5G、邊緣計算和新興軟件架構(gòu)使智能工廠成為現(xiàn)實

工廠車間挑戰(zhàn)

大多數(shù)工廠車間仍然大量使用人工。地板上的設備從模擬儀表到具有強大計算、存儲和連接能力的智能控制系統(tǒng)不等。主要挑戰(zhàn)在于如何有效地自動化和集成這些系統(tǒng)，以自動化人類工人所做的工作，分析和識別改進機會，并提高現(xiàn)場操作安全性。

Rob High 相信智能傳感器、5G、人工智能和邊緣計算的結(jié)合提供了解決方案?！肮S車間需要創(chuàng)新來提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高安全性并實現(xiàn)預測性維護。IT 和 OT 已從競爭轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作。在設備方面，計算在傳感器中變得越來越可用，可以在地板上進行分析。例如，可以直接在傳感器上使用本地視覺傳感器來檢測安全和質(zhì)量問題”。

為什么是5G？

連接性對于工廠車間自動化至關(guān)重要。將所有這些連接在一起的部署和維護成本高得令人望而卻步。Wifi 歷來會干擾各種生產(chǎn)設備——造成中斷、降低質(zhì)量，甚至造成中斷。5G 具有高帶寬和高容量的良好組合，由于組件的密度以及生成和分析的數(shù)據(jù)量，這些是工廠自動化的重要驅(qū)動力。

次要驅(qū)動因素是實時應用程序的 5G 低延遲，在這些應用程序中，光處理發(fā)生在邊緣，需要端到端的實時交互。

5G推動重要中間件部署

5G 還使工廠車間邊緣環(huán)境中的工作負載遷移技術(shù)成為可能。

“Linux、Docker ［容器化］，甚至 Kubernetes 都是為靈活的邊緣計算應用程序提供動力的軟件技術(shù)，”High 說?！叭绻惭b在裝配機、智能機器人或傳送系統(tǒng)上的智能攝像頭具有足夠的計算能力，這些技術(shù)就能夠在云、邊緣和設備之間移動工作負載，從而提供靈活性和成本優(yōu)化”。

工廠車間參考架構(gòu)

Rob 提到工廠邊緣計算有一個通用架構(gòu)，涉及連接從機器到云的各種“級別”設備。

0 級是沒有計算功能且僅收集數(shù)據(jù)（位置或振動傳感器）的設備。

1 級是執(zhí)行制造過程的傳統(tǒng) OT 地板組件。這些從 8 位傳統(tǒng)組件到具有大內(nèi)存、存儲和連接功能的功能豐富的 64 位設備不等。他們經(jīng)常使用 SCADA 和其他工業(yè)特定的中間件運行傳統(tǒng)的嵌入式軟件。

級別 2 是協(xié)調(diào)組件之間通信的通信網(wǎng)關(guān)。

第 3 級是用于容納控制邏輯、管理和執(zhí)行應用程序所需的高階計算的服務器。

部署在工廠車間的這些不同級別的組件被網(wǎng)格化以形成部署架構(gòu)。

部署架構(gòu)之上是軟件架構(gòu)。

由于所需軟件/中間件組件的廣泛可用性，Linux 往往是主要操作系統(tǒng)。

Docker 使用操作系統(tǒng)級別的虛擬化來交付稱為容器的軟件包。這些自給自足的容器是可移植的，可以在云或本地組件上運行。

Kubernetes （K8s） 是用于容器化應用程序的開源自動化部署、擴展和管理系統(tǒng)。Kubernetes 使構(gòu)成應用程序的容器能夠分組到邏輯單元中并與其他容器化應用程序同時運行，管理對共享資源的競爭需求，以確保運營效率和彈性擴展。

這提供了一個具有通用組件的強大架構(gòu)，其中可以定義應用程序特定的邏輯架構(gòu)，并能夠以靈活的方式在已部署的組件之間分配工作負載。

遺產(chǎn)沒有被遺漏

這不僅僅是一項新建工程。Rob 看到 0/1 級遺留系統(tǒng)的強大融合正在遷移到這種新的邊緣架構(gòu)中。然而，這種轉(zhuǎn)變正在以不同的速度發(fā)生。由于消費者物聯(lián)網(wǎng)計劃，0 級組件發(fā)生了巨大變化。3 級組件通常是現(xiàn)有的 IT 系統(tǒng)，它們已經(jīng)發(fā)展為共享 OT 工作負載。

移動機器人的進步可以使模擬集成更容易。這些機器人可用于識別/解釋模擬儀表，并使用人類操作員專家的人工智能進行編程，以做出決策并提供數(shù)據(jù)。它們也是對人不友好甚至敵對的工作場所的理想選擇。

工廠設備制造商至關(guān)重要

工廠設備供應商對于工廠車間的進步至關(guān)重要。人工智能 （AI） 和機器學習自然演變?yōu)檫@些工廠組件。IT 公司同樣也在整合大量的 OT 功能。

這種合作的一個很好的例子是 IBM 和三星之間最近的一項聲明［三星和 IBM 繼續(xù)建立長期的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以應對使用三星和 IBM 技術(shù)的開發(fā)人員的挑戰(zhàn)］。他們宣布了一個原型，其目標是在 Android 上啟用 Docker 運行時，并由IBM Edge Application Manager （IEAM） 管理。這種集成意味著三星制造的所有設備都可以針對具有完整 Docker 工作負載互操作性的工業(yè)環(huán)境進行設計和認證。Android 設備配備了無數(shù)具有 5G 連接標準和工作負載處理能力的重力、運動、視覺和音頻傳感器 - 所有這些都以消費者價格提供。

關(guān)鍵要點

我向 Rob 詢問了貢獻者需要了解的關(guān)于工廠車間 5G 和邊緣計算的關(guān)鍵要點。

“首先，管理邊緣部署至關(guān)重要。您必須在正確的時間在正確的地點運行正確的工作負載。這是一個我們通過 IEAM 更容易解決的問題”。

解決問題需要對 5G 和邊緣計算的理解、行業(yè)知識和 IT/OT 能力理解的獨特組合。

Rob 還提到安全性是一個關(guān)鍵點。

“其次，將這些工作負載放在需要安全的地方。我們需要 DevOps 流程包括通過使容器可掃描病毒并簽名以進行身份??驗證和篡改檢測來創(chuàng)建安全軟件。一般來說，我們需要啟用生命周期本身以實現(xiàn)安全性和可擴展性”。

Rob 說，網(wǎng)絡運營商經(jīng)常問他 5G 的殺手級應用是什么。他告訴他們，他確信這是商業(yè)部門和推進工廠車間等應用。消費者應用已經(jīng)壓低了傳感器的價格。但商業(yè)實體知道，使用 5G 作為網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為 AI 應用邊緣計算是一項關(guān)鍵投資，以保持競爭力和差異化。

審核編輯：郭婷