Intelligent factory -- application case

風(fēng)口上的邊緣計(jì)算，能推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用深度變革嗎？

進(jìn)入萬物智能互聯(lián)的新時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)迎來了發(fā)展的巨大風(fēng)口，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年底中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到13603億元左右，同比增長14.7%，未來物聯(lián)網(wǎng)市場上漲空間可觀。

如此龐大的市場規(guī)模，帶來了海量的設(shè)備連接，數(shù)據(jù)量也因此成指數(shù)級(jí)爆炸。如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式，把井噴式的數(shù)據(jù)全部聚集在云端，這不僅對(duì)帶寬有著極高的要求，同時(shí)將會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，網(wǎng)路可能造成擁堵，造成數(shù)據(jù)處理延時(shí)，與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求快速的響應(yīng)時(shí)間需求背道而馳。面對(duì)這一困境，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生，它消除了互聯(lián)網(wǎng)在延遲和帶寬方面的限制，從而帶來了全新的應(yīng)用類別。

邊緣計(jì)算——用“腿”解決了問題

在了解什么是邊緣計(jì)算時(shí)，我們先來認(rèn)識(shí)一下邊緣計(jì)算的“遠(yuǎn)親”——章魚。作為無脊椎動(dòng)物中智商最高的一種動(dòng)物，章魚擁有巨量的神經(jīng)元，但其中60%分布在章魚的八條腿（腕足）上，腦部卻只有40%。也就是說章魚是用腿來思考并就地解決問題的。章魚在捕獵時(shí)非常靈活，腕足之間配合極好，從來不會(huì)纏繞打結(jié)，這主要?dú)w功于它們類似分布式計(jì)算的“多個(gè)小腦+一個(gè)大腦”。

而邊緣計(jì)算本質(zhì)上也是一種去中心化的分布式計(jì)算模型，在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方分析處理數(shù)據(jù)，進(jìn)而減少網(wǎng)絡(luò)流量和響應(yīng)時(shí)間。在工業(yè)現(xiàn)場的很多數(shù)據(jù)“保鮮期”很短，一旦處理延誤，就會(huì)迅速“變質(zhì)”，數(shù)據(jù)價(jià)值呈現(xiàn)斷崖式跌落，此時(shí)邊緣計(jì)算便發(fā)揮了不可替代的作用。海量的數(shù)據(jù)能夠就近處理，大量的設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同的作用，諸多問題迎刃而解。

據(jù)調(diào)研公司MarketsandMarhets聲稱，到2022年，邊緣計(jì)算市場的價(jià)值將達(dá)到67.2億美元，比2017年的14.7億美元大幅上升，年復(fù)合增長率高達(dá)35.4%。邊緣計(jì)算已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。

邊緣計(jì)算優(yōu)勢顯著

邊緣計(jì)算的核心是在靠近數(shù)據(jù)源或者用戶的地方提供計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施，并為邊緣應(yīng)用提供云服務(wù)和IT服務(wù)。邊緣計(jì)算不僅是5G網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于3G、4G的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，同時(shí)也是支撐物聯(lián)技術(shù)低延時(shí)、高密度等條件的具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體現(xiàn)形式，具有場景化定制強(qiáng)等特點(diǎn)。

邊緣計(jì)算的優(yōu)勢

1實(shí)時(shí)性、高快速響應(yīng)性

很多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要亞秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間來進(jìn)行安全關(guān)鍵和精準(zhǔn)的操作。如自動(dòng)駕駛車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，在復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，自動(dòng)駕駛車輛需要對(duì)實(shí)時(shí)出現(xiàn)的安全情況進(jìn)行快速的響應(yīng)處理。如果此時(shí)還是將數(shù)據(jù)傳回云端處理，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)擁堵情況，那么車輛的安全將無法得到保障。而邊緣計(jì)算分布式以及天然靠近設(shè)備端的特性決定了它可以實(shí)時(shí)快速處理、高速響應(yīng)的優(yōu)勢。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，邊緣計(jì)算可以為自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)提供毫秒級(jí)的時(shí)延保證。

2效率高

計(jì)算能力下沉到網(wǎng)絡(luò)的邏輯末端，使得邊緣計(jì)算可以直接對(duì)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和分析，不用請(qǐng)示遠(yuǎn)在天邊的云計(jì)算，節(jié)能省時(shí)效率還高。

3省流量、小帶寬

邊緣計(jì)算支持?jǐn)?shù)據(jù)本地處理，大流量業(yè)務(wù)本地卸載可以減輕回傳壓力，有效降低成本。

4智能更節(jié)能

人工智能+邊緣計(jì)算的組合，不止于計(jì)算，智能化特點(diǎn)更加明顯。且云計(jì)算+邊緣計(jì)算協(xié)同高效的分工，使得綜合成本只有單獨(dú)使用云計(jì)算的39%。

5安全性更高

邊緣計(jì)算中的數(shù)據(jù)僅在源數(shù)據(jù)設(shè)備和邊緣設(shè)備之間交換，不再全部上傳至云計(jì)算平臺(tái)，降低了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。 基于以上優(yōu)勢，邊緣計(jì)算將率先在工業(yè)自動(dòng)化、公共事業(yè)、能源和交通運(yùn)輸行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

