今天，智能時(shí)代各種概念層出不窮，例如邊緣計算就是一個(gè)剛剛開(kāi)始進(jìn)入流行階段的方向，它究竟意味著(zhù)什么？它對工業(yè)生產(chǎn)的貢獻將會(huì )體現在哪里？如何實(shí)現它，本文以貝加萊的邊緣計算架構和實(shí)現為例，為產(chǎn)業(yè)界的朋友分享我們對于智能制造的認識，以及邊緣計算在智能制造中所扮演的角色。

邊緣計算（Edge Computing）像是一個(gè)趕時(shí)髦的詞，但是，隨著(zhù)兩化融合與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)，我們注意到了在邊緣側的計算需求正在變得旺盛，并且，邊緣計算也像它的名字一樣，它是IT與OT世界融合的邊緣。

邊緣計算是什么不重要，重要的它帶給我們什么？哪些我們可以從這種計算中獲益的方向？

貝加萊是先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導者，這也使得他一直走在技術(shù)的前沿，邊緣計算是IT與OT融合的前沿。

1.OICT融合的時(shí)代

智能時(shí)代的制造業(yè)將需要通過(guò)OICT的融合來(lái)實(shí)現數據的采集、傳輸、存儲、分析，以實(shí)現最終對生產(chǎn)過(guò)程的品質(zhì)、能耗、維護等的優(yōu)化，提高整體的效率，這是整個(gè)智能制造的戰略層面所需要實(shí)現的目標，這一切的目標必須基于設備的連接與數據采集的基礎實(shí)現來(lái)達到。

圖1闡述了整個(gè)OICT融合的框架，從底層的傳感器、變送器、儀表傳送的數據通過(guò)PLC實(shí)現控制任務(wù)的處理，而另一方面，這些參數也會(huì )用于與生產(chǎn)整體優(yōu)化的應用。

圖1-基于OICT融合的應用場(chǎng)景架構

1.1邊緣計算扮演什么樣的角色呢？

簡(jiǎn)單的理解，自動(dòng)化技術(shù)是基于信號的控制，而邊緣計算則是基于信息的控制—這是一個(gè)包含了策略?xún)?yōu)化、路徑規劃、分析等應用場(chǎng)景，為何采用邊緣計算模式，又與任務(wù)的處理周期有關(guān)。

1.2與時(shí)間處理有關(guān)的現場(chǎng)分層

圖2顯示了從OT的現場(chǎng)控制到邊緣節點(diǎn)再到云對于任務(wù)的時(shí)間需求變化，而貝加萊可以通過(guò)OPC UA與其它邊緣計算系統、云平臺進(jìn)行數據的傳輸，可以選擇自有的系統架構，也可以對接第三方的系統。

圖2-不同層級的數據連通

從圖2可以看出，邊緣計算處理的與自動(dòng)化現場(chǎng)的高速響應達到μS級的響應不同，在mS這個(gè)級別，而云計算則處理的是更為大的時(shí)間周期的數據，如秒、分鐘、小時(shí)、天、月。

2.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）

IIoT-工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也被認為是未來(lái)最為重要的實(shí)現智能制造的手段，包括了德國工業(yè)4.0組織在其智能制造中也將IIoT作為整個(gè)架構的重要一環(huán)，IIC作為重要的推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的力量，也發(fā)布了其針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構設計，而對于中國，ECC也將為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供實(shí)現路徑。目前，這些組織間的交流也變得緊密，并出現了明顯的技術(shù)融合跡象。

2.1邊緣計算的目標與功能

邊緣計算本身即是實(shí)現IIoT的一個(gè)重要方向，圖3顯示了邊緣計算所關(guān)注的問(wèn)題：

圖3-邊緣計算的功能與目標

邊緣計算是一個(gè)較為全局的概念，它包括了（1）數據的感知（傳感技術(shù)），以及數據的（2）采集（總線(xiàn)連接），包括數據的傳輸、存儲與管理，并在其基礎上（3）分析（數據處理），并且由此實(shí)現控制，而這里的控制—更多的是在策略、優(yōu)化、規劃問(wèn)題級的大范圍的控制，亦或歸于系統控制。

2.2IIoT的價(jià)值

圖4-IIoT為制造業(yè)帶來(lái)的價(jià)值

圖4顯示了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT所要為智能工廠(chǎng)所帶來(lái)的價(jià)值，包括在提升資產(chǎn)使用效率、有效的維護、減少當機等方面的貢獻。

3.邊緣計算節點(diǎn)（Edge Nodes）

為了實(shí)現對工廠(chǎng)的數據采集并實(shí)現邊緣計算的任務(wù)，貝加萊為這個(gè)應用場(chǎng)景提供了OrangeBox和APROL兩個(gè)應用場(chǎng)景的解決方案，當然，OrangeBox和APROL可以無(wú)縫集成，只是OrangeBox更為傾向于小型的、老舊的工廠(chǎng)，而APROL則更為側重于針對大型、新的工廠(chǎng)數據采集。

3.1為老舊工廠(chǎng)所提供的邊緣節點(diǎn)

OrangeBox是基于貝加萊Panel PC或X20系列PLC與基于mapp的軟件功能所集成的現場(chǎng)數據采集方案：

（1）數據采集：借助于貝加萊的I/O模塊豐富的種類(lèi)，OrangeBox可以采集各種現場(chǎng)數據；

（2）通過(guò)各種總線(xiàn)模塊實(shí)現對具有總線(xiàn)接口的設備的數據采集，貝加萊的開(kāi)放互聯(lián)支持Profibus、Modbus、DeviceNet、CAN等傳統現場(chǎng)總線(xiàn)以及基于以太網(wǎng)的如POWERLINK、Profinet、Ethernet/IP等。

