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摘要：當(dāng)前，全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)變革和工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型蓬勃興起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算作為信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為新工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)支撐。在企業(yè)構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系過程中，如何在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用邊緣計(jì)算是業(yè)界關(guān)注的重要問題。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，本文以離散制造業(yè)為例，深入分析了離散制造業(yè)發(fā)展需求，詳細(xì)介紹了針對(duì)離散制造業(yè)特點(diǎn)的邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)，同時(shí)系統(tǒng)闡述了離散制造業(yè)典型場景的邊緣計(jì)算已有應(yīng)用解決方案，為引導(dǎo)和促進(jìn)離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用發(fā)展提供了參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；邊緣計(jì)算；離散制造業(yè)；實(shí)施架構(gòu)

Abstract: Industrial transformation and industrial digital transformation are booming around the world. Industrial Internet edge computing, as a product of deep integration of information technology and manufacturing, has become the key technical support of the new industrial revolution. In the process of building an industrial Internet technology system, applying edge computing in industrial fields has attracted a lot of attention. To meet the above challenges, this paper takes discrete manufacturing as an example, deeply analyzes the development needs of discrete manufacturing, and introduces the implementation architecture of edge computing for discrete manufacturing. Moreover, this paper also expounds the existing application solutions of edge computing in typical scenarios of discrete manufacturing. The reference for guiding and promoting the development of discrete manufacturing edge computing applications is provided in this paper.

Key words: Industrial internet; Edge computing; Discrete manufacturing; Implementation architecture

1　引言

近年來，隨著新一代信息技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)政策的支持，我國離散型制造業(yè)正積極地向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)型，然而制約離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型的瓶頸仍有很多，例如，工業(yè)現(xiàn)場存在眾多“信息孤 島”；現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源的可利用率不高，降低了數(shù)字化的實(shí)用價(jià)值；工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)協(xié)議多樣異構(gòu)，設(shè)備互聯(lián)互通困難等，這些因素都為離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展造成了巨大阻礙。

而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算通過在靠近工業(yè)現(xiàn)場執(zhí)行側(cè)的網(wǎng)絡(luò)邊緣構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等核心能力為一體的一種分布式開放體系，提供智能邊緣服務(wù)并與云端協(xié)同工作，可以滿足離散制造業(yè)在快速系統(tǒng)聯(lián)接、智能數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析、安全運(yùn)營管理等方面的關(guān)鍵需求，幫助離散制造業(yè)突破數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的局限，實(shí)現(xiàn)行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。本文首先深入分析了離散制造業(yè)發(fā)展需求，詳細(xì)闡述了離散制造業(yè)邊緣計(jì)算發(fā)展的重大意義及最新態(tài)勢(shì)，系統(tǒng)介紹了適用于離散制造業(yè)的邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)及針對(duì)離散制造業(yè)典型場景的已有邊緣計(jì)算解決方案，為引導(dǎo)和促進(jìn)離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用發(fā)展提供了參考。

2　離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

2.1　離散制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及需求

離散制造的產(chǎn)品往往由多個(gè)零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序的加工最終裝配而成，例如飛機(jī)制造、船舶制造等。近年來，隨著我國離散制造業(yè)的發(fā)展，其對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延、隱私和安全等指標(biāo)的要求也進(jìn)一步升級(jí)，整體作業(yè)呈現(xiàn)精細(xì)化，智能化和柔性化的發(fā)展趨勢(shì)，在此過程中，我國離散制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)如下：

