边缘技术实现了工业4.0

使用工业4.0和边缘技术的组织可以获得更低的成本、更快的速度、更容易的故障排除等好处。

通过吉姆·迈耶斯 2022年3月8日

感应式自动化

学习目标

对于希望利用工业4.0的公司来说，在边缘收集数据至关重要。
随着技术变得越来越便宜，用户也越来越容易获得，边缘计算的受欢迎程度也在上升。
重点介绍边缘计算信息和数据如何在多个行业中流动的案例研究。

想要实现工业4.0的个人和公司会发现它处于边缘。这就是许多专家所说的，因为边缘计算在各种行业中越来越受欢迎。因此，边缘技术被视为创建工业4.0解决方案的关键因素。在边缘处理更多的数据可以提高运营效率、做出更好的决策、降低成本等等。

边缘技术是在网络边缘使用的计算设备和服务，在那里它们接近被收集的数据。通过在数据源附近对数据进行管理、分析、上下文化和清理，数据可以以更有效的方式在系统中移动，从而节省资源和成本。新的边缘设备可能配备许可的监控和数据采集(SCADA)软件以及消息队列遥测传输(MQTT)嵌入，使得从边缘收集和发送更多数据变得容易。

“在边缘做事情有很多好处，”感应自动化销售工程联合总监特拉维斯·考克斯(Travis Cox)说。“我们有速度;我们可以以更快的速度访问更多的数据。我们保证了本地连接和存储转发，以防与中央系统的连接出现问题。Edge还帮助我们实现规模化。我们可以在边缘进行协议转换，并使用一些简单的算法来监控事物，当我们看到某些情况时，我们可以将信息写回可编程逻辑控制器(PLC)。我们可以利用机器学习(ML)并构建可以在边缘即时做出决策的模型。例如，我们可以预测故障或调整流程。有很多可能性。”

边缘计算带来了更好的设备监控和更大的架构灵活性。它可以在设备发生故障之前提供警报，提高安全性，并且更容易管理和维护。它还可以成为更自动化和更有效的系统的基础，从而更快地响应业务需求。边缘技术可以将数据一直发送到云端，在那里它可以被馈送到更深入的分析、ML和人工智能(AI)中。

“我认为，如果没有边缘计算，就无法真正实现工业4.0，”Corso Systems总裁亚历克斯·马西(Alex Marcy)说。Corso Systems是一家系统集成公司，业务涉及多个行业。“边缘计算提高了系统的稳健性。由于易于部署，边缘计算更容易实现数字化转型。”Marcy指出，低成本的硬件、更高效的通信和更高的灵活性是边缘计算对工业4.0影响的关键部分。

图1:在边缘处理数据可以使整个组织中的数据流更顺畅。感应式自动化

更低的成本，更快的启动边缘计算

边缘计算的兴起要归功于当今更强大的计算机和更低的总体成本。

考克斯说:“以前，把一堆足够强大、没有风扇、坚固耐用的边缘计算机放在那里是非常昂贵的。”“那时候很贵。今天，随着电脑变得越来越便宜，人们可以买到高端的，更强大的电脑，以及嵌入式电脑，他们可以把它们放在那里，特别是如果他们大规模购买的话。他们可以非常经济有效地获得它。”

Cox表示，管理边缘技术是必须的，但这比过去几年要容易得多。“有更多的编排平台，”他说。“我们正在考虑利用容器，比如码头工人特别是在有管理设施的地方，比如我们可以进行车队管理的地方。因为计算成本下降了，而且有了这些管理工具，今天的计算效率比10年前要高得多。”

在降低成本方面，还有其他几个因素有利于边缘计算。Corso Systems的业务发展经理布莱恩·麦克莱恩(Brian McClain)说:“有各种各样的方法。“部分原因是你的硬件技术栈本身。传统上，在使用传统专有操作技术(OT)系统的制造工厂中，这些系统需要不断增长的、更健壮的服务器基础设施——硬件、数据库、网络、安全和信息技术(IT)。然后考虑硬件设备、软件、许可以及支持这些系统的资源和工程师的成本。因此，更多地转向边缘计算和服务，并连接到云，工业4.0计划正在以这种方式控制一些成本。”

这是好消息，但还有更多。考克斯说:“现在开始工作容易多了。“你可以更快地扩大规模。从长远来看，它更容易管理和维护。你不会想要在那里放置一千个边缘设备，并且必须手动访问它们中的每一个。你不会想开车去那里，连接到它，并试图管理它。您希望能够同时将此解决方案部署到所有这些设备上。这就是我们今天所拥有的技术可以做到的，这使得它更加有效。”

马西表示同意。他说:“今天，你可以得到一个带有MQTT的设备。”“它可以包括SCADA软件和许可。只需点击几下鼠标，你就可以连接所有这些设备，并启动并运行边缘计算，而无需自己预先构建所有这些。”

边缘计算机还可以与其他工厂的计算机连接。边缘设备可以相互通信，在不同地点之间共享数据有好处，但两个工厂之间仍然存在连接中断的风险。来自边缘设备的数据也可以与供应链或其他合作伙伴共享。这可以加快交互速度，并帮助组织在与合作伙伴协商时做出更好的决策，同时每个人都查看相同的数据。所有这些连接都比以往任何时候都更容易实现今天的边缘技术。

