“工業(yè)4.0”被看作是以智能制造為主導的“第四次工業(yè)革命”。它的理念源自信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的融合，通過(guò)信息物理系統（CPS）實(shí)現產(chǎn)品全生命周期中各制造單元間相互獨立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和實(shí)現控制，將制造業(yè)向智能化轉型。目標是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，實(shí)現人、產(chǎn)品與機器之間的互動(dòng)?！肮I(yè)4.0”時(shí)代將改變整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)的使用，整個(gè)系統將更加智能，聯(lián)網(wǎng)更加緊密，不同組件之間可以相互溝通，工作更快、做出反應也更加迅速。

數字化時(shí)代需要智能數據

隨著(zhù)信息物理融合系統以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數據已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的重要因素。世界各地間的連接正變得日益緊密，數以十億計的智能設備和機器產(chǎn)生大量的數據，在虛擬世界和現實(shí)世界之間搭起了橋梁。全球的制造業(yè)企業(yè)都在努力轉變?yōu)閿底只髽I(yè)，使產(chǎn)品更加智能，使生產(chǎn)產(chǎn)品的機器更加智能。不久的未來(lái)，生產(chǎn)過(guò)程中的每一步都將在虛擬世界被設計、仿真以及優(yōu)化，為真實(shí)的物理世界包括物料、產(chǎn)品、工廠(chǎng)等建立起一個(gè)高度仿真的數字化“雙胞胎”。其中，我們不僅需要“大數據”，更需要“智能數據”。

和利時(shí)集團技術(shù)總監 朱毅明

然而，正如和利時(shí)集團技術(shù)總監朱毅明所言，工業(yè)制造企業(yè)數字化轉型面臨的挑戰在于數字化技術(shù)引起的傳統生產(chǎn)模式和生產(chǎn)管理體系的變革，不能簡(jiǎn)單地以物理存在的工廠(chǎng)為藍本構建數字化雙胞胎。

機械工業(yè)自動(dòng)化研究所副總工程師 謝兵兵

盡管目前中國工業(yè)制造企業(yè)的轉型升級迫在眉睫，但大部分企業(yè)，尤其是中小型企業(yè)的技術(shù)力量有限，資金普遍緊張，在數字化轉型過(guò)程中困難重重。機械工業(yè)自動(dòng)化研究所副總工程師謝兵兵表示，采用標準的、安全可靠的、低成本的ICT技術(shù)和產(chǎn)品，構建CPS，特別是CPSS（信息物理生產(chǎn)系統），提高生產(chǎn)制造的質(zhì)量、效益和柔性，提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力，是企業(yè)共同的期盼。

邊緣計算——CPS的核心

據IDC（互聯(lián)網(wǎng)數據中心）數據統計，到2020年將有超過(guò)500億的終端與設備聯(lián)網(wǎng)。未來(lái)超過(guò)50%的數據需要在網(wǎng)絡(luò )邊緣側分析、處理與儲存。面對行業(yè)數字化轉型的趨勢，我們需要全面物聯(lián)海量的傳感數據；將OT（Operation Technology）與ICT（Information and Communication Technology）融合，形成數據驅動(dòng)的分布式智能控制；應用具有高實(shí)時(shí)性；與物理系統的交互具備高安全性。而邊緣計算正是充分利用物端的嵌入式計算能力，以分布式信息處理的方式實(shí)現物端的智能和自治，并與云計算結合，通過(guò)云端的交互協(xié)作，實(shí)現系統整體的智能化。在智能互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )邊緣側，面向分布式的感知、決策與控制的通信與計算將迎來(lái)革命性的發(fā)展機遇。

邊緣計算是在靠近物或數據源頭的網(wǎng)絡(luò )邊緣側，融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的開(kāi)放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿(mǎn)足行業(yè)數字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數據優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。換言之，邊緣計算接近于工業(yè)上的分布式自律的概念，在基于互聯(lián)網(wǎng)的異構分布式計算環(huán)境下，集中與分散相結合，既有效利用互聯(lián)網(wǎng)的資源，又保證了用戶(hù)系統的自律性、安全性和健壯性。

