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专家:没有边缘计算,就不可能实现工业4.0

来源:控制工程网2022.09.19阅读 1162


图片来源 :Inductive Automation

  期望成功部署工业4.0 的制造企业会发现,边缘技术可以提供更好的帮助。随着在各种行业中边缘计算越来越流行,很多专家也认同这种说法。因此,边缘技术被视为创建工业4.0 解决方案的关键要素之一。在边缘处理更多数据,可以带来更高的运营效率、更好的决策、更低的成本等优势。
  边缘技术是在网络边缘使用的计算设备和服务,它们靠近正在收集的数据。随着数据在源头附近被管理、分析、情境化和清理,它可以以更有效的方式在系统中传输,从而节省资源和成本。新的边缘设备可能会配置获得许可的监控和数据采集SCADA)软件和嵌入式消息队列遥测传输(MQTT),可以更方便地从边缘收集和发送更多数据。
  “ 在边缘处理数据具有诸多好处。”Inductive Automation 销售工程副总监TravisCox表示:“速度快,可以更快地访问更多数据。确保本地连接性,在中央系统出现连接问题时进行存储和转发数据。边缘还有助于实现规模化。可以在边缘进行协议转换,并使用一些简单的算法进行监控,在某些工况下,还可以将信息写回可编程逻辑控制器(PLC)。我们可以利用机器学习(ML)构建模型,以便在边缘即时做出决策。例如,预测故障或调整工艺。”
  边缘计算可以在整个架构内对设备进行更好地监控,并提供更大的灵活性。它可以在设备出现故障之前报警,提高安全性,并且更易于管理和维护。它还可以成为自动化程度更高、效率更高系统的基础,从而可以更快地响应业务需求。边缘技术可以将数据持续发送到云端,然后在云端将数据输入到更深层次的分析、ML 和人工智能(AI)应用中。
  “如果没有边缘计算,我认为不可能真正实现工业4.0。”系统集成公司CorsoSystems的总裁Alex Marcy 说,“边缘计算提高了系统的稳健性。由于它容易部署,边缘计算更易于进行数字化转型。”低成本硬件、更高效的通信和更高的灵活性,是边缘计算对工业4.0 产生影响的关键部分。

边缘计算改善了石油和天然气以及许多其它行业的运营。

  成本更低,速度更快 
  边缘计算的崛起,得益于当今功能更强大的计算机和更低的总拥有成本。以前,在边缘安装一批功能强大、无风扇、坚固耐用的边缘计算机的成本非常高。现在CONTROL ENGINEERING China版权所有,随着计算机的价格越来越便宜,人们可以买到高端、功能更强大的计算机和嵌入式计算机,如果批量采购价格更优,性价比很高。
  必须对边缘技术进行管理, 但现在比过去几年更容易了。“有更多的管理平台,”Cox说,“我们正在考虑利用集成装置,如Docker,那里有管理设施,可以用其对设备进行管理。因为计算成本已经下降,再加上这些管理工具,现在这么做要比10 年前容易得多。”
  在降低成本方面,还有其它几个因素有利于实施边缘计算。Corso Systems 的业务开发经理Brian McClain 表示,有多种方式,其中包括技术发展过程中的硬件。传统上,在使用专有运营技术(OT)系统的制造工厂中,这些系统需要一个不断增长的、更强健的服务器基础架构——硬件、数据库、网络、安全和信息技术(IT)。然后还需要考虑硬件设备、软件、许可、以及支持这些系统的资源和工程师的成本。因此,工业4.0 通过更多地转向边缘计算和服务,并连接到云,来降低成本。
  这是个好消息,但还不止这些。Cox 说:“您还可以更快地进行扩展。从长远来看,管理和维护也更容易。您肯定不希望将1000台边缘设备布置好后,然后还需要亲自前往每台设备对其进行管理。也不想驱车去现场,亲自连接并尝试管理这些边缘设备。您希望可以同时将此解决方案部署到所有设备。这就是现在的技术所能做的,效率更高。”
  Marcy也同意这个说法。“今天,您可以开箱即用,使用带有MQTT的设备,它可以包括SCADA软件和许可证。您只需简单点击几下鼠标,就可以将其连接起来,并启动和运行边缘计算,而无需自己构建。”
  边缘计算机还可以与其他工厂的计算机连接。边缘设备可以相互通信,在不同地点共享数据也带来诸多好处,但两个工厂之间的连接仍存在中断的风险。边缘设备的数据,也可以与供应链或其它合作伙伴共享。这可以加快交互,帮助企业在与合作伙伴协商时做出更好的决策,并确保每个人查看的数据都是一样的。利用先进的边缘技术,比以往任何时候都更容易实现这些链接。
  边缘计算的普及率正在提高 
  越来越多的企业逐步意识到边缘计算的价值。Marcy 说:“我认为人们越来越了解这些可能性。现在与2015 年或2016 年相比,边缘计算的市场知名度要高得多。实现边缘计算的技术和应用确实有了长足的发展。最重要的是,客户要求的是边缘计算提供的解决方案,即使他们并没有特意指明。”
  Cox认为,现在人们对这些的接受度更高。大家非常关注发展趋势,以及在云端可做些什么。
  McClain预测边缘计算将继续帮助实现更大的IT/OT融合的趋势。许多系统仍然是专有的, 对I T 并不友好。“ 在讨论解决IT/OT融合问题时,大量采用这些边缘技术以及随之而来的标准化,确实有助于将这两个不同群体结合在一起,并有助于实现总体目标,这是真正需要解决的问题,可以将制造业提升到一个新的水平。”

