1.邊緣計(jì)算邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿(mǎn)足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求。邊緣計(jì)算處于物理實(shí)體和工業(yè)連接之間，或處于物理實(shí)體的頂端。而云端計(jì)算，仍然可以訪(fǎng)問(wèn)邊緣計(jì)算的歷史數(shù)據(jù)。
邊緣計(jì)算并非是一個(gè)新鮮詞。對(duì)于智能制造而言而言，邊緣計(jì)算技術(shù)取得突破，意味著許多控制、分析將通過(guò)本地設(shè)備實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需交由云端，處理過(guò)程將在本地邊緣計(jì)算層完成。這無(wú)疑將大大提升處理效率，減輕云端的負(fù)荷。由于更加靠近末端設(shè)備，還可為末端設(shè)備提供更快的響應(yīng)，將需求在邊緣端解決。
2.OICT融合在中國(guó)，邊緣計(jì)算正在努力推動(dòng)工業(yè)智能制造三種技術(shù)的融合，也就是OICT的融合（運(yùn)營(yíng)Operational、信息Information、通訊Communication Technology）。融合主要涉及解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
第一個(gè)是設(shè)備域的問(wèn)題， 出現(xiàn)的純粹的IoT設(shè)備，跟自動(dòng)化的I/O采集相比較而言，有不同但也有重疊部分。那些可以直接用于在頂層優(yōu)化，而并不參與控制本身的數(shù)據(jù)，是可以直接放在邊緣側(cè)完成處理。
第二個(gè)是網(wǎng)絡(luò)域問(wèn)題。在傳輸層面，直接的末端IoT數(shù)據(jù)、與來(lái)自自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)據(jù)，其傳輸方式、機(jī)制、協(xié)議都會(huì)有不同，因此，這里要解決傳輸?shù)臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。當(dāng)然，在OPC UA架構(gòu)下可以直接的訪(fǎng)問(wèn)底層自動(dòng)化數(shù)據(jù)。
第三是數(shù)據(jù)域問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、格式、清洗等這些數(shù)據(jù)域需要解決的問(wèn)題。
3. 基于OICT融合架構(gòu)的邊緣計(jì)算結(jié)合OICT融合所涉及的幾個(gè)問(wèn)題，我們的邊緣計(jì)算物理上采用網(wǎng)關(guān)+邊緣云+管理平臺(tái)的三層結(jié)構(gòu)，邏輯上采用docker鏡像微服務(wù)的方式進(jìn)行系統(tǒng)化的列裝。實(shí)現(xiàn)多租戶(hù)、低延時(shí)、本地化的OICT技術(shù)融合。
1、 智能網(wǎng)關(guān)（FlexEGW）：
智能網(wǎng)關(guān)部署在生產(chǎn)線(xiàn)，用于和設(shè)備傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制交互。在工業(yè)制造上，工業(yè)控制系統(tǒng)是多樣性的。為解決工業(yè)控制環(huán)節(jié)中各個(gè)數(shù)據(jù)源的靈活通訊，例如MSE/SCADA/HMI與PLC/DCS之間的數(shù)據(jù)交互，智能網(wǎng)關(guān)需部署標(biāo)準(zhǔn)化的OPC UA中間件。對(duì)于不滿(mǎn)足OPC UA技術(shù)規(guī)范的設(shè)備，可以通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)部署定制服務(wù)，以RS485/RS232等接口協(xié)議方式接入設(shè)備，服務(wù)同時(shí)將其轉(zhuǎn)換為滿(mǎn)足OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源，以O(shè)PC CLIENT方式接入OPC UA中間件SERVER（在某些不具備搭建邊緣云的工廠(chǎng)環(huán)境，網(wǎng)關(guān)的采集數(shù)據(jù)可直接推送至設(shè)備控制監(jiān)控層）。
綜上，智能網(wǎng)關(guān)解決了各種設(shè)備靈活的協(xié)議適配，相對(duì)較低延時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化OPC帶來(lái)的數(shù)據(jù)源靈活通等方面。而這些方面均是傳統(tǒng)工業(yè)平臺(tái)不具備的能力。此外，智能網(wǎng)關(guān)在無(wú)法部署邊緣云的情況下，提供邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)導(dǎo)出，存儲(chǔ)等小規(guī)模邊緣數(shù)據(jù)中心功能。
2、 邊緣云（FlexEStack）：
關(guān)于邊緣云一種是自建私有云，一種利用運(yùn)營(yíng)商邊邊緣DC實(shí)現(xiàn)邊緣云。但不論是哪種云，其都需要承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)域的核心傳輸任務(wù)，以及數(shù)據(jù)域的計(jì)算存儲(chǔ)任務(wù)。在具備部署邊緣云條件的工廠(chǎng)，由于邊緣云與網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)上基本沒(méi)有距離，根據(jù)網(wǎng)關(guān)性能選型，可以考慮將OPC-UA SERVER部署至邊緣云，利用邊緣云同時(shí)托管接入多個(gè)網(wǎng)關(guān)。因?yàn)樵邶嫶蟮牧魉�(xiàn)上，生產(chǎn)線(xiàn)上的網(wǎng)關(guān)必然是小型化輕量化的。
綜上，邊緣云的建立，主要解決了邊緣數(shù)據(jù)中心的缺失。我們?cè)谶吘壴浦羞M(jìn)行邊緣存儲(chǔ)，邊緣輕量級(jí)大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)清洗，平臺(tái)導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)等任務(wù)。邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)需再完全依賴(lài)云端，從而有效降低了平臺(tái)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和性能瓶頸，提升了邊緣側(cè)的IT和CT能力。