图2:边缘计算改善了油气和许多其他行业的运营。感应式自动化

边缘计算越来越受欢迎

越来越多的组织意识到边缘计算的价值。马西说:“我认为人们正在更多地理解这种可能性。”“如果你看看2015年或2016年与今天相比，市场对边缘计算的认识要高得多。我还认为，在过去的几年里，实现它的技术已经真正进入了它自己的时代。我认为最重要的是，客户需要边缘计算提供的解决方案，即使他们没有特别要求边缘计算。”

考克斯说:“我认为，如今人们对这一点的接受程度更高了。”“你有最高管理层的兴趣，了解趋势，知道你能在云计算中做些什么。”

麦克莱恩预测，边缘计算将继续推动IT/OT融合的趋势。许多系统仍然是专有的，对it不友好。

麦克莱恩说:“当你谈到试图解决IT/OT融合问题时，采用很多这些边缘技术，以及随之而来的标准化，确实有助于将这两个不同的群体结合在一起，并有助于实现总体目标，这确实需要解决，以使制造业达到下一个水平。”

MQTT通常是边缘计算的关键部分，因为它比其他通信协议需要的带宽少得多。MQTT使用的发布/订阅模型使每个需要它的实体都可以获得数据——从车间操作员到管理人员，从移动用户到高级管理人员，再到其他业务单位。它通过异常进行报告，而不是通过反复报告相同的信息来浪费带宽。它也非常灵活，可以很容易地以任何格式发送任何类型的数据。

MQTT还具有安全性优势。考克斯说，如果人们遵循正确的程序，一般来说，边缘安全性是很强的。考克斯说:“现在有很多技术和加密技术可供你利用。“我认为，边缘技术实际上提高了安全性，特别是在棕地世界，因为我们可以把边缘计算机放在PLC前面。它可以在专用网络上，计算机可以有两个以太网适配器-一个用于本地连接PLC，另一个用于将数据发送到他们的网络或他们想要发送的任何地方。如果我在那个网络上，我不能直接和PLC说话，而不需要通过那台电脑。如果我们通过防火墙之类的东西把东西锁起来，我们的安全程度就会比以前高得多。”

图3:Xocean采用边缘技术为全球公司收集海洋数据。感应式自动化

边缘计算案例研究显示了好处

Cox、Marcy和McClain都提到了他们公司所从事的项目，这些项目展示了边缘计算的好处。

Xocean是一家爱尔兰公司，拥有一支无人驾驶的水面舰队，负责从海洋中收集数据。该公司的客户遍布全球，其船舶利用包括MQTT在内的尖端技术。

考克斯说:“当我看到像Xocean这样的解决方案时，我认为不久之前，这是不可能的，但现在是可能的。”“这是因为蜂窝技术非常好，因为我们可以推出轻便、经济高效的电脑。Xocean在每艘船上都有一台嵌入式计算机，它与数据相连，他们通过蜂窝MQTT有效地将数据发布回中央系统，在那里他们可以看到数据，并进行管理。这是一场完美的风暴，所有这些事情都必须发生才能使这个项目成为可能。必须有MQTT，必须有蜂窝技术，还要有强大、快速的计算能力，同时还要具有成本效益和坚固耐用性。”

MartinCSI是一家系统集成公司，为石油和天然气行业的客户实施了一个边缘项目。该项目从40辆服务卡车收集数据，轻松地将数据发送到云端和移动设备。数据包括每辆车大约20个操作变量，如绞车深度、扭矩和速度，以及燃油节约、运行时间和维护警报等。

考克斯说:“这是一个很好的例子，我们正在获得全新的plc和控制系统，这些系统从根本上建立在开放、安全的标准之上。”“我们能够迅速从中受益，并构建一些非常强大、令人惊叹的应用程序。尤其是利用云计算。把所有这些技术都放在云计算中，对公司来说是一件很容易的事情，他们立即看到了好处，并获得了价值。否则，他们当然不会这么做。”

Corso与一家为世界各地的高尔夫球场和农业设施提供泵站的公司合作。该公司想把所有的数据都放到云端。Corso用Raspberry Pis、MQTT和边缘计算创建了一个系统来实现客户的目标。它包括一个地图系统，允许技术人员在世界任何地方解决问题，而不必亲自前往现场。该系统提供状态、警报和其他数据，同时还提供存储转发功能。

“这有助于为他们提供一个全新的收入来源，”马西说。“它解决了这个问题，为他们的客户提供了订阅和支持成本，同时也为他们的客户提供了更新的可见性和报告监督。这对他们来说是一个强大的项目。”

麦克莱恩说，一旦客户看到边缘计算的实际应用，并了解它能产生的切实结果，他们就会成为边缘计算的粉丝。

“总的来说，顾客一次又一次地回来，”他说。“结果，无论是以报告，仪表板，可视化等形式，他们从这些类型的系统和架构中获得的结果肯定提供了价值。他们对此很满意。”

吉姆·迈耶斯公关经理是?归纳自动化。感应自动化是CFE媒体和技术内容合作伙伴。编辑克里斯·瓦夫拉，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com。