工廠車間挑戰(zhàn)

大多數(shù)工廠車間仍然大量使用人工。地板上的設(shè)備從模擬儀表到具有強(qiáng)大計(jì)算、存儲(chǔ)和連接能力的智能控制系統(tǒng)不等。主要挑戰(zhàn)在于如何有效地自動(dòng)化和集成這些系統(tǒng)，以自動(dòng)化人類工人所做的工作，分析和識(shí)別改進(jìn)機(jī)會(huì)，并提高現(xiàn)場(chǎng)操作安全性。

Rob High 相信智能傳感器、5G、人工智能和邊緣計(jì)算的結(jié)合提供了解決方案?！肮S車間需要?jiǎng)?chuàng)新來提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高安全性并實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。IT 和 OT 已從競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作。在設(shè)備方面，計(jì)算在傳感器中變得越來越可用，可以在地板上進(jìn)行分析。例如，可以直接在傳感器上使用本地視覺傳感器來檢測(cè)安全和質(zhì)量問題”。

為什么是5G？

連接性對(duì)于工廠車間自動(dòng)化至關(guān)重要。將所有這些連接在一起的部署和維護(hù)成本高得令人望而卻步。Wifi 歷來會(huì)干擾各種生產(chǎn)設(shè)備——造成中斷、降低質(zhì)量，甚至造成中斷。5G 具有高帶寬和高容量的良好組合，由于組件的密度以及生成和分析的數(shù)據(jù)量，這些是工廠自動(dòng)化的重要驅(qū)動(dòng)力。

次要驅(qū)動(dòng)因素是實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的 5G 低延遲，在這些應(yīng)用程序中，光處理發(fā)生在邊緣，需要端到端的實(shí)時(shí)交互。

5G推動(dòng)重要中間件部署

5G 還使工廠車間邊緣環(huán)境中的工作負(fù)載遷移技術(shù)成為可能。

“Linux、Docker ［容器化］，甚至 Kubernetes 都是為靈活的邊緣計(jì)算應(yīng)用程序提供動(dòng)力的軟件技術(shù)，”High 說?！叭绻惭b在裝配機(jī)、智能機(jī)器人或傳送系統(tǒng)上的智能攝像頭具有足夠的計(jì)算能力，這些技術(shù)就能夠在云、邊緣和設(shè)備之間移動(dòng)工作負(fù)載，從而提供靈活性和成本優(yōu)化”。

工廠車間參考架構(gòu)

Rob 提到工廠邊緣計(jì)算有一個(gè)通用架構(gòu)，涉及連接從機(jī)器到云的各種“級(jí)別”設(shè)備。

0 級(jí)是沒有計(jì)算功能且僅收集數(shù)據(jù)（位置或振動(dòng)傳感器）的設(shè)備。

1 級(jí)是執(zhí)行制造過程的傳統(tǒng) OT 地板組件。這些從 8 位傳統(tǒng)組件到具有大內(nèi)存、存儲(chǔ)和連接功能的功能豐富的 64 位設(shè)備不等。他們經(jīng)常使用 SCADA 和其他工業(yè)特定的中間件運(yùn)行傳統(tǒng)的嵌入式軟件。

級(jí)別 2 是協(xié)調(diào)組件之間通信的通信網(wǎng)關(guān)。

第 3 級(jí)是用于容納控制邏輯、管理和執(zhí)行應(yīng)用程序所需的高階計(jì)算的服務(wù)器。

部署在工廠車間的這些不同級(jí)別的組件被網(wǎng)格化以形成部署架構(gòu)。

部署架構(gòu)之上是軟件架構(gòu)。

由于所需軟件/中間件組件的廣泛可用性，Linux 往往是主要操作系統(tǒng)。

Docker 使用操作系統(tǒng)級(jí)別的虛擬化來交付稱為容器的軟件包。這些自給自足的容器是可移植的，可以在云或本地組件上運(yùn)行。

Kubernetes （K8s） 是用于容器化應(yīng)用程序的開源自動(dòng)化部署、擴(kuò)展和管理系統(tǒng)。Kubernetes 使構(gòu)成應(yīng)用程序的容器能夠分組到邏輯單元中并與其他容器化應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行，管理對(duì)共享資源的競(jìng)爭(zhēng)需求，以確保運(yùn)營(yíng)效率和彈性擴(kuò)展。

