信息技術(shù)（IT）和運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）領(lǐng)域正在不斷碰撞和融合。工業(yè)領(lǐng)域正在加大對(duì)大型和小型運(yùn)營(yíng)設(shè)備和資產(chǎn)的投入，以使數(shù)據(jù)更加豐富，并將其用于加速運(yùn)營(yíng)和解決復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。這種轉(zhuǎn)變背后的一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)，是面向邊緣的、而不是集中式或分層模型的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這通常被稱為邊緣計(jì)算。

你真的了解邊緣設(shè)備嗎？

首先要了解的是，邊緣計(jì)算并不是憑空發(fā)展的，實(shí)際上，它并不是指單一技術(shù)。邊緣計(jì)算與更廣的架構(gòu)概念——分布式計(jì)算相關(guān)，它的計(jì)算資源分布在整個(gè)系統(tǒng)中，而不是集中在主控制器或應(yīng)用程序中。分布式控制系統(tǒng)（DCS）工程師在實(shí)際工作中已經(jīng)應(yīng)用到這種概念。

然而，邊緣計(jì)算并不是DCS系統(tǒng)的演變，而是追溯到2000年代初構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的全球分布式網(wǎng)絡(luò)。大型集中式網(wǎng)絡(luò)面臨著帶寬受限和延遲的固有問(wèn)題。為了提高響應(yīng)能力，需要將資源轉(zhuǎn)移到在地理位置上更靠近需要它們的區(qū)域，這看起來(lái)更有意義。

同時(shí)，智能設(shè)備的激增以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，有更多的本地計(jì)算資源和服務(wù)可資利用。隨著網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了同樣的趨勢(shì)。與DCS系統(tǒng)相比，面向邊緣的系統(tǒng)更加分散，可用于數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和連接。這些功能正被推向更接近自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)最低層的位置——實(shí)際傳感和控制發(fā)生的地方。這就是邊緣計(jì)算中所謂的“邊緣”。根據(jù)討論的范圍，網(wǎng)絡(luò)邊緣可以被視為連接網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”中的任何元素，并且最好被認(rèn)為是有別于位于網(wǎng)絡(luò)核心或云中的資源。

Opto22的groovEPIC是傳統(tǒng)工業(yè)控制器向邊緣控制器的發(fā)展。圖片來(lái)源：Opto22

“邊緣設(shè)備”可以指智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如變送器、可編程邏輯控制器（PLC）和可編程自動(dòng)化控制器（PAC），也可以指連接各種網(wǎng)絡(luò)部件或橋接不同網(wǎng)絡(luò)的邊緣網(wǎng)關(guān)，例如協(xié)議轉(zhuǎn)換器、路由器和工業(yè)PC。類似的邊緣設(shè)備，正越來(lái)越多地參與到過(guò)程數(shù)據(jù)的匯總和規(guī)范化中。

數(shù)據(jù)規(guī)范化是指重新格式化數(shù)據(jù)、添加元數(shù)據(jù)，消除異常值和填補(bǔ)空白的過(guò)程，以便核心系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)可以使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。隨著更多的、可能是異構(gòu)的設(shè)備和協(xié)議（例如傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線與OPC數(shù)據(jù)，來(lái)自云的JSON和新的智能無(wú)線格式數(shù)據(jù)混合在一起等），大規(guī)模地產(chǎn)生和傳輸數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)變得非常重要。邊緣設(shè)備通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，消除無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和核心處理能力的需求來(lái)提供幫助。

工業(yè)邊緣計(jì)算已經(jīng)超越了提高資源利用率的范疇。借助功能更強(qiáng)大的工業(yè)邊緣設(shè)備，我們可以為過(guò)程帶來(lái)新的價(jià)值提升，例如為本地過(guò)程托管可視化、數(shù)據(jù)庫(kù)、通信或應(yīng)用服務(wù)器的功能，從而減少了對(duì)高維護(hù)PC的依賴并加強(qiáng)了IT集成。