3、管理平臺(tái)及編排平臺(tái)（FlexECO）：
管理層面是多租戶(hù)隔離的，且分為普通用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者用戶(hù)。普通用戶(hù)通常為平臺(tái)決策者。平臺(tái)決策者通過(guò)邊緣管理平臺(tái)查看決策分析相關(guān)數(shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)者用戶(hù)主要利用管理平臺(tái)進(jìn)行設(shè)備管理、網(wǎng)關(guān)管理、策略任務(wù)管理、業(yè)務(wù)編排、邊緣側(cè)微服務(wù)的快速注冊(cè)部署等工作。
隨著邊緣計(jì)算在工業(yè)領(lǐng)域的深入普及，邊緣側(cè)的網(wǎng)關(guān)、大量的設(shè)備、網(wǎng)關(guān)中的服務(wù)、服務(wù)的執(zhí)行計(jì)劃與業(yè)務(wù)的編排，都需要管理平臺(tái)提供通用完善的管理能力。從而協(xié)同OT和IT的融合。
4.案例-燒器遠(yuǎn)程運(yùn)維
具體目標(biāo)增強(qiáng)客戶(hù)對(duì)燃燒器運(yùn)其行的把控，幫助提高工作效率，同時(shí)也通過(guò)遠(yuǎn)程診斷改善售后服務(wù)效率，具體目標(biāo)包括：
實(shí)時(shí)查看設(shè)備狀態(tài)，了解整體運(yùn)行狀況
監(jiān)控關(guān)鍵數(shù)據(jù)，報(bào)警提示采取措施預(yù)防故障
售后團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程診斷，幫助客戶(hù)快速解決故障
查看歷史數(shù)據(jù)，提高分析能力
解決方案該項(xiàng)目解決方案由以下三部分組成
基于Modbus數(shù)據(jù)采集的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)模塊
基于邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)清洗。
基于企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程管理平臺(tái)
其中無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)模塊(網(wǎng)關(guān))作為燃燒器設(shè)備的輔助模塊和燃燒器PLC控制器對(duì)接（對(duì)接協(xié)議modbus RTU），網(wǎng)關(guān)通過(guò)TCP將采集數(shù)據(jù)發(fā)布MQTT主題，邊緣云數(shù)據(jù)清洗模塊訂閱MQTT當(dāng)前主題，將訂閱數(shù)據(jù)通過(guò)ETL方式清洗，保存邊緣云緩存庫(kù)。邊緣云根據(jù)平臺(tái)側(cè)的歷史數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過(guò)導(dǎo)出服務(wù)導(dǎo)出至運(yùn)維云平臺(tái)。
運(yùn)維平臺(tái)需要得到各地的設(shè)備的總數(shù)、每臺(tái)設(shè)備的在線(xiàn)狀態(tài)，告警。同時(shí)對(duì)維保記錄進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。達(dá)到遠(yuǎn)程運(yùn)維的目的。
在本案中滿(mǎn)足以下功能：
1、 設(shè)備接入核心要求：
A） 要求適配多種工業(yè)自動(dòng)化PLC控制器，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。
B） 支持RS485接口、支持以太網(wǎng)及2/3/4/5G網(wǎng)絡(luò)。
C） 方便小巧，便于部署，成本低廉。
2、輕量大數(shù)據(jù)分析服務(wù)要求：
A） 可定制的設(shè)備統(tǒng)計(jì)�；谠O(shè)備字段（類(lèi)型、狀態(tài)）進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)（所屬區(qū)域，故障記錄等）統(tǒng)計(jì)�；谠O(shè)備字段累加統(tǒng)計(jì)。基于地理信息的分布運(yùn)行（邊緣側(cè)提供當(dāng)前地理信息、網(wǎng)絡(luò)位置范圍的運(yùn)行分析數(shù)據(jù)）。
B） 歷史數(shù)據(jù)助力故障分析（當(dāng)前邊緣側(cè)的歷史數(shù)據(jù)）。支持提供歷云端歷史數(shù)據(jù)下載，快速調(diào)取制動(dòng)時(shí)間歷史數(shù)據(jù)，分析歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)，在邊緣側(cè)盡可能的以壓縮、辦結(jié)構(gòu)化、內(nèi)存庫(kù)方式存儲(chǔ)一年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)（視硬件和業(yè)務(wù)需求定）。
3、安全要求：
A） 多租戶(hù)的嚴(yán)格隔離。
B） 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全可靠。
4、故障診斷和預(yù)防性維護(hù)。
即利用邊緣側(cè)柔性擴(kuò)展的運(yùn)算能力，將邊緣側(cè)的設(shè)備關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、下載歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)碰撞和自主模型學(xué)習(xí)。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建卷積網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)樣本點(diǎn)作為輸入，輸出多屬性標(biāo)簽。
例如，樣本點(diǎn)為加速度傳感器采集數(shù)據(jù)（采集軸承），經(jīng)過(guò)卷積網(wǎng)絡(luò)輸出診斷故障發(fā)生部件、故障大�。òㄎ⑷豕收希┻M(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警。（例如機(jī)器軸承的內(nèi)外圈、滾動(dòng)體的故障，齒輪箱等不同故障類(lèi)型）。
資深技術(shù)工程師
柔性邊緣計(jì)算研發(fā)部
2018年4月20日
