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快速立足工业边缘节点推进智能制造新发展

英特尔物联网 来源:英特尔物联网 作者:英特尔物联网 2021-05-18 09:44 次阅读

4 月,工信部会同有关部门起草了《“十四五”智能制造发展规划》,其中确定了如下发展目标:到2025年规模以上制造业企业基本普及数字化,重点行业骨干企业初步实现智能转型,智能制造装备国内满足率超70%;到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化,骨干企业基本实现智能转型。[1]

由智能制造推动的智能转型,其智能来源于深入的洞察,具备真知灼见的洞察需要从收集的大量数据中挖掘,这些数据很多都是直接产生于边缘。根据IDC预测,2025年全球物联网连接数将增长至270亿个,将来超过70%的数据和应用正在边缘产生和处理。[2]

如此海量的设备和数据之中,诞生了满坑满谷的机会,随之而来的还有众多的新问题。去年底,中国信通院联合英特尔公司、华为等机构,编写、发布了《工业互联网边缘计算节点白皮书》,其中分析了工业互联网面临的挑战,也以英特尔的工业边缘节点参考架构为例,介绍了相关产品的架构和技术优势,并列举出具体应用案例,阐明相应产品落地实践的重大意义。

工业互联网边缘节点

需要更快、更强、更可靠

跨设备互联互通、跨软件格式互联互通、跨平台数据互联互通、数字化模型搭建迭代,以及整体安全性和可靠性,是当前工业互联网边缘节点技术面临的主要痛点。因此,对于软硬件产品提供商而言,需要在兼容成本和用户体验之间取得平衡。而对于系统集成商,则需要兼顾标准化利用和定制化开发。与此同时,对于方案的最终使用者,就需要在保证已有产线利用率的同时,来满足柔性生产需求。

在《工业互联网边缘计算节点白皮书》(下简称“《白皮书》”)中,给出了工业边缘节点的定义:工业边缘节点,即工业互联网边缘计算节点,是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,构建融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系,形成新的生态模式,就近提供边缘计算服务,满足工业在敏捷联接、实时计算、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

融合核心能力、构建开放体系、形成生态模式,恰恰是英特尔提供的工业边缘节点解决方案的亮点。具备上述特点的工业边缘节点,不但可以提供互联互通机制,解决现场连接性问题,还能支持人工智能部署和实时控制部署。

对于制造企业用户而言,这样的解决方案能够实现更快的响应速度、更低的网络使用率、更安全的数据保护和更高的可靠性。

软硬结合

为传统工业领域赋能

如何落实工业边缘节点的价值,要靠具体的技术架构实现。《白皮书》将工业边缘节点的参考架构分为硬件和软件两部分。硬件参考架构包括:工业边缘控制器、工业边缘网关、工业边缘云服务器/一体机。与之对应的英特尔工业边缘节点参考架构,是一个模块化的硬件参考设计,与国内产商一起定义完成,采用了核心模块和外设模块分离的模块化架构,可用于广泛的工业边缘应用,比如控制和视觉等场景。其特点是:

■ 模块化设计:
对于自定义 I/O 的多品类小批量产品,可以节省成本和时间。
CPU 可升级:
可将最新的 CPU 模块放在已有 I/O 模块上,提升性能。
■工业级坚固:
工业级的 I/O 表现,结合工业级的连接器和无风扇设计,结实耐用。

《白皮书》中介绍的软件参考架构,包括:处理虚拟设备和工作负载的软件定义工业边缘节点、实现不同工艺流程的微服务。

针对该架构,英特尔提供了两个软件参考实现。

首先是业边缘控制平台(Intel Edge Controls for Industrial,简称 ECI)。它部署在工业边缘控制器,融合实时计算、负载整合、应用程序和平台管理、基础架构管理、工业总线协议、控制类APP范例、信息安全、功能安全于一体。该平台能够在密集计算环境中实现时间确定性计算,并可将工业控制系统轻松过渡到由软件定义的解决方案中,满足各种高实时场景对于高水平运营可用性的要求,提高灵活性、减少资本和运营支出。

