邊緣技術(shù)被視為創(chuàng)建工業(yè)4.0解決方案的關(guān)鍵要素。在邊緣處理更多數(shù)據(jù)，可以帶來更高的運營效率和更低的成本等優(yōu)勢。

期望成功部署工業(yè)4.0 的制造企業(yè)會發(fā)現(xiàn)，邊緣技術(shù)可以提供更好的幫助。隨著在各種行業(yè)中邊緣計算越來越流行，很多專家也認(rèn)同這種說法。因此，邊緣技術(shù)被視為創(chuàng)建工業(yè)4.0 解決方案的關(guān)鍵要素之一。在邊緣處理更多數(shù)據(jù)，可以帶來更高的運營效率、更好的決策、更低的成本等優(yōu)勢。

邊緣技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)邊緣使用的計算設(shè)備和服務(wù)，它們靠近正在收集的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)在源頭附近被管理、分析、情境化和清理，它可以以更有效的方式在系統(tǒng)中傳輸，從而節(jié)省資源和成本。新的邊緣設(shè)備可能會配置獲得許可的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件和嵌入式消息隊列遙測傳輸（MQTT），可以更方便地從邊緣收集和發(fā)送更多數(shù)據(jù)。

“ 在邊緣處理數(shù)據(jù)具有諸多好處。”Inductive Automation 銷售工程副總監(jiān)TravisCox表示：“速度快，可以更快地訪問更多數(shù)據(jù)。確保本地連接性，在中央系統(tǒng)出現(xiàn)連接問題時進行存儲和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

邊緣還有助于實現(xiàn)規(guī)模化。可以在邊緣進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并使用一些簡單的算法進行監(jiān)控，在某些工況下，還可以將信息寫回可編程邏輯控制器（PLC）。我們可以利用機器學(xué)習(xí)（ML）構(gòu)建模型，以便在邊緣即時做出決策。例如，預(yù)測故障或調(diào)整工藝。”

邊緣計算可以在整個架構(gòu)內(nèi)對設(shè)備進行更好地監(jiān)控，并提供更大的靈活性。它可以在設(shè)備出現(xiàn)故障之前報警，提高安全性，并且更易于管理和維護。

它還可以成為自動化程度更高、效率更高系統(tǒng)的基礎(chǔ)，從而可以更快地響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。邊緣技術(shù)可以將數(shù)據(jù)持續(xù)發(fā)送到云端，然后在云端將數(shù)據(jù)輸入到更深層次的分析、ML 和人工智能（AI）應(yīng)用中。

“如果沒有邊緣計算，我認(rèn)為不可能真正實現(xiàn)工業(yè)4.0。”系統(tǒng)集成公司CorsoSystems的總裁Alex Marcy 說，“邊緣計算提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性。由于它容易部署，邊緣計算更易于進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。”低成本硬件、更高效的通信和更高的靈活性，是邊緣計算對工業(yè)4.0 產(chǎn)生影響的關(guān)鍵部分。

▎邊緣計算改善了石油和天然氣以及許多其它行業(yè)的運營。

成本更低，速度更快

邊緣計算的崛起，得益于當(dāng)今功能更強大的計算機和更低的總擁有成本。以前，在邊緣安裝一批功能強大、無風(fēng)扇、堅固耐用的邊緣計算機的成本非常高。現(xiàn)在，隨著計算機的價格越來越便宜，人們可以買到高端、功能更強大的計算機和嵌入式計算機，如果批量采購價格更優(yōu)，性價比很高。

必須對邊緣技術(shù)進行管理， 但現(xiàn)在比過去幾年更容易了。“有更多的管理平臺，”Cox說，“我們正在考慮利用集成裝置，如Docker，那里有管理設(shè)施，可以用其對設(shè)備進行管理。因為計算成本已經(jīng)下降，再加上這些管理工具，現(xiàn)在這么做要比10 年前容易得多。”