（3）mapp軟件的強大功能：mapp中強大的mappOEE、mappEnergy、mappAudit等可以為現場(chǎng)的設備提供在OEE、能源監測、維護、審計追蹤方面的服務(wù)。

圖5-OrangeBOX的數據集成能力

圖5顯示了OrangeBox具有的功能，如OEE、PackML-針對包裝工業(yè)的數據采集，用于實(shí)現機器到MES的數據互聯(lián)，Euromap實(shí)現注塑機與MES等管理系統的互聯(lián)。

3.2基于A(yíng)PROL的邊緣計算架構

圖6是基于A(yíng)PROL的邊緣計算架構，APROL內部提供了過(guò)程數據采集PDA(Process Data Acquisition) 和能源監測的EnMon(Energy Monitoring)、狀態(tài)監測ConMon（Condition Monitoring）、以及用于過(guò)程控制的APC/MPC集成能力。

圖6-基于A(yíng)PROL的邊緣計算架構

4.邊緣計算應用于產(chǎn)業(yè)

圖7以塑料行業(yè)的設備互聯(lián)為例，描述了邊緣計算節點(diǎn)通過(guò)Euromap 77來(lái)提供參數，為MES系統所訪(fǎng)問(wèn)，各個(gè)邊緣節點(diǎn)的數據也可以通過(guò)MQTT/AMQP方式為云平臺所采集，并通過(guò)云存儲、分析方式為集團下的各個(gè)工廠(chǎng)提供數據優(yōu)化與分析，并改善生產(chǎn)的質(zhì)量、成本與能耗。

通過(guò)EUROMAP的集成，邊緣節點(diǎn)可以提供以下數據信息給MES/ERP等上層系統。

關(guān)于注塑機的通用信息（制造商,型號,序列號等），當前配置和IMM狀態(tài)包括模具、注射單元、功率單元以及在機器上相關(guān)改變的日志。

作業(yè)管理：機器運行期間的作業(yè)信息以及生產(chǎn)循環(huán)的參數，以及從MES到IMM的傳送作業(yè)信息并啟動(dòng)生產(chǎn)的方法。

數據集管理：IMM存儲相關(guān)配置的信息叫數據集，這些數據包括了與IMM相關(guān)的額定工藝參數（時(shí)間，溫度，壓力），同時(shí)也包括了安裝的機械手系統，EUROMAP 77.2允許信息在IMM和MES之間進(jìn)行傳輸，用于構建一個(gè)數據集知識庫。

圖7-邊緣計算為注塑工廠(chǎng)實(shí)現架構

5.貝加萊邊緣計算架構

貝加萊為邊緣計算提供了整個(gè)集成能力的實(shí)現，包括了底層的POWERLINK—提供μS級的數據采集與控制需求，通過(guò)OPC UA接口實(shí)現μS-mS級數據傳輸的需求，通過(guò)開(kāi)放的接口提供面向云平臺更長(cháng)周期的數據傳輸。

圖8-貝加萊邊緣計算產(chǎn)品族

圖8顯示了貝加萊在產(chǎn)品級提供的支撐，通過(guò)具有現場(chǎng)采集能力的I/O、總線(xiàn)控制器，可以將數據通過(guò)各種總線(xiàn)（RS485/CAN/Profibus/Modbus等）以及基于以太網(wǎng)的總線(xiàn)方式傳輸至于嵌入式控制器—這些控制器作為現場(chǎng)設備、產(chǎn)線(xiàn)的邊緣節點(diǎn)匯總數據。而對于Edge Controller層則可以采用OrangeBOX和APROL來(lái)進(jìn)行數據的處理（采集、存儲、分析），并可通過(guò)邊緣節點(diǎn)與云服務(wù)平臺建立連接，訪(fǎng)問(wèn)。

整個(gè)邊緣計算的架構是為了IIoT的實(shí)現而設計，它是自動(dòng)化技術(shù)與IT融合的延伸，今天的產(chǎn)業(yè)，IT與OT互相滲透，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)出現了更為快速的發(fā)展。

6.邊緣計算--服務(wù)于生產(chǎn)效率的提升

正如Mckinsey Digtal 2015年在其如何導航制造業(yè)的數字化一文中所描述的，數字化的應用最終會(huì )為制造業(yè)提供提升的機會(huì )，經(jīng)過(guò)對大量企業(yè)的調研，Mckinsey得出數字化在工業(yè)4.0時(shí)代對于生產(chǎn)制造帶來(lái)的效率提升包括了以下幾個(gè)方面：

降低30-50%機器的整體當機時(shí)間；

通過(guò)知識自動(dòng)化來(lái)提升技術(shù)專(zhuān)業(yè)45-55%的生產(chǎn)效率；

降低20-50%的庫存成本；

降低10-20%的質(zhì)量成本；

提高預測精度到85%；

縮短20-50%的面市時(shí)間；

降低10-40%的維護成本；

實(shí)現生產(chǎn)效率的提升。

因此，我們討論邊緣計算、云計算、大數據分析、人工智能分析，不能為了概念而概念，必須服務(wù)于制造業(yè)本身的升級。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創(chuàng )新驅動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶(hù)提供機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續的創(chuàng )新精神，為客戶(hù)提供更為簡(jiǎn)化以及超出預期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。