5G和邊緣計算推動新工廠車間

工廠車間挑戰(zhàn)

大多數(shù)工廠車間仍然大量手工操作。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)， 不一而足。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，并提高車間的操作安全性。

Rob High認為，智能傳感器、5G、人工智能和邊緣計算的結合提供了解決方案。“工廠車間需要創(chuàng)新來解鎖生產(chǎn)質(zhì)量，提高安全性并實現(xiàn)預測性維護。IT 和 OT 已從競爭性轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作式。從設備方面來看，計算在傳感器中變得越來越可用，從而可以在地板上進行分析。例如，在本地使用視覺傳感器來檢測安全和質(zhì)量問題，可以在傳感器上完成。

為什么選擇5G？

連接性對于工廠車間自動化至關重要。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歷來干擾各種生產(chǎn)設備，導致中斷，降低質(zhì)量，甚至導致中斷。5G具有高帶寬和高容量的良好組合，由于組件的密度和正在生成/分析的數(shù)據(jù)量，這是工廠自動化的重要驅(qū)動因素。

次要驅(qū)動因素是5G低延遲，適用于實時應用，其中光處理在邊緣進行，需要端到端的實時交互。

5G 推動重要中間件的部署

5G還使工作負載遷移技術在工廠車間邊緣環(huán)境中成為可能。

“Linux，Docker ［容器化］，甚至Kubernetes都是為靈活的邊緣計算應用程序提供支持的軟件技術，”High說。“如果您在裝配機、智能機器人或輸送機系統(tǒng)上安裝的智能攝像頭中有足夠的計算能力，這些技術就可以在云、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

Rob提到，工廠車間邊緣計算有一個通用的架構，涉及將各種“級別”的設備從機器連接到云。

級別 0 是沒有計算且僅收集數(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。這些設備從 8 位傳統(tǒng)組件到功能豐富的 64 位設備（具有大內(nèi)存、存儲和連接功能）不等。他們通常使用SCADA和其他工業(yè)專用中間件運行傳統(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。

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

這些部署在工廠車間的不同級別的組件被網(wǎng)格化以形成部署體系結構。

在部署架構之上是軟件架構。

Linux往往是主要的操作系統(tǒng)，因為所需的軟件/中間件組件具有廣泛的可用性。

Docker 使用操作系統(tǒng)級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） 是一個開源的自動化部署、擴展和管理系統(tǒng)，適用于容器化應用程序。Kubernetes使構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，從而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體系結構，其中可以定義特定于應用程序的邏輯體系結構，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)不被遺忘

這不僅僅是一項綠地努力。Rob 看到 0/1 級遺留系統(tǒng)的強大融合正在遷移到這個新的邊緣架構中。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級組件已經(jīng)發(fā)生了巨大變化。3 級組件通常是現(xiàn)有的 IT 系統(tǒng)，這些系統(tǒng)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AI進行編程，以做出決策并提供數(shù)據(jù)。它們也是對人們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重要

工廠設備供應商對工廠車間的進步至關重要。人工智能（AI）和機器學習自然演變成這些工廠組件。IT公司同樣正在整合大量的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公告［三星和IBM繼續(xù)建立在長期戰(zhàn)略合作伙伴關系的基礎上，為使用三星和IBM技術的開發(fā)人員帶來挑戰(zhàn)］。他們宣布了一個原型，目標是在Android上啟用Docker運行時，并由IBM邊緣應用程序管理器（IEAM）管理。這種集成意味著三星制造的所有設備都可以針對工業(yè)環(huán)境進行設計和認證，并具有完整的Docker工作負載互操作性。Android 設備帶來了無數(shù)的重力、運動、視覺和音頻傳感器，具有 5G 連接標準和工作負載處理能力 - 所有這些都以消費者價格提供。

關鍵要點

我向 Rob 詢問了貢獻者需要了解工廠車間的 5G 和邊緣計算的關鍵要點。

“首先，管理邊緣部署至關重要。您必須在正確的時間、正確的位置運行正確的工作負載。這是我們使用IEAM更容易解決的問題。

要解決這個問題，需要將 5G 與邊緣計算理解、行業(yè)知識和 IT/OT 功能理解獨特地結合起來。

Rob還提到安全是一個關鍵點。

“其次，將這些工作負載安全地放在需要的地方。我們需要 DevOps 流程包括創(chuàng)建安全軟件，使容器可掃描病毒，并簽名以進行身份驗證和篡改檢測。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?！?/p>

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)領域和應用，比如推進工廠車間。消費類應用壓低了傳感器的價格。但商業(yè)實體知道，使用5G作為網(wǎng)絡結構將邊緣計算應用于AI是一項關鍵投資，以保持競爭力并實現(xiàn)差異化。

審核編輯：郭婷