工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型異構(gòu)混雜，缺少完整的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用架構(gòu)。目前離散制造業(yè)普遍存在低端產(chǎn)能過剩、高端產(chǎn)能不足的情況。提高高端產(chǎn)能首先需要從裝備入手提高生產(chǎn)品質(zhì)。一方面，行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)還需要長期積累來轉(zhuǎn)化為設(shè)備工藝軟件的進(jìn)步；另一方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用還需進(jìn)一步加強(qiáng)來促進(jìn)工藝參數(shù)的優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化、生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控診斷、預(yù)測性維護(hù)等。行業(yè)內(nèi)大部分設(shè)備和產(chǎn)線傳感器數(shù)量不足，一些關(guān)鍵的物理量尚缺乏有效的傳感測量手段，一些自動(dòng)化裝備獲取的狀態(tài)數(shù)據(jù)沒有通過開放式接口提供給第三方，且原有的自動(dòng)化系統(tǒng)和架構(gòu)都不能提供良好的支撐。

生產(chǎn)過程柔性化不足，單機(jī)設(shè)備缺少開放式接口，設(shè)備間缺少統(tǒng)一的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)殡x散制造業(yè)涉及的行業(yè)眾多，發(fā)展不均衡，整個(gè)離散制造業(yè)目前還未普遍實(shí)現(xiàn)基于訂單的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)。總體上，隨著數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及PLC的廣泛應(yīng)用，各個(gè)行業(yè)的單機(jī)自動(dòng)化水平都有了較大提升，但離散制造業(yè)整體還處于以單機(jī)自動(dòng)化為主和剛性自動(dòng)化產(chǎn)線為主的狀況，柔性自動(dòng)化產(chǎn)線較少，真正實(shí)現(xiàn)基于訂單的柔性自動(dòng)化產(chǎn)線更少，OT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

產(chǎn)線自動(dòng)化軟件系統(tǒng)薄弱，生產(chǎn)自動(dòng)化程度不足，運(yùn)營人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。在目前的發(fā)展階段，各個(gè)離散制造行業(yè)的自動(dòng)化軟件水平極不均衡，在國產(chǎn)裝備中還存在大量“黑盒子”，即缺少自主關(guān)鍵工藝控制能力，大量采用第三方的專用控制器，既難以實(shí)現(xiàn)工藝算法和軟件的自主迭代升級(jí)，也影響了裝備軟件的統(tǒng)一架構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，相對(duì)于流程行業(yè)，離散制造業(yè)的設(shè)備產(chǎn)線操作人員、品質(zhì)檢測人員、生產(chǎn)管理人員、設(shè)備維護(hù)人員工作內(nèi)容更為繁瑣，更容易出現(xiàn)疲勞狀況。對(duì)于生產(chǎn)規(guī)劃人員來說，離散制造涉及的不確定性因素較多，制定按需生產(chǎn)、有彈性的生產(chǎn)計(jì)劃比較困難。一些關(guān)鍵零件加工環(huán)節(jié)、裝配環(huán)節(jié)不能完全依賴于自動(dòng)化，需要有經(jīng)驗(yàn)的工人完成，目前尚缺乏有效的人機(jī)協(xié)作機(jī)制來減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。基于機(jī)器視覺等手段的在線檢測裝置正獲得廣泛的應(yīng)用，但在很多工廠，質(zhì)量檢測仍是一個(gè)勞動(dòng)力密集環(huán)節(jié)。

原有標(biāo)準(zhǔn)和解決方案不適應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展。原有的工廠自動(dòng)化和信息化架構(gòu)的參考模型主要是ISA-95的L0到L4金字塔模型，該模型定義了ERP、MOM、SCADA、PLC／DCS之間的接口和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。

目前，一方面在實(shí)際中該標(biāo)準(zhǔn)并沒有得到很好地實(shí)現(xiàn)，廣泛采用的是主流廠家以數(shù)據(jù)庫為中心的方案；另一方面，該標(biāo)準(zhǔn)也需要進(jìn)一步完善，適應(yīng)離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求。

2.2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算推動(dòng)離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

