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為什么邊緣計(jì)算對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)如此重要?

堅(jiān)白 ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:堅(jiān)白 ? 2019-03-08 14:05 ? 次閱讀
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作者:Michael Schuldenfrei,OptimalPlus首席技術(shù)研究員
編譯:堅(jiān)白
20世紀(jì)50年代印刷電路板(PCB)的發(fā)明改變了自動(dòng)化的世界。在印刷電路板出現(xiàn)之前,電子電路板都是手工組裝的,這是一個(gè)艱苦的過(guò)程,極大地限制了全球的生產(chǎn)。如今,隨著制造過(guò)程中儀表的引入和邊緣計(jì)算的使用,工業(yè)正在經(jīng)歷另一個(gè)革命性的飛躍。
制造過(guò)程的儀表包括許多傳感器微控制器,它們可以根據(jù)傳感器檢測(cè)到的環(huán)境條件細(xì)微地改變制造條件。這些傳感器產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),但微控制器不能直接響應(yīng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
用于制造儀表的傳感器和微控制器基本上都是小型聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)。傳感器將他們的數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)中心位置,然后在那里對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些小型的、自主的計(jì)算機(jī)不是由人類(lèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控的,而是物聯(lián)網(wǎng)IOT)的一部分。更具體地說(shuō),在制造環(huán)境中,它們是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)設(shè)備。
IIOT制造儀器的用例
IIOT設(shè)備用于任何數(shù)量的環(huán)境中,如果人類(lèi)每次都不能可靠和/或準(zhǔn)確地完成工作,那么就很難完成這些工作。例如,焊接檢查。焊接是許多電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的組成部分,對(duì)最終產(chǎn)品的功能性和耐久性至關(guān)重要。
不幸的是,制造商被要求在越來(lái)越小的部件上進(jìn)行焊接,約束越來(lái)越嚴(yán)格。為了保護(hù)部件,必須在盡可能低的熱量和盡可能小的電荷下進(jìn)行焊接。
有助于改進(jìn)這一過(guò)程的IIOT設(shè)備包括熱量、電壓和壓力傳感器,以幫助確定在當(dāng)前環(huán)境條件下進(jìn)行焊接所需的最小電流。IIOT攝像頭還可以為機(jī)器學(xué)習(xí)型視覺(jué)焊接檢查系統(tǒng)提供信息,以驗(yàn)證焊接是否令人滿意,即使它們太小,人眼看不見(jiàn);這只是一個(gè)開(kāi)始。
制造儀器可以使任何制造業(yè)不僅僅是電子制造業(yè)——更精確,生產(chǎn)誤差更少,所需人員更少。不幸的是,這種儀器并不容易,特別是考慮到現(xiàn)代制造供應(yīng)鏈的復(fù)雜性。
制造儀器功能
信息技術(shù)(IT)團(tuán)隊(duì)幾十年來(lái)一直在使用儀器。在軟件中構(gòu)建傳感器的成本不如在硬件中構(gòu)建傳感器的成本高。因此,各種各樣的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和IT設(shè)備上都堆滿了傳感器。正因?yàn)槿绱?,自現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前,IT團(tuán)隊(duì)就一直在努力處理他們所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。
數(shù)據(jù)太多,時(shí)間太少
在現(xiàn)實(shí)世界中,任何儀器化的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的信息都比單個(gè)人可能處理的信息多。即使是大型的人類(lèi)團(tuán)隊(duì),也不能指望他們對(duì)即使是適度的IT基礎(chǔ)設(shè)施所發(fā)出的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理。整個(gè)規(guī)程都存在于IT領(lǐng)域中,專(zhuān)門(mén)用于使IT工具發(fā)出的數(shù)據(jù)易于理解。技術(shù)和技術(shù)范圍從簡(jiǎn)單的過(guò)濾器到復(fù)雜的人工智能AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)。