在降低成本方面，還有其它幾個因素有利于實施邊緣計算。Corso Systems 的業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Brian McClain 表示，有多種方式，其中包括技術(shù)發(fā)展過程中的硬件。傳統(tǒng)上，在使用專有運營技術(shù)（OT）系統(tǒng)的制造工廠中，這些系統(tǒng)需要一個不斷增長的、更強健的服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)——硬件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、安全和信息技術(shù)（IT）。然后還需要考慮硬件設(shè)備、軟件、許可、以及支持這些系統(tǒng)的資源和工程師的成本。因此，工業(yè)4.0 通過更多地轉(zhuǎn)向邊緣計算和服務(wù)，并連接到云，來降低成本。

這是個好消息，但還不止這些。Cox 說：“您還可以更快地進行擴展。從長遠來看，管理和維護也更容易。您肯定不希望將1000臺邊緣設(shè)備布置好后，然后還需要親自前往每臺設(shè)備對其進行管理。也不想驅(qū)車去現(xiàn)場，親自連接并嘗試管理這些邊緣設(shè)備。您希望可以同時將此解決方案部署到所有設(shè)備。這就是現(xiàn)在的技術(shù)所能做的，效率更高。”

Marcy也同意這個說法。“今天，您可以開箱即用，使用帶有MQTT的設(shè)備，它可以包括SCADA軟件和許可證。您只需簡單點擊幾下鼠標(biāo)，就可以將其連接起來，并啟動和運行邊緣計算，而無需自己構(gòu)建。”

邊緣計算機還可以與其他工廠的計算機連接。邊緣設(shè)備可以相互通信，在不同地點共享數(shù)據(jù)也帶來諸多好處，但兩個工廠之間的連接仍存在中斷的風(fēng)險。邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)，也可以與供應(yīng)鏈或其它合作伙伴共享。這可以加快交互，幫助企業(yè)在與合作伙伴協(xié)商時做出更好的決策，并確保每個人查看的數(shù)據(jù)都是一樣的。利用先進的邊緣技術(shù)，比以往任何時候都更容易實現(xiàn)這些鏈接。

邊緣計算的普及率正在提高

越來越多的企業(yè)逐步意識到邊緣計算的價值。Marcy 說：“我認(rèn)為人們越來越了解這些可能性。現(xiàn)在與2015 年或2016 年相比，邊緣計算的市場知名度要高得多。實現(xiàn)邊緣計算的技術(shù)和應(yīng)用確實有了長足的發(fā)展。最重要的是，客戶要求的是邊緣計算提供的解決方案，即使他們并沒有特意指明。”

Cox認(rèn)為，現(xiàn)在人們對這些的接受度更高。大家非常關(guān)注發(fā)展趨勢，以及在云端可做些什么。

McClain預(yù)測邊緣計算將繼續(xù)幫助實現(xiàn)更大的IT/OT融合的趨勢。許多系統(tǒng)仍然是專有的， 對I T 并不友好。“ 在討論解決IT/OT融合問題時，大量采用這些邊緣技術(shù)以及隨之而來的標(biāo)準(zhǔn)化，確實有助于將這兩個不同群體結(jié)合在一起，并有助于實現(xiàn)總體目標(biāo)，這是真正需要解決的問題，可以將制造業(yè)提升到一個新的水平。”

MQTT是邊緣計算的一個關(guān)鍵部分，因為它比其它通信協(xié)議需要的帶寬要少得多。MQTT使用的發(fā)布/ 訂閱模型，使數(shù)據(jù)可用于每個需要它的實體：從工廠車間運行人員到經(jīng)理，從移動人員到高層管理人員，再到其它業(yè)務(wù)部門。在出現(xiàn)異常時進行報告，而不是一遍又一遍地報告相同的信息，也就不會浪費帶寬。它還非常靈活，可以輕松地以任何格式發(fā)送任何類型的數(shù)據(jù)。