針對(duì)上述問題和挑戰(zhàn)，可以看出，隨著離散制造業(yè)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的深化，離散制造業(yè)發(fā)展將面臨著深層次的問題，包括生產(chǎn)效率與成本控制的提升接近極限，無法有效應(yīng)對(duì)靈活多變的市場需求等，同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)性、可靠性以及智能化能力的要求也不斷提高。而滿足上述需求不僅需要云計(jì)算的整體運(yùn)籌，更需要邊緣計(jì)算的本地實(shí)時(shí)決策職能。邊緣計(jì)算提供了設(shè)備之間互聯(lián)互通機(jī)制、OT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)互聯(lián)互通機(jī)制，以及部署于工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、匯聚、存儲(chǔ)、分析機(jī)制，可以快速便捷的實(shí)現(xiàn)OT與IT的整合。因此，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的邊緣計(jì)算將在離散制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，有利于解決離散制造業(yè)當(dāng)前和未來所面臨的如下問題：

邊緣計(jì)算為離散制造業(yè)提供邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)匯聚采集和智能決策分析能力。當(dāng)前大量離散制造系統(tǒng)受限于數(shù)據(jù)的不完備性，整體設(shè)備效率等指標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算比較粗放，難以用于效率優(yōu)化。邊緣計(jì)算平臺(tái)基于設(shè)備信息模型實(shí)現(xiàn)語義級(jí)別的制造系統(tǒng)橫向通信和縱向通信；基于容器化的邊緣計(jì)算核心組件保證設(shè)備數(shù)據(jù)采集的完整性和有效性；基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理機(jī)制匯聚和分析大量現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于模型的生產(chǎn)線多數(shù)據(jù)源信息融合，為離散制造系統(tǒng)的決策提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持；基于邊云協(xié)同的人工智能模型訓(xùn)練和部署機(jī)制，將為離散制造領(lǐng)域?qū)＜姨峁┐罅科脚_(tái)化、模塊化的靈活易用工具，不斷提升工廠的精益制造能力。

邊緣計(jì)算能有效解決離散制造業(yè)的設(shè)備間連接性問題。離散制造領(lǐng)域行業(yè)眾多，行業(yè)碎片化導(dǎo)致設(shè)備連接協(xié)議眾多，造成設(shè)備互聯(lián)困難。邊緣計(jì)算平臺(tái)具有完善的連接配置和管理能力，收集系統(tǒng)間實(shí)時(shí)通信需求和服務(wù)質(zhì)量要求，運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度算法，轉(zhuǎn)化為對(duì)TSN交換機(jī)和5G網(wǎng)絡(luò)的配置，支持多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸。在保證信息安全的基礎(chǔ)上，不僅可以把支持傳統(tǒng)接口和協(xié)議的設(shè)備接入邊緣計(jì)算平臺(tái)，而且通過引入數(shù)據(jù)抽象層，使得不能直接互聯(lián)互通的設(shè)備基于邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，邊緣計(jì)算平臺(tái)的低延遲性能可以保證設(shè)備間的實(shí)時(shí)橫向通信。

邊緣計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)離散制造業(yè)自動(dòng)化軟件開發(fā)的軟硬件解耦。智能工廠的運(yùn)行依賴于智能裝備和智能流程，需要大量的實(shí)時(shí)軟件支持。目前很多裝備實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件過度依賴于具體的控制系統(tǒng)硬件，難以遷移到不同的系統(tǒng)。基于邊緣計(jì)算平臺(tái)的微服務(wù)架構(gòu)，可以將大量實(shí)時(shí)規(guī)劃、優(yōu)化排版、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷和分析、AGV調(diào)度等功能封裝在邊緣應(yīng)用程序上，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的解耦，降低了開發(fā)難度，提高了軟件質(zhì)量，通過邊緣計(jì)算平臺(tái)可進(jìn)行邊緣應(yīng)用程序的靈活部署，實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)域知識(shí)的分享。

