Intelligent factory -- application case

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

進入萬物智能互聯(lián)的新時代，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，2018年底中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模達到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，這不僅對帶寬有著極高的要求，同時將會加大網(wǎng)絡(luò)負載，網(wǎng)路可能造成擁堵，造成數(shù)據(jù)處理延時，與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求快速的響應(yīng)時間需求背道而馳。面對這一困境，邊緣計算應(yīng)運而生，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。

邊緣計算——用“腿”解決了問題

在了解什么是邊緣計算時，我們先來認識一下邊緣計算的“遠親”——章魚。作為無脊椎動物中智商最高的一種動物，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。章魚在捕獵時非常靈活，腕足之間配合極好，從來不會纏繞打結(jié)，這主要歸功于它們類似分布式計算的“多個小腦+一個大腦”。

而邊緣計算本質(zhì)上也是一種去中心化的分布式計算模型，在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方分析處理數(shù)據(jù)，進而減少網(wǎng)絡(luò)流量和響應(yīng)時間。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，就會迅速“變質(zhì)”，數(shù)據(jù)價值呈現(xiàn)斷崖式跌落，此時邊緣計算便發(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，邊緣計算市場的價值將達到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35.4%。邊緣計算已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要發(fā)展趨勢。

邊緣計算優(yōu)勢顯著

邊緣計算的核心是在靠近數(shù)據(jù)源或者用戶的地方提供計算、存儲等基礎(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，同時也是支撐物聯(lián)技術(shù)低延時、高密度等條件的具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體現(xiàn)形式，具有場景化定制強等特點。

邊緣計算的優(yōu)勢

1實時性、高快速響應(yīng)性

很多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要亞秒級的響應(yīng)時間來進行安全關(guān)鍵和精準(zhǔn)的操作。如自動駕駛車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，在復(fù)雜的運行環(huán)境，自動駕駛車輛需要對實時出現(xiàn)的安全情況進行快速的響應(yīng)處理。如果此時還是將數(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。而邊緣計算分布式以及天然靠近設(shè)備端的特性決定了它可以實時快速處理、高速響應(yīng)的優(yōu)勢。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上，邊緣計算可以為自動駕駛業(yè)務(wù)提供毫秒級的時延保證。

2效率高

計算能力下沉到網(wǎng)絡(luò)的邏輯末端，使得邊緣計算可以直接對終端設(shè)備的數(shù)據(jù)進行過濾和分析，不用請示遠在天邊的云計算，節(jié)能省時效率還高。

3省流量、小帶寬

邊緣計算支持數(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+邊緣計算的組合，不止于計算，智能化特點更加明顯。且云計算+邊緣計算協(xié)同高效的分工，使得綜合成本只有單獨使用云計算的39%。

5安全性更高

邊緣計算中的數(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算平臺，降低了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。 基于以上優(yōu)勢，邊緣計算將率先在工業(yè)自動化、公共事業(yè)、能源和交通運輸行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

邊緣計算+人工智能——組合成就“最強小腦”

如果將云計算定義為數(shù)據(jù)處理中心的大腦，那么邊緣計算則是章魚異常發(fā)達的“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)計在未來一段時間內(nèi)，邊緣計算將成為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)鏈條上實現(xiàn)覆蓋。

人工智能+物聯(lián)網(wǎng)+邊緣計算，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，對計算能力的要求非常高，同時要求低延遲低功耗，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)的運動軌跡，從而實現(xiàn)預(yù)測性邊緣服務(wù)遷移決策，進一步提升系統(tǒng)的服務(wù)性能。在預(yù)測性維護領(lǐng)域，人工智能+邊緣計算也是大有可為。

邊緣控制器

邊緣計算的出現(xiàn)基于云計算，可以說邊緣計算就是運營技術(shù)（OT）中的云計算，相比較于信息技術(shù)（IT）中的云計算，邊緣計算對實時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體，是機器層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，從而實現(xiàn)對設(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邊緣計算一體化控制器是集計算機運算處理功能、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)備控制柜中時無需額外的鉆孔或機械裝置，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，提高機械效率

同時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，可提供高達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)時的實時性和準(zhǔn)確性。

3高度整合信息化與自動化技術(shù)

在整合了傳統(tǒng)的PLC與PC平臺優(yōu)勢上，WISE-5000可以在一個平臺中運行自動化的高速數(shù)據(jù)采集，運動控制，機器視覺，邏輯控制；同時實現(xiàn)信息化的數(shù)據(jù)庫，云平臺交互，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，為用戶進行數(shù)據(jù)采集、控制、傳輸提供多樣的I/O和通信模塊。在保持可擴展性，準(zhǔn)確匹配的同時滿足實際需求，避免額外的設(shè)備資源浪費。

結(jié)論

雖然邊緣計算優(yōu)勢顯著，也切實解決了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題。但推動邊緣計算的進一步發(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，其針對不同細分應(yīng)用行業(yè)的需求特點，對癥下藥，讓客戶真正體會到從自動化到信息化整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的優(yōu)勢及宏利。