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新聞動(dòng)態(tài)導航圖

邊緣計算是干什么的?如何賦能智能制造?

2019-07-293552

無(wú)論IT端還是OT端的主流廠(chǎng)商都將目光聚焦在了“邊緣計算”這個(gè)焦點(diǎn)上,顯然,這并非是為了概念,對于OT廠(chǎng)商而言,傳統的控制系統任務(wù)聚焦在控制的實(shí)時(shí)性、穩定性,而隨著(zhù)數據的需求變大,如圖1所示,包括了機器、產(chǎn)線(xiàn)、過(guò)程、基礎設施中的物流、質(zhì)量、能源、運營(yíng)維護等數據的集成,以獲得全局優(yōu)化,這也的確需要更為開(kāi)放、大容量支撐的數據處理架構來(lái)提供新的業(yè)務(wù)發(fā)展,因此,開(kāi)始向著(zhù)IT方向延伸,并推出其解決這些問(wèn)題的邊緣計算方案。而IT端則借助于在通信網(wǎng)絡(luò )、軟件技術(shù)等,希望將其資源與工業(yè)場(chǎng)景融合,以實(shí)現市場(chǎng)的分攤,并尋找新的業(yè)務(wù)增長(cháng)。

1-工廠(chǎng)數據的集成層次

本文試圖通過(guò)一些更為簡(jiǎn)單的描述來(lái)闡述“邊緣計算”,避免過(guò)于專(zhuān)業(yè)的詞匯、復雜的模型。

簡(jiǎn)要理解邊緣計算的維度

1.控制與計算的不同視角看邊緣計算

用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明控制與計算的不同,1臺AGV小車(chē)沿著(zhù)路徑運動(dòng),它運動(dòng)的精度和速度由一個(gè)控制器來(lái)實(shí)現即可,這里的控制器采集物理的速度、位置信號,并對運動(dòng)的速度、位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調整,但是,100臺AGV小車(chē)在工廠(chǎng)里分布,然后如何最短路徑、且不與其它AGV碰撞,那么這個(gè)規劃算法就是一個(gè)“計算”的場(chǎng)景,在這個(gè)場(chǎng)景中,這個(gè)規劃算法核心在于為每個(gè)AGV制定調度策略,并給予指令,它的問(wèn)題是在全局的層面,而不是單機層面,但也需要一定的實(shí)時(shí)性采集每個(gè)車(chē)輛的參數來(lái)運行。

類(lèi)似的場(chǎng)景非常多,例如火車(chē)的調度、飛機的班次都屬于這類(lèi)問(wèn)題,另一類(lèi)也包括優(yōu)化問(wèn)題,最優(yōu)、最經(jīng)濟、利益最大化的策略問(wèn)題,但是,共同是基于全局的策略、規劃、優(yōu)化、調度問(wèn)題。

2.在物理與數字的邊界上工作的層

當然,也可以從另一視角,即,在整個(gè)智能制造中的層次架構來(lái)看,通過(guò)數字建模將整個(gè)制造的物理系統在數字世界對應的模型,然后,通過(guò)邊緣層進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據采集,將生產(chǎn)的現狀反饋給信息系統,在測試驗證、運行、維護的各個(gè)階段,都可以在虛擬系統中對制造的工藝、參數、策略進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)而下載到物理系統,并且可以根據物理系統的變化在虛擬系統中進(jìn)行調整,這是一個(gè)不斷交互的層面,因此,邊緣計算可以被理解為在數字與物理世界間的協(xié)作層。

3.靠近地面的云

云計算也很火熱??!它和邊緣有什么區別呢?簡(jiǎn)單的說(shuō),邊緣就是靠近地面(現場(chǎng))的云,這個(gè)理解起來(lái)有幾個(gè)維度:

--時(shí)間維度:它的時(shí)間周期處于云的長(cháng)時(shí)間周期(s,Day,Week,Month)和控制的短周期(mS-μS)之間,比如在100mS級別的任務(wù),就像機器人協(xié)同的周期可以定義在mS級即可。

--職能維度:它比較了解現場(chǎng),一方面,作為接近OT端的存在,它需要了解各種現場(chǎng)總線(xiàn),解決數據的連接問(wèn)題,而另一方面它需要有IT經(jīng)驗,包括實(shí)時(shí)數據、歷史數據存儲、Web技術(shù)發(fā)布等,因此,邊緣計算是一個(gè)銜接現場(chǎng)控制與云端服務(wù)之間的架構層。

簡(jiǎn)單說(shuō),邊緣計算就是位于工廠(chǎng)整體調度規劃軟件層與現場(chǎng)層之間,進(jìn)行協(xié)同的基于信息的策略與優(yōu)化問(wèn)題。

哪些應用可以放在邊緣側進(jìn)行計算?