邊緣計(jì)算具有豐富的抽象和粘合能力，針對(duì)老工廠升級(jí)和新工廠建設(shè)的不同需求，能夠提供具有一致性的設(shè)計(jì)解決方案。目前大量老工廠都面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型問題，邊緣計(jì)算由于具有豐富的連接性和靈活的部署能力，可以提供多種輕量級(jí)的解決方案，在不對(duì)自動(dòng)化裝備進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)的情況下，通過增加邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算平臺(tái)和必要的邊緣數(shù)據(jù)采集終端，可以有效提高制造工廠的數(shù)字化水平，加強(qiáng)數(shù)據(jù)在制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種基于數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用。

總體來說，基于邊緣計(jì)算的解決方案可以有效解決離散制造業(yè)發(fā)展過程中面臨的設(shè)備連接、數(shù)據(jù)采集處理、柔性生產(chǎn)等諸多問題，促進(jìn)離散制造業(yè)實(shí)現(xiàn)全局協(xié)同，提升生產(chǎn)效率，不斷強(qiáng)化離散制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的物聯(lián)連接、上云用云和數(shù)據(jù)分析能力，并帶動(dòng)一批離散制造業(yè)智能化應(yīng)用走向成熟商用，助力離散制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。

3　離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐

3.1　離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)

離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)包括現(xiàn)場設(shè)備層、邊緣計(jì)算平臺(tái)以及實(shí)現(xiàn)邊云協(xié)同的云平臺(tái)層，如圖1所示，邊緣計(jì)算平臺(tái)負(fù)責(zé)從各現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入、存儲(chǔ)、邊緣分析處理等，并通過對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的物聯(lián)集成（如：生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備、檢測設(shè)備）采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳送至云平臺(tái)，同時(shí)實(shí)時(shí)接收云平臺(tái)下發(fā)的控制指令，最終反饋至相應(yīng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化管理，對(duì)離散制造業(yè)的生產(chǎn)過程控制、工藝優(yōu)化具有重要意義。

圖1 離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)

此外，隨著邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)中的應(yīng)用不斷廣泛，云計(jì)算與邊緣計(jì)算的協(xié)同效應(yīng)也在快速增強(qiáng)，邊云協(xié)同成為離散制造業(yè)數(shù)字化改造的主要使能器。一方面，邊緣計(jì)算在工廠內(nèi)部發(fā)揮重要作用。邊緣側(cè)數(shù)據(jù)分散，本地應(yīng)用系統(tǒng)多，需要大量的計(jì)算、存儲(chǔ)資源。邊緣計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地處理及生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)控制反饋，同時(shí)，邊緣計(jì)算平臺(tái)通過東西向聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)和知識(shí)的交換，支持計(jì)算、存儲(chǔ)資源的橫向彈性擴(kuò)展，能夠完成本地的實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)優(yōu)化操作。另一方面，邊緣計(jì)算平臺(tái)將與工廠外的云平臺(tái)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，邊緣側(cè)聚焦實(shí)時(shí)、小數(shù)據(jù)的處理，而云平臺(tái)側(cè)聚焦長周期、大數(shù)據(jù)的處理。邊緣計(jì)算平臺(tái)通過南北向鏈接與更上層的工業(yè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用管理協(xié)同，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施資源的統(tǒng)一管理、調(diào)度和運(yùn)維，支撐邊緣側(cè)應(yīng)用的靈活部署和升級(jí)。

其中，邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)中的應(yīng)用形式主要以邊緣計(jì)算平臺(tái)為主，如圖2所示，通用邊緣計(jì)算平臺(tái)一般包含邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)以及邊緣云三層架構(gòu)，基于云原生的邊云協(xié)同架構(gòu)，采用輕量級(jí)容器管理、虛擬化等技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的現(xiàn)場異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、業(yè)務(wù)管理等數(shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)、處理等功能。