眾所周知，“工業(yè)4.0”的核心是CPS，謝兵兵的觀(guān)點(diǎn)認為，融合了網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的邊緣計算，顯然又是CPS的核心。因此，邊緣計算被看作“工業(yè)4.0”核心之核心、關(guān)鍵之關(guān)鍵一點(diǎn)也不為過(guò)。通過(guò)邊緣計算的資源和能力，可實(shí)實(shí)在在地將虛擬空間（C）和物理實(shí)體（P）緊密融合在一起。在工業(yè)制造領(lǐng)域，要實(shí)現數字化制造、網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同、智能化轉型，離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)、大數據和云計算，更離不開(kāi)邊緣計算。

邊緣計算與工業(yè)控制系統有密切的關(guān)系，具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接口的工業(yè)控制系統本質(zhì)上就是一種邊緣計算設備，解決工業(yè)控制高實(shí)時(shí)性要求與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的不確定性的矛盾。過(guò)去，我們已經(jīng)對云計算非常熟悉，而邊緣計算更像是云計算的補充和發(fā)展，兩者相互之間無(wú)法替代。

邊緣計算與云計算互相協(xié)同，共同使能行業(yè)數字化轉型。云計算聚焦非實(shí)時(shí)、長(cháng)周期數據的大數據分析，能夠在周期性維護、業(yè)務(wù)決策支撐等領(lǐng)域發(fā)揮特長(cháng)。邊緣計算聚焦實(shí)時(shí)、短周期數據的分析，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)智能化處理與執行。此外，兩者還存在緊密的互動(dòng)協(xié)同關(guān)系。邊緣計算既靠近執行單元，更是云端所需高價(jià)值數據的采集單元，可以更好地支撐云端應用的大數據分析；反之，云計算通過(guò)大數據分析優(yōu)化輸出的業(yè)務(wù)規則也可以下發(fā)到邊緣側，邊緣計算基于新的業(yè)務(wù)規則進(jìn)行業(yè)務(wù)執行的優(yōu)化處理。

未來(lái)，在大部分的應用場(chǎng)景，邊緣計算和云計算將同時(shí)出現，相互補充、相互促進(jìn)，相得益彰，聯(lián)手解決大數據時(shí)代的計算問(wèn)題。

推動(dòng)智能制造的實(shí)現

邊緣計算行業(yè)應用場(chǎng)景豐富，產(chǎn)業(yè)價(jià)值突出。一方面支撐行業(yè)商業(yè)模式創(chuàng )新，實(shí)現從產(chǎn)品向服務(wù)的價(jià)值延伸；另一方面支撐實(shí)現產(chǎn)品和服務(wù)的定制化與智能化。預測性維護、能效管理、智能制造是比較典型的行業(yè)應用場(chǎng)景。

也許有人會(huì )認為邊緣計算是一個(gè)全新的概念，但事實(shí)上，對于從事工業(yè)自動(dòng)化工作的人而言并不陌生。比如，在目前普遍采用的基于PLC、DCS、工控機和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的控制系統中，位于底層、嵌于設備中的計算資源，或多或少都是邊緣計算的資源。只是目前這些資源比較紛雜、獨立、低效，未能充分實(shí)現互聯(lián)、互通、互操作，未能充分標準化和平臺化。當然，這也就難以滿(mǎn)足現代應用場(chǎng)景在實(shí)時(shí)、安全、大容量、高速度、自適應計算和通訊等方面對它的要求。

中國鋼研冶金自動(dòng)化研究設計院

混合流程工業(yè)自動(dòng)化控制系統與裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任 張云貴

