快速立足工业边缘节点推进智能制造新发展

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。

首先是工业边缘控制平台（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]

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。

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。

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