5G和边缘计算推动新工厂车间

工厂车间挑战

大多数工厂车间仍然大量手工操作。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， 不一而足。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，并提高车间的操作安全性。

Rob High认为，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解锁生产质量，提高安全性并实现预测性维护。IT 和 OT 已从竞争性转变为协作式。从设备方面来看，计算在传感器中变得越来越可用，从而可以在地板上进行分析。例如，在本地使用视觉传感器来检测安全和质量问题，可以在传感器上完成。

为什么选择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历来干扰各种生产设备，导致中断，降低质量，甚至导致中断。5G具有高带宽和高容量的良好组合，由于组件的密度和正在生成/分析的数据量，这是工厂自动化的重要驱动因素。

次要驱动因素是5G低延迟，适用于实时应用，其中光处理在边缘进行，需要端到端的实时交互。

5G 推动重要中间件的部署

5G还使工作负载迁移技术在工厂车间边缘环境中成为可能。

“Linux，Docker ［容器化］，甚至Kubernetes都是为灵活的边缘计算应用程序提供支持的软件技术，”High说。“如果您在装配机、智能机器人或输送机系统上安装的智能摄像头中有足够的计算能力，这些技术就可以在云、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，工厂车间边缘计算有一个通用的架构，涉及将各种“级别”的设备从机器连接到云。

级别 0 是没有计算且仅收集数据（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。这些设备从 8 位传统组件到功能丰富的 64 位设备（具有大内存、存储和连接功能）不等。他们通常使用SCADA和其他工业专用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。

级别 3 是用于容纳控制逻辑、管理和执行应用程序所需高阶计算的服务器。

这些部署在工厂车间的不同级别的组件被网格化以形成部署体系结构。

在部署架构之上是软件架构。

Linux往往是主要的操作系统，因为所需的软件/中间件组件具有广泛的可用性。

Docker 使用操作系统级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） 是一个开源的自动化部署、扩展和管理系统，适用于容器化应用程序。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，从而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体系结构，其中可以定义特定于应用程序的逻辑体系结构，并能够以灵活的方式在已部署的组件之间分配工作负载。

遗产不被遗忘

这不仅仅是一项绿地努力。Rob 看到 0/1 级遗留系统的强大融合正在迁移到这个新的边缘架构中。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级组件已经发生了巨大变化。3 级组件通常是现有的 IT 系统，这些系统已经发展为共享 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AI进行编程，以做出决策并提供数据。它们也是对人们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成这些工厂组件。IT公司同样正在整合大量的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公告［三星和IBM继续建立在长期战略合作伙伴关系的基础上，为使用三星和IBM技术的开发人员带来挑战］。他们宣布了一个原型，目标是在Android上启用Docker运行时，并由IBM边缘应用程序管理器（IEAM）管理。这种集成意味着三星制造的所有设备都可以针对工业环境进行设计和认证，并具有完整的Docker工作负载互操作性。Android 设备带来了无数的重力、运动、视觉和音频传感器，具有 5G 连接标准和工作负载处理能力 - 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工厂车间的 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、正确的位置运行正确的工作负载。这是我们使用IEAM更容易解决的问题。

要解决这个问题，需要将 5G 与边缘计算理解、行业知识和 IT/OT 功能理解独特地结合起来。

Rob还提到安全是一个关键点。

“其次，将这些工作负载安全地放在需要的地方。我们需要 DevOps 流程包括创建安全软件，使容器可扫描病毒，并签名以进行身份验证和篡改检测。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，他确信这是商业领域和应用，比如推进工厂车间。消费类应用压低了传感器的价格。但商业实体知道，使用5G作为网络结构将边缘计算应用于AI是一项关键投资，以保持竞争力并实现差异化。

审核编辑：郭婷