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(kāi)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(huì)禁止數(shù)據(jù)離開(kāi)公司網(wǎng)絡(luò)。
 

　　架構(gòu)趨勢(shì)
 

　　期望構(gòu)建并運(yùn)行IIoT解決方案的客戶需要考慮諸多問(wèn)題，而其中極為關(guān)鍵的一點(diǎn)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(shì)，這在一定程度上通過(guò)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(tái)，不過(guò)他們期望在規(guī)避供應(yīng)商風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，盡可能降低邊緣層在技術(shù)層面對(duì)云的依賴程度。
 

　　用戶正將邊緣層劃分成兩個(gè)層級(jí)：處于下層的是工廠車(chē)間層，上層則是與中央平臺(tái)或云端相連的層級(jí)，而且這兩個(gè)層級(jí)均實(shí)施集中化管理。
 

　　用戶在邊緣層部署了一個(gè) MQTT 代理，以此作為數(shù)據(jù)流量的核心樞紐。數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由 MQTT 或 Kafka 傳輸至中央平臺(tái)，與此同時(shí)，在本地運(yùn)行的應(yīng)用程序能夠通過(guò)該 MQTT 代理進(jìn)行訪問(wèn)。
 

　　對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，能夠高效且安全地訪問(wèn)機(jī)器或設(shè)備數(shù)據(jù)極為關(guān)鍵。從功能層面來(lái)看，這些機(jī)器連接方面的需求實(shí)際上與傳統(tǒng)車(chē)間應(yīng)用的需求并無(wú)二致。
 

　　工廠內(nèi)現(xiàn)有的典型設(shè)備，或者在改造項(xiàng)目(棕地項(xiàng)目)中需要處理的設(shè)備，控制系統(tǒng)首當(dāng)其沖，都需要進(jìn)行集成。所采集到的數(shù)據(jù)，必須通過(guò)帶有應(yīng)用端支持的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來(lái)提供，這一般來(lái)說(shuō)就意味著要采用 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)(OPC UA)或者消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸(MQTT)協(xié)議。此外，具備有效處理多個(gè)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(gè)單一的接口當(dāng)中。
 

　　對(duì)合適的操作模式加以審視后會(huì)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)車(chē)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(chǎng)景中，當(dāng)給其添加機(jī)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(jìn)行本地部署與運(yùn)行。舉例來(lái)講，可能會(huì)配備一個(gè)人機(jī)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(huì)有用于保障數(shù)據(jù)備份的數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接。由于使用機(jī)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(duì)比的是，IIoT解決方案常常需要在多個(gè)生產(chǎn)基地部署應(yīng)用或者物聯(lián)網(wǎng)/云平臺(tái)。不同于傳統(tǒng)情況，該平臺(tái)不僅運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用，且這些應(yīng)用會(huì)在解決方案生命周期內(nèi)持續(xù)演進(jìn)，其中一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是軟件和IT領(lǐng)域的短創(chuàng)新周期。企業(yè)會(huì)部署專門(mén)團(tuán)隊(duì)運(yùn)行解決方案，這些操作人員負(fù)責(zé)多站點(diǎn)管理，并具備豐富的IT知識(shí)。客戶希望利用IT驅(qū)動(dòng)的操作模型及其在解決方案效率和可擴(kuò)展性方面的優(yōu)勢(shì)。
 

　　和其它解決方案組件一樣，機(jī)器連接同樣要滿足在靈活性、操作效率以及可擴(kuò)展性方面的同等要求。如今，越來(lái)越多的用戶不再將機(jī)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(kuò)展性等方面具備眾多顯著優(yōu)勢(shì)。
 

　　“在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，預(yù)計(jì)軟件與IT創(chuàng)新依舊會(huì)是制造業(yè)投資的核心驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，邊緣計(jì)算在制造業(yè)中的部署進(jìn)程也會(huì)加速。”
 

　　機(jī)器連接
 

　　若要將機(jī)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(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：
 

　　機(jī)器連接依靠部署于標(biāo)準(zhǔn)硬件之上的軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，終端客戶對(duì)其的管理方式，與管理其它邊緣層軟件組件的方式毫無(wú)二致。在當(dāng)下，Docker 容器是實(shí)現(xiàn)這一部署的常用選擇。
 

　　機(jī)器連接能夠借助標(biāo)準(zhǔn)的IT工具進(jìn)行管理。一般而言，這會(huì)涉及到諸如紅帽O(jiān)penShift或SUSE Rancher等基于Kubernetes的熱門(mén)平臺(tái)。當(dāng)然，在某些情況下，也可能采用像Portainer這種更為輕量級(jí)的替代方案。
 

　　機(jī)器連接會(huì)向Prometheus、Grafana等常見(jiàn)的IT監(jiān)控工具提供相關(guān)數(shù)據(jù)。
 

　　機(jī)器連接為配置工作提供了有詳細(xì)文檔記錄且穩(wěn)定的接口，這些接口采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，不管是遠(yuǎn)程操作、自動(dòng)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(chǎng)上對(duì)將機(jī)器連接作為一種服務(wù)來(lái)使用的興趣日益濃厚。用戶期望能有靈活的收費(fèi)方案，該方案可依據(jù)實(shí)際需求(及收益情況)來(lái)制定，如此一來(lái)，便無(wú)需進(jìn)行資本支出，也不用對(duì)設(shè)備進(jìn)行投資。
 

　　未來(lái)展望
 

　　在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，我們估計(jì)軟件與IT創(chuàng)新依舊會(huì)是制造業(yè)投資的核心驅(qū)動(dòng)力。解決方案架構(gòu)有望圍繞特定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步整合，架構(gòu)藍(lán)圖與最佳實(shí)踐將為滿足終端用戶需求提供更為簡(jiǎn)便的途徑。同時(shí)，邊緣計(jì)算在制造業(yè)中的部署進(jìn)程也會(huì)加速。
 

　　制造企業(yè)對(duì)于由IT驅(qū)動(dòng)的、用于機(jī)器連接的操作模式的關(guān)注度在持續(xù)攀升。而且，從中長(zhǎng)期視角來(lái)看，這一趨勢(shì)還將進(jìn)一步強(qiáng)化，到那時(shí)，IT標(biāo)準(zhǔn)和工具在車(chē)間層面以及OT領(lǐng)域?qū)@得更多認(rèn)可。屆時(shí)，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(jī)器連接這一方面)將會(huì)不再適用。