這提供了一個(gè)具有通用組件的強(qiáng)大架構(gòu)，其中可以定義應(yīng)用程序特定的邏輯架構(gòu)，并能夠以靈活的方式在已部署的組件之間分配工作負(fù)載。

遺產(chǎn)沒有被遺漏

這不僅僅是一項(xiàng)新建工程。Rob 看到 0/1 級(jí)遺留系統(tǒng)的強(qiáng)大融合正在遷移到這種新的邊緣架構(gòu)中。然而，這種轉(zhuǎn)變正在以不同的速度發(fā)生。由于消費(fèi)者物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，0 級(jí)組件發(fā)生了巨大變化。3 級(jí)組件通常是現(xiàn)有的 IT 系統(tǒng)，它們已經(jīng)發(fā)展為共享 OT 工作負(fù)載。

移動(dòng)機(jī)器人的進(jìn)步可以使模擬集成更容易。這些機(jī)器人可用于識(shí)別/解釋模擬儀表，并使用人類操作員專家的人工智能進(jìn)行編程，以做出決策并提供數(shù)據(jù)。它們也是對(duì)人不友好甚至敵對(duì)的工作場(chǎng)所的理想選擇。

工廠設(shè)備制造商至關(guān)重要

工廠設(shè)備供應(yīng)商對(duì)于工廠車間的進(jìn)步至關(guān)重要。人工智能 （AI） 和機(jī)器學(xué)習(xí)自然演變?yōu)檫@些工廠組件。IT 公司同樣也在整合大量的 OT 功能。

這種合作的一個(gè)很好的例子是 IBM 和三星之間最近的一項(xiàng)聲明［三星和 IBM 繼續(xù)建立長(zhǎng)期的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以應(yīng)對(duì)使用三星和 IBM 技術(shù)的開發(fā)人員的挑戰(zhàn)］。他們宣布了一個(gè)原型，其目標(biāo)是在 Android 上啟用 Docker 運(yùn)行時(shí)，并由IBM Edge Application Manager （IEAM） 管理。這種集成意味著三星制造的所有設(shè)備都可以針對(duì)具有完整 Docker 工作負(fù)載互操作性的工業(yè)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)和認(rèn)證。Android 設(shè)備配備了無數(shù)具有 5G 連接標(biāo)準(zhǔn)和工作負(fù)載處理能力的重力、運(yùn)動(dòng)、視覺和音頻傳感器 - 所有這些都以消費(fèi)者價(jià)格提供。

關(guān)鍵要點(diǎn)

我向 Rob 詢問了貢獻(xiàn)者需要了解的關(guān)于工廠車間 5G 和邊緣計(jì)算的關(guān)鍵要點(diǎn)。

“首先，管理邊緣部署至關(guān)重要。您必須在正確的時(shí)間在正確的地點(diǎn)運(yùn)行正確的工作負(fù)載。這是一個(gè)我們通過 IEAM 更容易解決的問題”。

解決問題需要對(duì) 5G 和邊緣計(jì)算的理解、行業(yè)知識(shí)和 IT/OT 能力理解的獨(dú)特組合。

Rob 還提到安全性是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

“其次，將這些工作負(fù)載放在需要安全的地方。我們需要 DevOps 流程包括通過使容器可掃描病毒并簽名以進(jìn)行身份??驗(yàn)證和篡改檢測(cè)來創(chuàng)建安全軟件。一般來說，我們需要啟用生命周期本身以實(shí)現(xiàn)安全性和可擴(kuò)展性”。

Rob 說，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商經(jīng)常問他 5G 的殺手級(jí)應(yīng)用是什么。他告訴他們，他確信這是商業(yè)部門和推進(jìn)工廠車間等應(yīng)用。消費(fèi)者應(yīng)用已經(jīng)壓低了傳感器的價(jià)格。但商業(yè)實(shí)體知道，使用 5G 作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為 AI 應(yīng)用邊緣計(jì)算是一項(xiàng)關(guān)鍵投資，以保持競(jìng)爭(zhēng)力和差異化。

審核編輯：郭婷