邊緣計(jì)算+人工智能——組合成就“最強(qiáng)小腦”

如果將云計(jì)算定義為數(shù)據(jù)處理中心的大腦，那么邊緣計(jì)算則是章魚異常發(fā)達(dá)的“腿部小腦”。

人工智能（AI）芯片首先是在云端服務(wù)器市場中得到了應(yīng)用，隨后向終端領(lǐng)域擴(kuò)展。在5G商用的大浪潮下，越來越多的邊緣服務(wù)器被鋪設(shè)，人工智能在邊緣側(cè)的應(yīng)用也逐漸展開。預(yù)計(jì)在未來一段時(shí)間內(nèi)，邊緣計(jì)算將成為AI芯片發(fā)展最為快速的領(lǐng)域。這也意味著，人工智能最終將在“云-邊-端”的全產(chǎn)業(yè)鏈條上實(shí)現(xiàn)覆蓋。

人工智能+物聯(lián)網(wǎng)+邊緣計(jì)算，打破了傳統(tǒng)IoT數(shù)據(jù)中心不在邊緣設(shè)備上的弊端，能夠讓人工智能在邊緣設(shè)備上變得更智能、更敏捷、滿足更多的場景應(yīng)用的需求。而邊緣設(shè)備上的本地計(jì)算意味著大量的數(shù)據(jù)需要被有效的推理、分析和提取，對(duì)計(jì)算能力的要求非常高，同時(shí)要求低延遲低功耗，人工智能的賦能讓這一切成為可能。

甚至基于用戶的歷史軌跡數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)還可以高效預(yù)測用戶未來短期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測性邊緣服務(wù)遷移決策，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的服務(wù)性能。在預(yù)測性維護(hù)領(lǐng)域，人工智能+邊緣計(jì)算也是大有可為。

邊緣控制器

邊緣計(jì)算的出現(xiàn)基于云計(jì)算，可以說邊緣計(jì)算就是運(yùn)營技術(shù)（OT）中的云計(jì)算，相比較于信息技術(shù)（IT）中的云計(jì)算，邊緣計(jì)算對(duì)實(shí)時(shí)性和安全性提出了更高的要求，而邊緣控制器作為數(shù)據(jù)通往云端的最后一層物理實(shí)體，是機(jī)器層OT和云端IT解決方案的接口。

基于人工智能算法，邊緣控制器有可能識(shí)別出程序檢測不到的，或者人眼無法分辨的異常狀況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備行為較為全面準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)理解。

研華WISE-5000邊緣控制器便是其中的杰出代表。WISE-5000邊緣計(jì)算一體化控制器是集計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理功能、網(wǎng)關(guān)通訊功能、PLC控制功能及數(shù)據(jù)上云功能于一體的解決方案。

1體積小巧，節(jié)省空間

研華邊緣控制器WISE-5000系列作為業(yè)界最小、速度最快的開放式平臺(tái)之一，它結(jié)構(gòu)緊湊，高度為10厘米，插片式I/O模塊全部安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，安裝在設(shè)備控制柜中時(shí)無需額外的鉆孔或機(jī)械裝置，不僅節(jié)省了空間，而且允許工業(yè)設(shè)備跨越邊界。

2高速處理，提高機(jī)械效率

同時(shí)WISE-5000系列配備Intel第六代Skylake Core處理器�？刂破鞯膬蓚�(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)PCI Express高速接口和EtherCAT通信協(xié)議設(shè)計(jì)，可提供高達(dá)100 Mbps的傳輸速度。它可以大大提高WISE-5000在傳輸和處理大數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

3高度整合信息化與自動(dòng)化技術(shù)

在整合了傳統(tǒng)的PLC與PC平臺(tái)優(yōu)勢上，WISE-5000可以在一個(gè)平臺(tái)中運(yùn)行自動(dòng)化的高速數(shù)據(jù)采集，運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器視覺，邏輯控制；同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息化的數(shù)據(jù)庫，云平臺(tái)交互，兼顧第三方軟件集成，使設(shè)備制造商更容易整合IT與OT的應(yīng)用。

4靈活擴(kuò)展，滿足多元化需求

WISE-5000采用模塊化EtherCAT I/O和PCI Express接口的設(shè)計(jì)，為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸提供多樣的I/O和通信模塊。在保持可擴(kuò)展性，準(zhǔn)確匹配的同時(shí)滿足實(shí)際需求，避免額外的設(shè)備資源浪費(fèi)。

結(jié)論

雖然邊緣計(jì)算優(yōu)勢顯著，也切實(shí)解決了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題。但推動(dòng)邊緣計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展，仍然需要深入了解客戶及業(yè)務(wù)需求，否則邊緣計(jì)算只能是空中樓閣。

邊緣控制器WISE-5000則是研華深深扎根用戶群中的匠心代表之作，其針對(duì)不同細(xì)分應(yīng)用行業(yè)的需求特點(diǎn)，對(duì)癥下藥，讓客戶真正體會(huì)到從自動(dòng)化到信息化整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的優(yōu)勢及宏利。