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边缘计算提升制造业企业的成本效率

2018年12月22日 07:27 次阅读

一、围绕制造的本质解决问题

对于制造业企业而言,运营水平可以用盈利能力来评估,进而分解为高成本效率的生产出合格产品,即,稳定的产品品质以及成本的不断下降,快速的交付能力,即,质量,成本与交付是制造业的核心话题,而对于智能制造则在于解决“全局协同”过程中的材料、时间、能耗等的优化,进而进一步提升成本效率空间。

就产品的加工品质、速度而言,在成本约束条件下已经发挥到极致,因此,新的优化空间来自于“集成”与“协同”,另一个维度则在于个性化带来的挑战,为了解决协同的成本优化以及个性化给生产带来的成本效率难题,信息流汇集并进行全局优化是边缘计算的核心问题。

边缘计算提升制造业企业的成本效率

图1-回归制造的本质解决运营水平问题(优也信息科技)

如图1,来自优也大数据傅源女士,数据包括了基础的生产经营改善、运营中的、机器设备的健康管理、然后到全局寻优,再到最终的自主化,具有学习分析与决策能力,这个过程中会遇到基于数据的各种任务。这些任务就是边缘计算所聚焦的,除了基础的控制外,包括数据的连接、汇集、存储、呈现、学习等各种层级的问题,需要由边缘计算来进行完成,因此,边缘计算并非是一个计算问题,而是围绕任务而一系列的架构与规范接口问题。

二、数据连接,打通IT与OT的关键

不得不说,在推进边缘计算中遇到的第一个障碍是“连接问题”,IT世界访问OT世界并非想象那么容易,即使在总线技术已经发展的30年后,图2是世界经济论坛2014年对北美、欧洲、总体关于IoT推进的难点的调研评估,虽然并非是新的结果,但就实而言,却并未过时。

边缘计算提升制造业企业的成本效率

图2-世界经济论坛2014年就IoT发展的难点调研报告

缺乏互操作标准是影响数据“流畅”访问的关键,在单独的机器上,各个现场总线或基于实时以太网的数据都可以流畅访问,但是,在机器与机器之间,需要“协同”的时候,数据却被不同的总线割裂为孤岛,而打破孤岛似乎提了很多年,然而,在现实的工厂中仍然是无法达到的。

边缘计算提升制造业企业的成本效率

图3-现场总线发展的发展

对于IT厂商而言访问OT的设备遇到总线的障碍,因为你得为每个总线开发接口转换硬件,并写驱动,即使实时以太网在物理上保持了一致,但依然需要写变量地址表的映射与读取程序,而这一切使得IT与OT之间的访问变得没有“经济性”—这是非常关键的一点,技术能否被推动的关键正在于此,若缺乏经济性,那么无论是技术提供商还是用户,都无法从中获益,那么就无法推进。

OPC UA和TSN被赋予了这一历史责任,作为IEC62451标准,OPC UA被RAMI4.0、IIRA等制定为语义互操作层面的规范,它解决了异构网络中的各个主体之间可以通过相同的语义对话。

TSN则解决了在网络中,OT周期性控制任务所需的实时数据传输机制,以及IT大容量非周期性数据的传输问题,通过VLAN交换机,在TSN网络可以传输两种不同的数据,而离开TSN网络则可以通过标准的Internet方式传输数据,这带来最大的好处在于IT可以对OT的透明访问。

图3反映了这一过程的发展。

三、边缘计算的垂直层级

图4则是一个现场采集站(基于OPC UA TSN)的边缘节点(Edge Node)到一个控制(Embedded Edge Controller),它可以实现安全的数据安与汇总到边缘计算服务器(Edge Computing)然后通过OPC UA/MQTT等到云端的垂直应用过程。

边缘计算提升制造业企业的成本效率

图4-边缘计算的垂直架构与技术应用

除了物理可见的实现架构,数据如何被应用也是整个问题的关键,对于工厂而言,边缘计算主要在于实现本地的一些应用,这可能包括的应用如下:

(1).数据汇集与协同的应用

对于最为典型的工厂应用如OEE计算,需要将品质、机器运行时间相关参数、稼动率等计算并实时显示给工厂管理级,以便全局观测状态。

(2).规划与分析问题

对于很多工厂应用而言,需要考虑在线的规划问题,如玻璃切割,如何在线检测,划分等级,并对其进行按照CRM中的系统订单进行规划,以便把不同等级的玻璃按照需要进行切割处理,并分流到不同的包装线,而对于印刷工厂而言,如何把不同订单实现重组,以获得最小的材料浪费,这些都是边缘侧的应用需要解决的问题。

(3).数据呈现问题

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