5G、边缘计算和新兴软件架构使智能工厂成为现实

工厂车间挑战

大多数工厂车间仍然大量使用人工。地板上的设备从模拟仪表到具有强大计算、存储和连接能力的智能控制系统不等。主要挑战在于如何有效地自动化和集成这些系统，以自动化人类工人所做的工作，分析和识别改进机会，并提高现场操作安全性。

Rob High 相信智能传感器、5G、人工智能和边缘计算的结合提供了解决方案。“工厂车间需要创新来提高生产质量、提高安全性并实现预测性维护。IT 和 OT 已从竞争转变为协作。在设备方面，计算在传感器中变得越来越可用，可以在地板上进行分析。例如，可以直接在传感器上使用本地视觉传感器来检测安全和质量问题”。

为什么是5G？

连接性对于工厂车间自动化至关重要。将所有这些连接在一起的部署和维护成本高得令人望而却步。Wifi 历来会干扰各种生产设备——造成中断、降低质量，甚至造成中断。5G 具有高带宽和高容量的良好组合，由于组件的密度以及生成和分析的数据量，这些是工厂自动化的重要驱动力。

次要驱动因素是实时应用程序的 5G 低延迟，在这些应用程序中，光处理发生在边缘，需要端到端的实时交互。

5G推动重要中间件部署

5G 还使工厂车间边缘环境中的工作负载迁移技术成为可能。

“Linux、Docker ［容器化］，甚至 Kubernetes 都是为灵活的边缘计算应用程序提供动力的软件技术，”High 说。“如果安装在装配机、智能机器人或传送系统上的智能摄像头具有足够的计算能力，这些技术就能够在云、边缘和设备之间移动工作负载，从而提供灵活性和成本优化”。

工厂车间参考架构

Rob 提到工厂边缘计算有一个通用架构，涉及连接从机器到云的各种“级别”设备。

0 级是没有计算功能且仅收集数据（位置或振动传感器）的设备。

1 级是执行制造过程的传统 OT 地板组件。这些从 8 位传统组件到具有大内存、存储和连接功能的功能丰富的 64 位设备不等。他们经常使用 SCADA 和其他工业特定的中间件运行传统的嵌入式软件。

级别 2 是协调组件之间通信的通信网关。

第 3 级是用于容纳控制逻辑、管理和执行应用程序所需的高阶计算的服务器。

部署在工厂车间的这些不同级别的组件被网格化以形成部署架构。

部署架构之上是软件架构。

由于所需软件/中间件组件的广泛可用性，Linux 往往是主要操作系统。

Docker 使用操作系统级别的虚拟化来交付称为容器的软件包。这些自给自足的容器是可移植的，可以在云或本地组件上运行。

Kubernetes （K8s） 是用于容器化应用程序的开源自动化部署、扩展和管理系统。Kubernetes 使构成应用程序的容器能够分组到逻辑单元中并与其他容器化应用程序同时运行，管理对共享资源的竞争需求，以确保运营效率和弹性扩展。

这提供了一个具有通用组件的强大架构，其中可以定义应用程序特定的逻辑架构，并能够以灵活的方式在已部署的组件之间分配工作负载。

遗产没有被遗漏

这不仅仅是一项新建工程。Rob 看到 0/1 级遗留系统的强大融合正在迁移到这种新的边缘架构中。然而，这种转变正在以不同的速度发生。由于消费者物联网计划，0 级组件发生了巨大变化。3 级组件通常是现有的 IT 系统，它们已经发展为共享 OT 工作负载。

移动机器人的进步可以使模拟集成更容易。这些机器人可用于识别/解释模拟仪表，并使用人类操作员专家的人工智能进行编程，以做出决策并提供数据。它们也是对人不友好甚至敌对的工作场所的理想选择。

工厂设备制造商至关重要

工厂设备供应商对于工厂车间的进步至关重要。人工智能 （AI） 和机器学习自然演变为这些工厂组件。IT 公司同样也在整合大量的 OT 功能。

这种合作的一个很好的例子是 IBM 和三星之间最近的一项声明［三星和 IBM 继续建立长期的战略合作伙伴关系，以应对使用三星和 IBM 技术的开发人员的挑战］。他们宣布了一个原型，其目标是在 Android 上启用 Docker 运行时，并由IBM Edge Application Manager （IEAM） 管理。这种集成意味着三星制造的所有设备都可以针对具有完整 Docker 工作负载互操作性的工业环境进行设计和认证。Android 设备配备了无数具有 5G 连接标准和工作负载处理能力的重力、运动、视觉和音频传感器 - 所有这些都以消费者价格提供。

关键要点

我向 Rob 询问了贡献者需要了解的关于工厂车间 5G 和边缘计算的关键要点。

“首先，管理边缘部署至关重要。您必须在正确的时间在正确的地点运行正确的工作负载。这是一个我们通过 IEAM 更容易解决的问题”。

解决问题需要对 5G 和边缘计算的理解、行业知识和 IT/OT 能力理解的独特组合。

Rob 还提到安全性是一个关键点。

“其次，将这些工作负载放在需要安全的地方。我们需要 DevOps 流程包括通过使容器可扫描病毒并签名以进行身份​​验证和篡改检测来创建安全软件。一般来说，我们需要启用生命周期本身以实现安全性和可扩展性”。

Rob 说，网络运营商经常问他 5G 的杀手级应用是什么。他告诉他们，他确信这是商业部门和推进工厂车间等应用。消费者应用已经压低了传感器的价格。但商业实体知道，使用 5G 作为网络结构为 AI 应用边缘计算是一项关键投资，以保持竞争力和差异化。

审核编辑：郭婷