中國鋼研冶金自動(dòng)化研究設計院混合流程工業(yè)自動(dòng)化控制系統與裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任張云貴舉例談到，目前規模以上冶金企業(yè)，其信息化已經(jīng)做得頗具成效，但缺少的恰恰是末端的智能。冶金方面的數據經(jīng)常出現完整性和一致性的問(wèn)題，俗稱(chēng)“臟”數據。解決不好這方面的問(wèn)題，會(huì )給能源管理和智能管理環(huán)節造成困難。再者，冶金的物流跟蹤是典型的CPS，其間，物理與化學(xué)形態(tài)經(jīng)常發(fā)生改變，控制過(guò)程有一定難度。邊緣計算在其中發(fā)揮著(zhù)重要作用，幫助實(shí)物聯(lián)網(wǎng)，成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效補充。

作為邊緣計算的具體表現形式，工業(yè)CPS在底層通過(guò)工業(yè)服務(wù)適配器，將現場(chǎng)設備封裝成web服務(wù)；在基礎設施層，通過(guò)工業(yè)無(wú)線(xiàn)和工業(yè)SDN網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)設備以扁平互聯(lián)的方式聯(lián)接到工業(yè)數據平臺中；在數據平臺中，根據產(chǎn)線(xiàn)的工藝和工序模型，通過(guò)服務(wù)組合對現場(chǎng)設備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和組合，并與MES等系統對接。工業(yè)CPS系統能夠支撐生產(chǎn)計劃靈活適應產(chǎn)線(xiàn)資源的變化，舊的制造設備快速替換與新設備上線(xiàn)。

顯而易見(jiàn)，通過(guò)引入邊緣計算，能夠為制造業(yè)提供：設備靈活替換；生產(chǎn)計劃靈活調整；新工藝/新型號快速部署。進(jìn)一步推動(dòng)智能制造的實(shí)現。

聯(lián)盟引領(lǐng)邊緣計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展

邊緣計算作為新興產(chǎn)業(yè)應用前景廣闊，產(chǎn)業(yè)同時(shí)橫跨OT、IT、CT多個(gè)領(lǐng)域，且涉及網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接、數據聚合、芯片、傳感、行業(yè)應用多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角色。為了全面促進(jìn)產(chǎn)業(yè)深度協(xié)同，加速邊緣計算在各行業(yè)的數字化創(chuàng )新和行業(yè)應用落地，華為技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中國信息通信研究院、英特爾公司、ARM和軟通動(dòng)力信息技術(shù)（集團）有限公司作為創(chuàng )始成員，聯(lián)合倡議發(fā)起邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，致力于推動(dòng)“政產(chǎn)學(xué)研用”各方產(chǎn)業(yè)資源合作，引領(lǐng)邊緣計算產(chǎn)業(yè)的健康可持續發(fā)展。

據了解，聯(lián)盟的短期目標是制定技術(shù)架構，在確保方案安全可靠的前提下，推進(jìn)水平解耦和平臺化，并構建測試床，產(chǎn)業(yè)和商業(yè)示范，促進(jìn)方案的可復制性，推動(dòng)實(shí)施標準。其長(cháng)期目標是打造開(kāi)放生態(tài)平臺，立足國內，面向全球，通過(guò)新的生態(tài)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的整合與合作，為最終用戶(hù)提供更有競爭力的解決方案。

全球的數字化革命正在引領(lǐng)新一輪產(chǎn)業(yè)變革，行業(yè)數字化轉型的浪潮正孕育興起。這一波浪潮的顯著(zhù)特點(diǎn)是將“物”納入智能互聯(lián)，借助OT與ICT的深度協(xié)作與融合，大幅提升行業(yè)自動(dòng)化水平，滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化的產(chǎn)品與服務(wù)需求，推動(dòng)從產(chǎn)品向服務(wù)運營(yíng)全生命周期轉型，觸發(fā)產(chǎn)品服務(wù)及商業(yè)模式創(chuàng )新，并對價(jià)值鏈、供應鏈及生態(tài)系統帶來(lái)長(cháng)遠深刻的影響。未來(lái)，我們將生活在一個(gè)萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)物智能的智慧型社會(huì )。邊緣計算將成為智能互聯(lián)的使能技術(shù)，在“工業(yè)4.0”時(shí)代，為行業(yè)數字化轉型插上智慧的翅膀，完美呈現智能制造世界。