直到最近,對(duì)于大多數(shù)IT團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō),這已經(jīng)足夠好了。信息將被收集并發(fā)送到一個(gè)中心位置,數(shù)字將被處理,只有重要的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)管理員。如果這需要幾秒鐘或幾分鐘,那是可以的;短暫的IT中斷通常是可以接受的。
但是,隨著世界各地的組織越來(lái)越依賴(lài)于它們的信息技術(shù),對(duì)儀器設(shè)備采取行動(dòng)所需的可接受時(shí)間顯著減少。對(duì)于許多組織來(lái)說(shuō),今天可接受的反應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人類(lèi)可能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)時(shí)間。因此,在最先進(jìn)的組織中,現(xiàn)代IT系統(tǒng)使用功能強(qiáng)大的AI和ML套件,使其IT基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)傳感器數(shù)據(jù)報(bào)告的變化做出反應(yīng),而人類(lèi)管理員甚至還沒(méi)有意識(shí)到存在問(wèn)題。
現(xiàn)代制造商,正如人們可能想象的那樣,尋找能夠比人類(lèi)更快反應(yīng)的制造儀器解決方案。雖然閱讀傳感器并告訴人類(lèi)已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題是有幫助的,但它遠(yuǎn)不如實(shí)時(shí)響應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)那么有幫助。
IT儀表與制造儀表
兩者的區(qū)別在于,IT工具相對(duì)容易:一種是從已經(jīng)完全數(shù)字化的設(shè)備上收集有關(guān)IT基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。制造儀器更具挑戰(zhàn)性。用于制造儀器的iiot設(shè)備收集有關(guān)物理世界的數(shù)據(jù)。這意味著收集模擬數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字,這是另一個(gè)完整的球類(lèi)游戲。物理傳感器需要校準(zhǔn),隨著時(shí)間的推移,它們會(huì)磨損。物理傳感器通常也部署在集群中,以便群體感應(yīng)成為可能。
群體感應(yīng)使用多個(gè)獨(dú)立的傳感器來(lái)補(bǔ)償校準(zhǔn)漂移或傳感器故障。如果集群中的一個(gè)傳感器報(bào)告的數(shù)據(jù)與它的伙伴不一致,它可以被忽略和/或標(biāo)記為重新校準(zhǔn)。這使得制造業(yè)可以繼續(xù)使用已知良好的傳感器,直到故障傳感器可以重新校準(zhǔn)或更換。
模擬傳感的復(fù)雜性,加上對(duì)傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)的迫切要求,給制造儀器帶來(lái)了現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
云計(jì)算不能解決所有問(wèn)題嗎?
IT團(tuán)隊(duì)必須處理許多不同和困難的計(jì)算需求。IT供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的解決方案的一個(gè)例子是云計(jì)算。
云計(jì)算與BDCA
云計(jì)算允許組織通過(guò)按鈕訪問(wèn)看似無(wú)限的IT基礎(chǔ)設(shè)施。雖然云計(jì)算背后的原因眾多且復(fù)雜,但也許最重要的一個(gè)原因是云計(jì)算允許IT團(tuán)隊(duì)在不必管理或維護(hù)底層IT基礎(chǔ)設(shè)施的情況下操作IT工作負(fù)載。云提供商為他們處理這一部分。
事實(shí)證明,云計(jì)算對(duì)于批量數(shù)據(jù)計(jì)算分析(BDCA)工作負(fù)載非常有用。有許多類(lèi)型的BDCA工作負(fù)載,包括AI、ML、大數(shù)據(jù)等;收集大量數(shù)據(jù)并隨后需要分析的任何內(nèi)容都是BDCA工作負(fù)載。在過(guò)去的幾年中,云計(jì)算已經(jīng)成為大多數(shù)新的BDCA項(xiàng)目的目標(biāo)。