圖2 邊緣計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

邊緣控制器是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)連接各種現(xiàn)場設(shè)備，進(jìn)行工業(yè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換和適配，統(tǒng)一接入到邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，并將設(shè)備能力以服務(wù)的形式進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)物理上和邏輯上生產(chǎn)設(shè)備之間通信連接。邊緣控制器硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)采用分布式異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，一般采用CPU+GPU/FPGA協(xié)同的異構(gòu)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，支持全分布式控制以及多種控制器的協(xié)作運(yùn)行和無縫集成，也是目前各種實(shí)時(shí)嵌入式硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的主流實(shí)現(xiàn)方案；在滿足硬件實(shí)時(shí)需求前提下，利用多物理內(nèi)核結(jié)合虛擬化技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)在同一硬件平臺(tái)上運(yùn)行實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)任務(wù)或操作系統(tǒng)，并滿足系統(tǒng)多樣化與可移植性的需求，提高整體平臺(tái)體系的安全性、可靠性、靈活性以及資源的利用效率；應(yīng)用時(shí)空隔離的多任務(wù)和多線程調(diào)度機(jī)制與改造優(yōu)化調(diào)度算法相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制。

邊緣網(wǎng)關(guān)是指具備邊緣計(jì)算、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、工業(yè)協(xié)議解析能力的邊緣計(jì)算裝置。邊緣網(wǎng)關(guān)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜惡劣環(huán)境，滿足國內(nèi)主流控制器、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器等工業(yè)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)解析的需求，支持邊緣端數(shù)據(jù)運(yùn)算及通過互聯(lián)網(wǎng)推送數(shù)據(jù)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。邊緣網(wǎng)關(guān)可將現(xiàn)場各種工業(yè)設(shè)備、裝置采用、應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)或私有通信協(xié)議轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)OPCUA及MQTT通訊協(xié)議，使得上位系統(tǒng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可采用統(tǒng)一的協(xié)議和信息模型與不同設(shè)備和系統(tǒng)互相通信，方便系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、配置下載、遠(yuǎn)程管理等功能。

邊緣云是邊緣側(cè)單個(gè)或者多個(gè)分布式協(xié)同的服務(wù)器，通過本地部署的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)特定功能，提供彈性擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)能力，滿足可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性等需求，是實(shí)現(xiàn)IT技術(shù)與OT技術(shù)深度融合的重要紐帶。一方面，將在云端基于機(jī)器學(xué)習(xí)離線訓(xùn)練好的模型部署到邊緣云，并通過定期更新模型算法來同步邊緣智能，可以使得緊急類故障能夠在本地及時(shí)報(bào)警，同時(shí)可以對(duì)一些相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正；另一方面，根據(jù)模型中輸出與特征之間權(quán)重關(guān)系，優(yōu)化終端上傳數(shù)據(jù)的過濾規(guī)則，以此減少流量成本和云端存儲(chǔ)成本。

3.2　離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐

由于離散制造過程中每道工序中涉及的工藝參數(shù)不一，而統(tǒng)合這些參數(shù)需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間。同時(shí)，離散制造對(duì)于流程管控要求較高，在企業(yè)內(nèi)部一般將同一工序的設(shè)備按照空間和行政管理劃分建成一些生產(chǎn)組織（例如部門、工段或小組），這將勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)各個(gè)小組之間的數(shù)據(jù)互通性和共享性間歇或斷續(xù)的現(xiàn)象。此外，離散制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、處理需求和定貨數(shù)量方面變動(dòng)較多，呈現(xiàn)少量多樣化特征。

離散制造業(yè)具有以上特征，也決定了邊緣計(jì)算需要針對(duì)不同產(chǎn)品、產(chǎn)線具有不同的特征性部署，主要分為少品種大批量離散制造業(yè)與多品種小批量離散制造業(yè)兩大類別。其中少品種大批量離散制造業(yè)以汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域和電子制造領(lǐng)域?yàn)榈湫痛恚欢嗥贩N小批量離散制造業(yè)以工程機(jī)械領(lǐng)域，船舶制造領(lǐng)域和定制家具領(lǐng)域?yàn)榈湫痛怼?/p>