Node-RED是一種流行的物聯(lián)網(wǎng)連接工具，可輕松在邊緣共享數(shù)據(jù)。

學(xué)習(xí)邊緣計(jì)算技能

通過(guò)設(shè)計(jì)，邊緣計(jì)算體系結(jié)構(gòu)融合了以前相互隔離的功能和技術(shù)。對(duì)于OT專家而言，利用這一轉(zhuǎn)變可能需要發(fā)展新的技能。邊緣計(jì)算的高級(jí)技能，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)庫(kù)專業(yè)知識(shí)和安全性。下面列出一些發(fā)展這些技能的需求。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)面向邊緣的系統(tǒng)，需要有人了解所有設(shè)備是如何融合在一起的。邊緣設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和軟件系統(tǒng)，均具有特定的資源限制，并且其交互的質(zhì)量將提高或降低總體系統(tǒng)的有效性。當(dāng)數(shù)據(jù)跨域傳輸時(shí)，互操作性成為一個(gè)更大的問(wèn)題。了解常見(jiàn)的數(shù)據(jù)交換格式（例如JSON），以及如何在多設(shè)備之間協(xié)作來(lái)高效地處理和組織數(shù)據(jù)是很有幫助的。這些因素決定了系統(tǒng)的屬性，例如可擴(kuò)展性。在未來(lái)10年內(nèi)，隨著向IIoT集成的邁進(jìn)，這些屬性將變得越來(lái)越重要。

2.網(wǎng)絡(luò)連接。通過(guò)更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，邊緣計(jì)算提高了IT/OT系統(tǒng)的性能。因此，在使用邊緣計(jì)算系統(tǒng)時(shí)，如果工程師能夠了解如何衡量和管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能，將大有裨益。添加多個(gè)邊緣設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，可能會(huì)使通訊變緩而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，它可以提高現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)速度，同時(shí)減少核心資源的使用量。采用高效的通信協(xié)議，例如消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT），可以進(jìn)一步減少對(duì)帶寬的需求。其它因素諸如可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)或設(shè)備和通信協(xié)議的選擇中也起到一定的作用。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)專業(yè)知識(shí)。在IT和OT系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分發(fā)和分析非常重要。邊緣計(jì)算使它們之間的聯(lián)系更多、更緊密，這就需要OT專家了解有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方式以及與之交互的方式。數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和效率，可能會(huì)受到傳入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，以及處理頻率和類型的負(fù)面影響。專用軟件包括一個(gè)開(kāi)源物聯(lián)網(wǎng)連接工具，有助于邊緣設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)和云服務(wù)之間的數(shù)據(jù)共享，以及能夠簡(jiǎn)化工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)連接的其他軟件工具。

4.安全性。在控制網(wǎng)絡(luò)中，如果能夠多點(diǎn)存儲(chǔ)、訪問(wèn)和管理數(shù)據(jù)，那么就不能想當(dāng)然的認(rèn)為：從物理和網(wǎng)絡(luò)的角度看，控制系統(tǒng)都是安全的。使用這類網(wǎng)絡(luò)的工程師，必須熟悉潛在的風(fēng)險(xiǎn)以及緩解這些風(fēng)險(xiǎn)的工具。工程師需要了解防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的功能和實(shí)現(xiàn)，以及身份驗(yàn)證、加密和認(rèn)證等數(shù)據(jù)保護(hù)功能。他們還應(yīng)能夠在將新設(shè)備和應(yīng)用引入到網(wǎng)絡(luò)之前，對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)估。

不要忽視邊緣計(jì)算的必然性，或任何有助于IT/OT集成以及向IIoT過(guò)渡的技術(shù)。由于日常設(shè)備的功能變得越來(lái)越強(qiáng)大，這就要求工程師用其做更多的事情。這是工程師面對(duì)的發(fā)展趨勢(shì)，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)更多利用所學(xué)知識(shí)為內(nèi)部和外部客戶創(chuàng)造價(jià)值的機(jī)會(huì)。未來(lái)幾年內(nèi)，在發(fā)展新知識(shí)、技能和連接方面投資的工程師，將會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)遇的大門向他們敞開(kāi)。 （作者：Josh Eastburn）
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