云計(jì)算用于BDCA工作負(fù)載的原因之一是云爆發(fā)的概念。云工作負(fù)載,例如用于分析大型數(shù)據(jù)集的計(jì)算工作負(fù)載,只能根據(jù)需要和所需的任何規(guī)模進(jìn)行分解。這很適合BDCA工作負(fù)載,因?yàn)榇蠖鄶?shù)BDCA工作負(fù)載只需要在一個(gè)設(shè)定的時(shí)間表上生成分析。月末報(bào)告在這里是一個(gè)流行的用例。
不幸的是,規(guī)模經(jīng)濟(jì)意味著傳統(tǒng)的公共云位于中心位置。這使得公共云供應(yīng)商能夠?qū)⑵鋽?shù)據(jù)中心定位在成本最低的位置,并簡(jiǎn)單地構(gòu)建真正的、真正的大數(shù)據(jù)中心。雖然這對(duì)于按計(jì)劃運(yùn)行的批處理作業(yè)類(lèi)型的BDCA工作負(fù)載很有用,但對(duì)于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的工作負(fù)載來(lái)說(shuō),這并沒(méi)有什么幫助。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了邊緣計(jì)算。
邊緣計(jì)算
邊緣計(jì)算可以被認(rèn)為是云計(jì)算,但在其他人的數(shù)據(jù)中心。邊緣計(jì)算的發(fā)展是因?yàn)镮T團(tuán)隊(duì)的工作負(fù)載需要傳統(tǒng)公共云計(jì)算無(wú)法提供的低延遲響應(yīng)。IT團(tuán)隊(duì)完全有能力創(chuàng)建這樣的基礎(chǔ)設(shè)施,但他們根本不希望自己處理這些基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)的負(fù)擔(dān)和麻煩。
滿足新的數(shù)據(jù)需求
經(jīng)過(guò)深思熟慮,決定為了滿足這些客戶(hù)的需求,公共云提供商將服務(wù)器安裝到相關(guān)組織的數(shù)據(jù)中心。這使得這些組織的IT團(tuán)隊(duì)能夠執(zhí)行工作負(fù)載,在他們看來(lái),這些工作負(fù)載與公共云提供商為他們創(chuàng)建的區(qū)域完全相同,但與其他工作負(fù)載位于同一局域網(wǎng)(LAN)上。
這些“邊緣計(jì)算”服務(wù)器允許物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)的處理和處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了數(shù)據(jù)必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦苍茢?shù)據(jù)中心、進(jìn)行處理,然后將結(jié)果傳回互聯(lián)網(wǎng)的速度。邊緣計(jì)算正在實(shí)現(xiàn)許多新技術(shù),包括無(wú)人駕駛汽車(chē)。
用例:無(wú)人駕駛汽車(chē)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
無(wú)人駕駛汽車(chē)是一個(gè)很好的例子,在這種技術(shù)中,等待數(shù)據(jù)是不可能的。云計(jì)算可以幫助無(wú)人駕駛汽車(chē)收集特定區(qū)域內(nèi)所有汽車(chē)的傳感器信息,處理數(shù)據(jù),并向這些汽車(chē)發(fā)送一張地圖,顯示每個(gè)人和所有東西在給定半徑內(nèi)的位置。這可以讓這些車(chē)在拐角處看到,使它們更安全。
然而,即使在光速下,將信息從汽車(chē)發(fā)送到公共云端并再次返回也可能需要四分之一秒的時(shí)間。當(dāng)涉及到汽車(chē)時(shí),人們可能在一刻鐘內(nèi)死亡。因此,將處理過(guò)程移近汽車(chē),比如說(shuō),通過(guò)將相關(guān)服務(wù)器定位在汽車(chē)將要嘗試在復(fù)雜的城市環(huán)境中導(dǎo)航的幾個(gè)街區(qū)內(nèi),就可以實(shí)現(xiàn)否則不可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
同樣,制造業(yè)也可以利用邊緣計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的儀器。然而,與通常情況一樣,制造業(yè)也有其自身的曲折,不僅使邊緣計(jì)算對(duì)過(guò)程更為重要,而且還面臨著各種必須克服的挑戰(zhàn)。
為什么在制造業(yè)中使用邊緣計(jì)算?
