边缘技术在创建工业4.0解决方案中的重要性

边缘技术被视为创建工业4.0解决方案的关键要素。在边缘处理更多数据，可以带来更高的运营效率和更低的成本等优势。

期望成功部署工业4.0 的制造企业会发现，边缘技术可以提供更好的帮助。随着在各种行业中边缘计算越来越流行，很多专家也认同这种说法。因此，边缘技术被视为创建工业4.0 解决方案的关键要素之一。在边缘处理更多数据，可以带来更高的运营效率、更好的决策、更低的成本等优势。

边缘技术是在网络边缘使用的计算设备和服务，它们靠近正在收集的数据。随着数据在源头附近被管理、分析、情境化和清理，它可以以更有效的方式在系统中传输，从而节省资源和成本。新的边缘设备可能会配置获得许可的监控和数据采集（SCADA）软件和嵌入式消息队列遥测传输（MQTT），可以更方便地从边缘收集和发送更多数据。

“ 在边缘处理数据具有诸多好处。”Inductive Automation 销售工程副总监TravisCox表示：“速度快，可以更快地访问更多数据。确保本地连接性，在中央系统出现连接问题时进行存储和转发数据。

边缘还有助于实现规模化。可以在边缘进行协议转换，并使用一些简单的算法进行监控，在某些工况下，还可以将信息写回可编程逻辑控制器（PLC）。我们可以利用机器学习（ML）构建模型，以便在边缘即时做出决策。例如，预测故障或调整工艺。”

边缘计算可以在整个架构内对设备进行更好地监控，并提供更大的灵活性。它可以在设备出现故障之前报警，提高安全性，并且更易于管理和维护。

它还可以成为自动化程度更高、效率更高系统的基础，从而可以更快地响应业务需求。边缘技术可以将数据持续发送到云端，然后在云端将数据输入到更深层次的分析、ML 和人工智能（AI）应用中。

“如果没有边缘计算，我认为不可能真正实现工业4.0。”系统集成公司CorsoSystems的总裁Alex Marcy 说，“边缘计算提高了系统的稳健性。由于它容易部署，边缘计算更易于进行数字化转型。”低成本硬件、更高效的通信和更高的灵活性，是边缘计算对工业4.0 产生影响的关键部分。

▎边缘计算改善了石油和天然气以及许多其它行业的运营。

成本更低，速度更快

边缘计算的崛起，得益于当今功能更强大的计算机和更低的总拥有成本。以前，在边缘安装一批功能强大、无风扇、坚固耐用的边缘计算机的成本非常高。现在，随着计算机的价格越来越便宜，人们可以买到高端、功能更强大的计算机和嵌入式计算机，如果批量采购价格更优，性价比很高。

必须对边缘技术进行管理， 但现在比过去几年更容易了。“有更多的管理平台，”Cox说，“我们正在考虑利用集成装置，如Docker，那里有管理设施，可以用其对设备进行管理。因为计算成本已经下降，再加上这些管理工具，现在这么做要比10 年前容易得多。”

在降低成本方面，还有其它几个因素有利于实施边缘计算。Corso Systems 的业务开发经理Brian McClain 表示，有多种方式，其中包括技术发展过程中的硬件。传统上，在使用专有运营技术（OT）系统的制造工厂中，这些系统需要一个不断增长的、更强健的服务器基础架构——硬件、数据库、网络、安全和信息技术（IT）。然后还需要考虑硬件设备、软件、许可、以及支持这些系统的资源和工程师的成本。因此，工业4.0 通过更多地转向边缘计算和服务，并连接到云，来降低成本。

这是个好消息，但还不止这些。Cox 说：“您还可以更快地进行扩展。从长远来看，管理和维护也更容易。您肯定不希望将1000台边缘设备布置好后，然后还需要亲自前往每台设备对其进行管理。也不想驱车去现场，亲自连接并尝试管理这些边缘设备。您希望可以同时将此解决方案部署到所有设备。这就是现在的技术所能做的，效率更高。”

Marcy也同意这个说法。“今天，您可以开箱即用，使用带有MQTT的设备，它可以包括SCADA软件和许可证。您只需简单点击几下鼠标，就可以将其连接起来，并启动和运行边缘计算，而无需自己构建。”

边缘计算机还可以与其他工厂的计算机连接。边缘设备可以相互通信，在不同地点共享数据也带来诸多好处，但两个工厂之间的连接仍存在中断的风险。边缘设备的数据，也可以与供应链或其它合作伙伴共享。这可以加快交互，帮助企业在与合作伙伴协商时做出更好的决策，并确保每个人查看的数据都是一样的。利用先进的边缘技术，比以往任何时候都更容易实现这些链接。