在实际使用过程中,ECI 帮助工厂减少停机时间,最大限度降低停产风险;加速部署并整合工作负载,支持跨系统操作并具备可扩展性。同时,ECI还支持多个系统管理程序,可以在异构操作系统中运行多级控制层,并能通过简化软件部署和管理费用来降本增效。

工业边缘控制平台架构图

ECI在提供灵活有效的工业平台解决方案的基础之上,还能针对每一个细分子行业的应用实现平台的差异化,从而满足各类细分子行业下游终端客户的精确需求,并可为当今和未来的互联工厂打造强大而灵活的骨干网。目前,ECI已经可以按照机器制造商、整车制造(离散制造)、油气开采(流程制造)等不同行业的需求进行定制。

接下来是工业边缘洞见平台(Intel Edge Insights for Industrial,简称 EII)。它部署在工业边缘网关和工业边缘云服务器,可在边缘安全地提取、分析和存储视频与时序数据,在视觉检测、预测性维护和优化运营等方面发挥独特作用。EII 还为边缘侧赋予了快速部署人工智能的能力,保证更快、更安全地处理数据。目前,该平台已经在缺陷检测、预测性分析和制造生产力优化等领域展现出了强大实力,并在压铸、纺织、电气和手工装配等行业发挥了独特作用。[3]

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工业边缘洞见平台架构图

目前,上述参考架构已经在一些制造企业中落地,并带来实实在在的好处。

为了缩短生产线的调试周期,保证口罩尽快到达有需要的人们手中,某口罩机厂商使用一台工业边缘控制器集中控制,而不是过去的两台 PLC 混合操作,从而:

简化系统结构:减少安装调试的工作量;
提高系统精度:高速不易丢步;
降低调试成本:无需担心双 PLC 的同步问题;
实时数据交互:数据实时上传到云,实现全面监控。


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脉冲一伺服混合方案和全伺服方案对比图

焊接是机械制造的必备工序,过去靠人工操作,不但危险,而且难以找到高级技工。现在,结合三维视觉和机器焊接,可以更大范围满足焊接自动化的各类需求。其中,工业边缘控制器展现出独特价值,包括工业级的可靠性、高实时精度性,此外 AI、数据图像建模等技术还展现出自适应性。工业边缘服务器在自动化焊接中可以做到:状态检测与报警、生产工艺优化、设备生命周期管理等重要功能,进一步优化了生产效率。

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3D视觉机器焊接原理图

工业边缘节点也已经在钢铁、有色轧制行业得到应用,提供智能检测能力,相比人工质检,现在的智能化方案误检率低、性能高、学习能力强,还具备生态开发能力。

加快创新,让我们一起努力

在《“十四五”智能制造发展规划》[4]为行业发展提出了一项重要任务:加快系统创新,增强融合发展新动能。其中包括:攻克智能感知、高性能控制、人机协作、精益管控、供应链协同等共性技术,研发人工智能、5G、大数据、边缘计算等在工业领域的适用性技术。这正是英特尔与国内广大生态合作伙伴一直以来在做的事情。以《工业互联网边缘计算节点白皮书》的发布为出发点,英特尔愿意再接再厉,与软硬件产品提供商和集成商、工业企业以及众多第三方开发者一起,为实现“十四五”智能制造的目标而努力。

参考文章:

[1] 工信部就《“十四五”智能制造发展规划》征言 到2025年智能制造装备国内满足率超70%

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-04-14/doc-ikmxzfmk6847650.shtml

[2] 英特尔“未来智能边缘计算论坛”在京举办

https://tech.sina.com.cn/roll/2020-09-19/doc-iivhuipp5257174.shtml

[3] 英特尔ECI /EII 工业边缘平台,为智能制造带来“制胜法宝”

http://news.eeworld.com.cn/gykz/ic517139.html

[4] 工信部就《“十四五”智能制造发展规划》征言 到2025年智能制造装备国内满足率超70%

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-04-14/doc-ikmxzfmk6847650.shtml

编辑:jq

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原文标题:立足工业边缘节点,推进智能制造新发展

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