此外，MQTT還具有安全優(yōu)勢。如果人們遵循正確的程序，邊緣設(shè)備通常具有很強的安全性。Cox 說：“現(xiàn)在，有更多的技術(shù)和加密技術(shù)可以利用。我認(rèn)為邊緣技術(shù)實際上提高了安全性，尤其是在棕地設(shè)施，因為我們可以將邊緣計算機布置在PLC 之前。它可以位于專用網(wǎng)絡(luò)上，并且該計算機可以有兩個以太網(wǎng)適配器，一個用于本地連接到PLC，另一個用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)或其它任何地方。

在該網(wǎng)絡(luò)上，如果不通過這臺計算機，就不能直接與PLC 對話。而且，如果通過防火墻和其它方式鎖定操作，安全性就會比以前高得多。”

在邊緣收集數(shù)據(jù)

Xocean是一家愛爾蘭公司，擁有一支從海洋收集數(shù)據(jù)的無人船隊。它的客戶遍布世界各地，他們的船采用了邊緣技術(shù)，包括MQTT。在以前，Xocean 公司的解決方案是很難實施的，但現(xiàn)在可以輕松實現(xiàn)，因為強大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以把輕量級、經(jīng)濟高效的計算機配置在邊緣。

在每艘船上，Xocean公司都配置了一臺嵌入式計算機與數(shù)據(jù)相連，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)以MQTT高效地將數(shù)據(jù)發(fā)布回中央系統(tǒng)，在那里可以查看數(shù)據(jù)，并且可以管理數(shù)據(jù)。”要想完美地實施這些項目必須有MQTT技術(shù)，還得有蜂窩技術(shù)，以及具有強大、快速的計算能力，此外，還需要具有成本效益和堅固耐用的特點。

另一家系統(tǒng)集成公司MartinCSI，為石油天然氣行業(yè)的客戶成功實施了邊緣應(yīng)用。該項目從40 輛服務(wù)車收集數(shù)據(jù)，輕松地將其發(fā)送到云端和移動設(shè)備。數(shù)據(jù)包括每輛車的大約20 個運營變量，如絞盤深度、扭矩和速度，以及燃油節(jié)約、工作時間和維護警報等。

這是一個很好的例子，在新建的“綠地”項目中采用了全新的PLC和控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)從根本上說是建立在開放、安全的標(biāo)準(zhǔn)之上。Cox 說,“客戶能夠迅速地從中受益，并建立一些非常強大、令人驚嘆的應(yīng)用，特別是利用云計算的優(yōu)勢。”

在云中擁有所有這些技術(shù)對公司來說是一種輕而易舉的事情，他們能更快速地看到好處和帶來的價值。

Corso曾與一家公司合作， 該公司在世界各地為高爾夫球場和農(nóng)業(yè)設(shè)施提供泵站。該公司希望將其所有數(shù)據(jù)都放到云中。Corso 使用Raspberry Pis、MQTT 和邊緣計算創(chuàng)建了一個系統(tǒng)，以實現(xiàn)客戶的目標(biāo)。它包括一個地圖系統(tǒng)，允許技術(shù)人員從世界任何地方進行故障排除，而無需親自前往事故發(fā)生地。系統(tǒng)提供狀態(tài)、報警和其它數(shù)據(jù)，同時還提供存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。

“通過訂閱和減少技術(shù)支持的成本，有助于為客戶提供全新的收入來源。”Marcy 說：“同時也為他們提供了最新的可視性和報告監(jiān)督。”一旦客戶看到邊緣計算的實際應(yīng)用帶來的真實效果，他們就會發(fā)現(xiàn)之前的投入是值得的。

關(guān)鍵概念：

■ 對于希望從工業(yè)4.0 獲益的公司來說，在邊緣收集數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

■ 邊緣計算的受歡迎程度正在上升，因為技術(shù)變得更便宜，用戶更容易獲得。

思考一下：

邊緣技術(shù)如何賦能工業(yè)4.0 ？

審核編輯：劉清