边缘计算的普及率正在提高

越来越多的企业逐步意识到边缘计算的价值。Marcy 说：“我认为人们越来越了解这些可能性。现在与2015 年或2016 年相比，边缘计算的市场知名度要高得多。实现边缘计算的技术和应用确实有了长足的发展。最重要的是，客户要求的是边缘计算提供的解决方案，即使他们并没有特意指明。”

Cox认为，现在人们对这些的接受度更高。大家非常关注发展趋势，以及在云端可做些什么。

McClain预测边缘计算将继续帮助实现更大的IT/OT融合的趋势。许多系统仍然是专有的， 对I T 并不友好。“ 在讨论解决IT/OT融合问题时，大量采用这些边缘技术以及随之而来的标准化，确实有助于将这两个不同群体结合在一起，并有助于实现总体目标，这是真正需要解决的问题，可以将制造业提升到一个新的水平。”

MQTT是边缘计算的一个关键部分，因为它比其它通信协议需要的带宽要少得多。MQTT使用的发布/ 订阅模型，使数据可用于每个需要它的实体：从工厂车间运行人员到经理，从移动人员到高层管理人员，再到其它业务部门。在出现异常时进行报告，而不是一遍又一遍地报告相同的信息，也就不会浪费带宽。它还非常灵活，可以轻松地以任何格式发送任何类型的数据。

此外，MQTT还具有安全优势。如果人们遵循正确的程序，边缘设备通常具有很强的安全性。Cox 说：“现在，有更多的技术和加密技术可以利用。我认为边缘技术实际上提高了安全性，尤其是在棕地设施，因为我们可以将边缘计算机布置在PLC 之前。它可以位于专用网络上，并且该计算机可以有两个以太网适配器，一个用于本地连接到PLC，另一个用于将数据发送到网络或其它任何地方。

在该网络上，如果不通过这台计算机，就不能直接与PLC 对话。而且，如果通过防火墙和其它方式锁定操作，安全性就会比以前高得多。”

在边缘收集数据

Xocean是一家爱尔兰公司，拥有一支从海洋收集数据的无人船队。它的客户遍布世界各地，他们的船采用了边缘技术，包括MQTT。在以前，Xocean 公司的解决方案是很难实施的，但现在可以轻松实现，因为强大的网络技术可以把轻量级、经济高效的计算机配置在边缘。

在每艘船上，Xocean公司都配置了一台嵌入式计算机与数据相连，通过蜂窝网络以MQTT高效地将数据发布回中央系统，在那里可以查看数据，并且可以管理数据。”要想完美地实施这些项目必须有MQTT技术，还得有蜂窝技术，以及具有强大、快速的计算能力，此外，还需要具有成本效益和坚固耐用的特点。

另一家系统集成公司MartinCSI，为石油天然气行业的客户成功实施了边缘应用。该项目从40 辆服务车收集数据，轻松地将其发送到云端和移动设备。数据包括每辆车的大约20 个运营变量，如绞盘深度、扭矩和速度，以及燃油节约、工作时间和维护警报等。

这是一个很好的例子，在新建的“绿地”项目中采用了全新的PLC和控制系统，这些系统从根本上说是建立在开放、安全的标准之上。Cox 说,“客户能够迅速地从中受益，并建立一些非常强大、令人惊叹的应用，特别是利用云计算的优势。”

在云中拥有所有这些技术对公司来说是一种轻而易举的事情，他们能更快速地看到好处和带来的价值。

Corso曾与一家公司合作， 该公司在世界各地为高尔夫球场和农业设施提供泵站。该公司希望将其所有数据都放到云中。Corso 使用Raspberry Pis、MQTT 和边缘计算创建了一个系统，以实现客户的目标。它包括一个地图系统，允许技术人员从世界任何地方进行故障排除，而无需亲自前往事故发生地。系统提供状态、报警和其它数据，同时还提供存储和转发。

“通过订阅和减少技术支持的成本，有助于为客户提供全新的收入来源。”Marcy 说：“同时也为他们提供了最新的可视性和报告监督。”一旦客户看到边缘计算的实际应用带来的真实效果，他们就会发现之前的投入是值得的。

关键概念：

■ 对于希望从工业4.0 获益的公司来说，在边缘收集数据至关重要。

■ 边缘计算的受欢迎程度正在上升，因为技术变得更便宜，用户更容易获得。

思考一下：

边缘技术如何赋能工业4.0 ？

审核编辑：刘清