1.資產(chǎn)與數據管理

當我們討論工業(yè)4.0那會(huì ),就討論了數據對象的問(wèn)題,包括物流倉庫中的原材料、在制品(在線(xiàn)物流)、成品倉庫,這些都是要處于監測之下的,因為個(gè)性化生產(chǎn)需要精準的計量每個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量、能源、機器、人工的消耗,而另一方面,包括你的設備資產(chǎn)處于的狀態(tài)也必須被監測到,這些都是需要處于透明狀態(tài)下的,否則,你都不知道你每天加工了多少個(gè)產(chǎn)品,而整個(gè)生產(chǎn)和產(chǎn)線(xiàn)的運營(yíng)基準就是你要知道你的家底。

2-資產(chǎn)性能監測器的邊緣計算架構

2即是一個(gè)基于A(yíng)BB Ability與現場(chǎng)設備集成的資產(chǎn)性能監測器的架構,可以通過(guò)邊緣側的數據采集、存儲到云端,除了本地實(shí)時(shí)顯示,也可以為遠程的移動(dòng)端提供訪(fǎng)問(wèn),采用邊緣計算架構主要借助于IT成熟的網(wǎng)絡(luò )、軟件資源。

2.生產(chǎn)運營(yíng)中的監測

OEE就是個(gè)最簡(jiǎn)單的計算例子,你可能覺(jué)得它太簡(jiǎn)單了,就是A*P*Q三個(gè)指標,而且就是“加減乘除”計算,是的,計算本來(lái)就是這樣的,難道非要微積分,高階函數、非線(xiàn)性才是計算嗎?

OEE對于制造企業(yè)非常關(guān)鍵在于,這個(gè)參數直接反映了生產(chǎn)的效率問(wèn)題,如果你投資了10億建了生產(chǎn)線(xiàn),然后它的OEE只有50%,你可以理解為這個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)50%的時(shí)間在幫你賺錢(qián),另外50%的時(shí)間在幫你浪費,而這個(gè)浪費的還比你賺錢(qián)快,你就知道OEE何其重要。

當然了,生產(chǎn)中的質(zhì)量分析SPC-過(guò)程統計分析、帕累托圖之類(lèi)都可以通過(guò)這些計算來(lái)呈現。

3-對于老工廠(chǎng)的性能數據統一集成

3是一個(gè)老工廠(chǎng),可以通過(guò)多種方式集成數據,并應用于數據的管理,包括OEE的整體統計,便于生產(chǎn)運營(yíng)人員對整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行調整。

3.策略?xún)?yōu)化問(wèn)題

舉個(gè)例子,印刷廠(chǎng)里接了A4、B5各種尺寸的訂單,但是,一般印刷機都是對開(kāi)四色印花機,那么,這個(gè)訂單如何在一個(gè)紙張上最大的使用,就是一個(gè)“拼單”的問(wèn)題,這個(gè)就是一個(gè)節省成本的算法,包括玻璃在線(xiàn)切割也是,一般玻璃產(chǎn)線(xiàn)出來(lái)的幅面比較大,而且在線(xiàn)檢測系統會(huì )對玻璃的質(zhì)量進(jìn)行監測,然后與訂單進(jìn)行匹配,在線(xiàn)裁切出不同需求的,用于汽車(chē)行業(yè)的玻璃和用于建筑行業(yè)的玻璃自然品質(zhì)要求不同,讓訂單與生產(chǎn)實(shí)時(shí)匹配也是一個(gè)邊緣應用場(chǎng)景。

4.智能協(xié)同

就像無(wú)人駕駛的場(chǎng)景,交通擁堵多半來(lái)自路口,而當綠燈亮的時(shí)候,每個(gè)人的反應速度不同,有的人甚至因為打電話(huà)而耽擱數秒才啟動(dòng),而如果采用統一的車(chē)-車(chē)之間的數據協(xié)同,每個(gè)車(chē)都可以同時(shí)啟動(dòng),就保持了交通的通常,而另一方面,當車(chē)-車(chē)間及時(shí)的數據交互,就會(huì )產(chǎn)生潛在風(fēng)險的消除,因為保持車(chē)距的策略可以被執行。

邊緣協(xié)同就是扮演,通過(guò)數據的協(xié)同,保持車(chē)輛的同步啟動(dòng)、等車(chē)距等安全、高效的交通調度,這樣就可以使得交通最大的優(yōu)化,大幅度降低堵車(chē)的可能。

5.預測性維護問(wèn)題

預測性維護在傳統上基于機理模型、機械失效分析等方法,往往需要復雜的建模、專(zhuān)業(yè)的人員,而通過(guò)邊緣側的數據采集、處理,基于數據驅動(dòng)型的機器學(xué)習方法,充分發(fā)揮算法、模型的作用,借助于計算機的算力、學(xué)習能力來(lái)尋找最優(yōu)的維護參數,并獲得更高的預測準確度。

根據行業(yè)屬性、現場(chǎng)工況、以及實(shí)際的運行參數,選擇合適的特征值,并進(jìn)行學(xué)習,獲取最優(yōu)的參數,以對機器的狀態(tài)進(jìn)行故障預警,提高設備利用率,并降低宕機及其帶來(lái)的生產(chǎn)運營(yíng)損失。

 

文章來(lái)源:信息化和軟件服務(wù)網(wǎng)


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