邊緣計(jì)算與制造企業(yè)的關(guān)聯(lián)性的一個(gè)共同點(diǎn)在于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)。在快速生產(chǎn)線上,當(dāng)試圖使制造缺陷接近零時(shí),可以利用傳感器集群。如果單個(gè)傳感器出現(xiàn)故障,傳感器組可以進(jìn)行仲裁檢測(cè),然后重新校準(zhǔn)。但是,重新校準(zhǔn)必須非常迅速,以避免中斷生產(chǎn)線。
如果通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)需要100或250毫秒,那么在線產(chǎn)品可能會(huì)丟失,或者設(shè)備可能會(huì)損壞。但是,如果數(shù)據(jù)可以在本地處理,大約需要5毫秒,那么制造商可以實(shí)時(shí)重新校準(zhǔn)傳感器和/或根據(jù)環(huán)境條件更改制造設(shè)備設(shè)置。
傳感器過(guò)載
邊緣計(jì)算的有用性背后的另一個(gè)原因并沒(méi)有被很容易地討論,那就是在制造儀器的過(guò)程中可能會(huì)有大量無(wú)法管理的傳感器。這不僅可以壓倒網(wǎng)絡(luò)容量,而且可以產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)集合,而這并不需要整個(gè)數(shù)據(jù)集合。因此,在只轉(zhuǎn)發(fā)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)之前篩選數(shù)據(jù)是有用的。
數(shù)據(jù)量過(guò)大或需要某種形式的過(guò)濾是很常見(jiàn)的,在這種情況下,傳感器被用于解決校準(zhǔn)或老化問(wèn)題。在這里,如果參與法定人數(shù)的其他附近傳感器與讀數(shù)不一致,則個(gè)別傳感器可能會(huì)被拒絕。一個(gè)完全儀表化的工廠可能包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)單獨(dú)的傳感器,這些傳感器最終只包含幾萬(wàn)個(gè)傳感器配額,可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本地互聯(lián)網(wǎng)連接的合理預(yù)期。
在制造業(yè)的其他邊緣計(jì)算配置中,有些傳感器只在本地使用。這可能是因?yàn)樗鼈冇糜趯?shí)時(shí)響應(yīng),或者是因?yàn)樗鼈儍H與本地相關(guān),例如,作為安全解決方案的一部分。
合同制造
在合同制造商(CMS)日益普遍的情況下,邊緣計(jì)算也很有用。CMS的IT解決方案獨(dú)立于委托工作的原始設(shè)備制造商(OEM)。然而,許多原始設(shè)備制造商看到了在其整個(gè)供應(yīng)鏈中使用儀器的好處,即使是那些已經(jīng)外包出去的部分。
在這種情況下,原始設(shè)備制造商可以使用邊緣計(jì)算將其網(wǎng)絡(luò)的一部分?jǐn)D出到CM網(wǎng)絡(luò)中。OEM的IT團(tuán)隊(duì)可能會(huì)將服務(wù)器放在CM的網(wǎng)絡(luò)中,這些網(wǎng)絡(luò)連接回OEM的私有云。結(jié)合IIOT傳感器,這些邊緣計(jì)算服務(wù)器將允許CM滿足OEM的儀器和供應(yīng)鏈集成目標(biāo),而不影響CM自己的網(wǎng)絡(luò)或需要對(duì)CM的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行徹底的更改。
邊緣計(jì)算使原始設(shè)備制造商能夠使用一致的界面和集成的應(yīng)用程序集查看其整個(gè)供應(yīng)鏈和制造操作,無(wú)論單個(gè)組件是在原始設(shè)備制造商的設(shè)施中制造還是在CM中制造。這種一致性使得培訓(xùn)和支持CMS變得更容易,因?yàn)槊總€(gè)人都使用相同的工具鏈。
總結(jié)
云計(jì)算已經(jīng)存在十多年了,它經(jīng)常被作為解決所有IT問(wèn)題的解決方案推向市場(chǎng)。實(shí)際上不是這樣。云計(jì)算解決了很多問(wèn)題,但是光的速度意味著巨大的集中式服務(wù)器場(chǎng)景永遠(yuǎn)都不會(huì)如此有用。
邊緣計(jì)算有兩個(gè)主要用途:通過(guò)本地處理大量不可能通過(guò)Internet發(fā)送的數(shù)據(jù),從噪聲中提取信號(hào),并提供在需要延遲的地方和時(shí)間本地處理特定事物的能力。這兩種方法對(duì)越來(lái)越依賴(lài)儀器的制造企業(yè)都很有用。
制造業(yè)不能等待光線從A到B再到A。線路太多了,沒(méi)時(shí)間出錯(cuò)。邊緣計(jì)算解決了云所不能解決的問(wèn)題,所以是時(shí)候發(fā)展了,要么就被拋在后面了。
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    邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)中的作用

    邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)(IoT)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 一、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與分析 邊緣
    的頭像 發(fā)表于 10-24 14:13 ?1507次閱讀

    IOT邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān):聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”

    聯(lián)網(wǎng)(IoT)的快速發(fā)展中,邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)作為聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”,扮演著至關(guān)
    的頭像 發(fā)表于 09-25 11:44 ?886次閱讀
    IOT<b class='flag-5'>邊緣</b><b class='flag-5'>計(jì)算</b>網(wǎng)關(guān):<b class='flag-5'>物</b><b class='flag-5'>聯(lián)網(wǎng)</b>的“神經(jīng)系統(tǒng)”

    邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是什么

    隨著聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)的飛速發(fā)展,萬(wàn)互聯(lián)已成為現(xiàn)實(shí)。然而,面對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理與實(shí)時(shí)響應(yīng)需求,傳統(tǒng)的云計(jì)算模式逐漸顯露出其局限性,如數(shù)據(jù)傳輸延遲、帶寬消耗大、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等問(wèn)題
    的頭像 發(fā)表于 09-07 14:16 ?615次閱讀

    天拓四方:工業(yè)聯(lián)網(wǎng)關(guān)是什么?其在設(shè)備接入聯(lián)網(wǎng)中的作用

    網(wǎng)關(guān)在設(shè)備接入聯(lián)網(wǎng)中的核心作用。 一、工業(yè)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的定義與功能 工業(yè)
    的頭像 發(fā)表于 09-02 16:56 ?859次閱讀
    天拓四方:<b class='flag-5'>工業(yè)</b><b class='flag-5'>物</b><b class='flag-5'>聯(lián)網(wǎng)</b>關(guān)是什么?其在設(shè)備接入<b class='flag-5'>物</b><b class='flag-5'>聯(lián)網(wǎng)</b>中的作用

    工業(yè)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)在生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用及價(jià)值

    隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái),智能化、數(shù)字化已成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向。工業(yè)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)作為連接設(shè)備層與
    的頭像 發(fā)表于 08-16 09:39 ?741次閱讀

    邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)關(guān)如何優(yōu)化數(shù)據(jù)采集?

    地制約了數(shù)據(jù)采集的效率和質(zhì)量。在這一背景下,邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)關(guān)作為一種創(chuàng)新的技術(shù)解決方案,正逐步成為優(yōu)化數(shù)據(jù)采集的重要工具。
    的頭像 發(fā)表于 07-30 17:29 ?745次閱讀

    邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)關(guān)如何優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程

    聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異的今天,數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、傳輸與處理已成為推動(dòng)行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。邊緣計(jì)算聯(lián)網(wǎng)
    的頭像 發(fā)表于 07-30 17:27 ?843次閱讀
    <b class='flag-5'>邊緣</b><b class='flag-5'>計(jì)算</b><b class='flag-5'>物</b><b class='flag-5'>聯(lián)網(wǎng)</b>關(guān)如何優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程