Xocean 利用边缘技术为世界各地的公司收集海洋数据。

  MQTT是边缘计算的一个关键部分,因为它比其它通信协议需要的带宽要少得多。MQTT使用的发布/ 订阅模型,使数据可用于每个需要它的实体:从工厂车间运行人员到经理,从移动人员到高层管理人员,再到其它业务部门。在出现异常时进行报告,而不是一遍又一遍地报告相同的信息,也就不会浪费带宽。它还非常灵活,可以轻松地以任何格式发送任何类型的数据。
  此外,MQTT还具有安全优势。如果人们遵循正确的程序CONTROL ENGINEERING China版权所有,边缘设备通常具有很强的安全性。Cox 说:“现在CONTROL ENGINEERING China版权所有,有更多的技术和加密技术可以利用。我认为边缘技术实际上提高了安全性,尤其是在棕地设施,因为我们可以将边缘计算机布置在PLC 之前。它可以位于专用网络上,并且该计算机可以有两个以太网适配器,一个用于本地连接到PLC,另一个用于将数据发送到网络或其它任何地方。在该网络上,如果不通过这台计算机,就不能直接与PLC 对话。而且,如果通过防火墙和其它方式锁定操作,安全性就会比以前高得多。”
  在边缘收集数据 
  Xocean是一家爱尔兰公司,拥有一支从海洋收集数据的无人船队。它的客户遍布世界各地,他们的船采用了边缘技术,包括MQTT。在以前,Xocean 公司的解决方案是很难实施的,但现在可以轻松实现,因为强大的网络技术可以把轻量级、经济高效的计算机配置在边缘。
  在每艘船上,Xocean公司都配置了一台嵌入式计算机与数据相连,通过蜂窝网络以MQTT高效地将数据发布回中央系统,在那里可以查看数据,并且可以管理数据。”要想完美地实施这些项目必须有MQTT技术,还得有蜂窝技术,以及具有强大、快速的计算能力,此外,还需要具有成本效益和坚固耐用的特点。
  另一家系统集成公司MartinCSI,为石油天然气行业的客户成功实施了边缘应用。该项目从40 辆服务车收集数据,轻松地将其发送到云端和移动设备。数据包括每辆车的大约20 个运营变量,如绞盘深度、扭矩和速度,以及燃油节约、工作时间和维护警报等。
  这是一个很好的例子CONTROL ENGINEERING China版权所有,在新建的“绿地”项目中采用了全新的PLC和控制系统,这些系统从根本上说是建立在开放、安全的标准之上。Cox 说,“客户能够迅速地从中受益,并建立一些非常强大、令人惊叹的应用,特别是利用云计算的优势。”
  在云中拥有所有这些技术对公司来说是一种轻而易举的事情,他们能更快速地看到好处和带来的价值。
  Corso曾与一家公司合作, 该公司在世界各地为高尔夫球场和农业设施提供泵站。该公司希望将其所有数据都放到云中。Corso 使用Raspberry Pis、MQTT 和边缘计算创建了一个系统,以实现客户的目标。它包括一个地图系统,允许技术人员从世界任何地方进行故障排除,而无需亲自前往事故发生地。系统提供状态、报警和其它数据CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时还提供存储和转发。
  “通过订阅和减少技术支持的成本,有助于为客户提供全新的收入来源。”Marcy 说:“同时也为他们提供了最新的可视性和报告监督。”一旦客户看到边缘计算的实际应用带来的真实效果,他们就会发现之前的投入是值得的。(作者:Jim Meyers,Inductive Automation)
  关键概念: 
  ■ 对于希望从工业4.0 获益的公司来说,在边缘收集数据至关重要。
  ■ 边缘计算的受欢迎程度正在上升控制工程网版权所有,因为技术变得更便宜,用户更容易获得。
  思考一下: 
  边缘技术如何赋能工业4.0 ?

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