在電子制造領(lǐng)域，和利時(shí)依照散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)搭建數(shù)字化車間建設(shè)和運(yùn)行的核心支撐系統(tǒng)，如圖3所示。該解決方案以電子生產(chǎn)所要求的工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)、自動(dòng)化、測控技術(shù)等為手段，用數(shù)據(jù)連接車間不同單元，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過程進(jìn)行管理、診斷和優(yōu)化。解決方案集邊緣計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)視覺、RFID和二維碼、AGV小車等先進(jìn)技術(shù)于一體，打通生產(chǎn)計(jì)劃、電子生產(chǎn)車間制造、倉儲(chǔ)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、工藝管理等相關(guān)業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)流和信息流，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車間。

圖3 電子生產(chǎn)數(shù)字化車間解決方案架構(gòu)

在船舶制造領(lǐng)域，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所基于離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)，形成面向船舶舾裝件制造行業(yè)個(gè)性化定制和自組織生產(chǎn)系統(tǒng)解決方案，將車間內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人智能控制器功能集中部署在生產(chǎn)車間的邊緣節(jié)點(diǎn)，根據(jù)舾裝制造企業(yè)訂單和生產(chǎn)場景的變化，采用邊緣局部優(yōu)化和云端全局優(yōu)化相結(jié)合的方式，通過資源-資源、任務(wù)-資源的雙向?qū)崟r(shí)自主通信、交互和決策，實(shí)現(xiàn)多智能體分布式的、自主、協(xié)同解決（或提前避免）車間生產(chǎn)異常，自動(dòng)靈活地調(diào)配資源，進(jìn)而形成一套個(gè)性化的智能生產(chǎn)制造的系統(tǒng)，從而最大化提高舾裝制造車間生產(chǎn)效率、優(yōu)化制造資源配置、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和能耗。

4　總結(jié)與展望

近年來，全球產(chǎn)業(yè)鏈積極推進(jìn)邊緣計(jì)算技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展,促進(jìn)建成統(tǒng)一開放的平臺(tái)，支持不同方案及產(chǎn)品的集成融合，加快推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)化工作，這一趨勢(shì)在離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型中體現(xiàn)得尤其明顯。盡管邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)落地實(shí)施過程中上取得了一些進(jìn)展，但在推進(jìn)過程中仍面臨著一些問題。例如，邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)中涉及從產(chǎn)線層邊緣控制器協(xié)同，到工廠層內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融通，再到企業(yè)層工業(yè)云部署等多個(gè)方面的解決方案尚未完善，同時(shí)邊緣計(jì)算也對(duì)傳統(tǒng)離散制造業(yè)的運(yùn)營模式帶來了挑戰(zhàn)，這些都需要各界共同努力去解決。

隨著邊緣計(jì)算的不斷發(fā)展，其與離散制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同合作將變得更為緊密，使得未來將會(huì)有一大批面向離散制造業(yè)的商用邊緣計(jì)算解決方案落地，從而推進(jìn)離散制造業(yè)開啟轉(zhuǎn)型新航道。

★工業(yè)和信息化部2018年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程—工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)驗(yàn)證專項(xiàng)資助

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國信息通信研究院, 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書[R]. 2019.

[2] 叢力群. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中邊緣計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法[J]. 自動(dòng)化博覽, 2018, No. 294 (05) : 53 - 57.

[3] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)應(yīng)用報(bào)告[R]. 2019.

[4] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書[R]. 2019.

[5] The Industrial Internet of Things Volume G1: Reference Architecture[Z].

作者簡介：

王哲，男，博士，中國信息通信研究院工程師，主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、車聯(lián)網(wǎng)等方面的研究，曾在IEEE Transactions on Vehicular Technology、IEEE ICC以及IEEE PIMRC等頂級(jí)SCI期刊及會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年11月刊