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智能制造,為何需要“邊緣計算”?

作者:CEChina來源:控制工程中文版網址:https://mp.weixin.qq.com/s/bL-ZuwCS3lk9O0ZoVRDsrA
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工業物聯網(IIoT)、數字化轉型和智能制造是當前制造業的主要趨勢。智能制造在帶來眾多好處的同時,也給制造企業帶來了一些普遍的挑戰?!斑吘売嬎恪背蔀榱藨獙@些挑戰的關鍵基礎設施。


隨著網絡的發展和海量可用數據,提高整個企業和生產制造的數字化水平以及充分利用數據變得至關重要,因為這不僅需要協調復雜的人力配置、工作流程、物料搬運和自動化設備,而且還要滿足生產目標的要求。


不過,最重要的可能是能夠讓控制工程師、生產線工人和設計工程師了解這些關鍵數據,從中獲取切實可行的獨到見解并為業務決策提供實時支持。


不斷發展的數字技術帶來更多功能,為離散型制造企業創造更多機會來提高運營效率和可靠性。但同時,制造企業需要可靠地采集關鍵運營數據并在本地處理數據,即便在帶寬受限的情況下也不會出現延遲。這導致制造企業需要將計算能力(邊緣計算平臺)部署到靠近關鍵設備和流程的環境中,例如工廠車間、生產機器或生產線。


采取進一步措施優化智能制造,不僅會帶來眾多好處,而且實施數字化轉型的制造企業也將面臨一些普遍的挑戰。


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離散型制造企業面臨的智能制造挑戰



部署現代制造軟件堆棧:

離散型制造企業部署了現代制造堆棧,通過一系列軟件應用程序將PLC與HMI/SCADA和DCS系統連接起來,以提高設備性能并加強對企業和整個運營狀況的監測。


標準化與可擴展性:

大多數制造企業在多年的運營中,通過投資定制硬件和軟件或數次資產收購,積累了各種各樣的應用程序和設備;這導致出現了迥然不同的元素,形成了“自動化孤島”。


維護與支持:

由于迥異的系統和遺留的基礎設施,系統崩潰或設備故障時有發生,從而導致嚴重的生產損失和計劃外宕機。


成本與復雜程度:

雖然運營技術(OT)團隊因擔心風險而不愿改變流程或設備,但他們同樣面臨著調整成本以及為未來復雜局面提供支持的挑戰。對于信息技術(IT)團隊而言,這也是一個障礙。


雖然上述種種挑戰似乎有點令人生畏,但是制造企業通過充分利用可靠的邊緣計算平臺,已成功化解了這些挑戰,并且改進了智能制造。


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邊緣計算是化解智能制造挑戰的基礎


離散制造是一種復雜的流程,需要跟蹤許多活動部件的生產歷史,這涉及多個部門和員工,以及大量關鍵數據、技術和設備。離散型制造企業使用簡單、安全的自動化邊緣計算平臺,可以滿足智能制造的數字化轉型需求。


邊緣計算平臺有助于企業:

排除計劃外宕機并最大限度地提高可用性

現代邊緣計算平臺提供內置的容錯、支持和管理組合式功能,安全運行任務關鍵型制造應用程序,并且不會宕機。

無縫部署并集成現代制造堆棧

邊緣計算平臺專為在運營邊緣或其附近位置(通常是惡劣和/或遠程環境中)運行而構建,平臺提供對數據源的實時、連貫訪問,并且可以在整個運營過程中部署,從而提高處理能力和整體可用性。

簡化、標準化和擴展部署

工程師利用標準平臺(具備將可重復使用的配置文件提取到其他平臺的功能)掌握了一種標準化方法來實現多元化組件之間的無縫連接和數據交換,無論這些組件是在單個OT機器上,還是在跨多個工廠的幾十個分散安裝中。

實現KPI并降低總擁有成本(TCO)

邊緣計算平臺憑借內置冗余提供所需的可靠性,同時簡化對重要基礎設施的維護與支持。這將提高設備綜合效能(OEE)、改進生產目標,降低成本和復雜程度。

遵守IT安全標準

滿足企業安全標準的邊緣計算平臺會將重要數據保留在制造工廠內,通過這種方式為抵御網絡威脅提供一層額外防護,同時安全地連接IT與OT網絡。


離散型制造企業充分利用邊緣計算平臺將會獲益匪淺,成為智能制造領域的領頭羊。對于擁有多個生產基地和制造工廠的企業而言尤為如此。推出可靠且可擴展的邊緣計算平臺(或多個平臺)以確保全球標準化,有助于制造企業實現智能工廠計劃。


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邊緣計算彌合OT與IT之間的差距


過去,OT與IT之間存在差距。近來,離散制造環境的數字化涉及這兩個不同但又相互關聯的領域,特別是在智能制造和數字化轉型舉措變得越來越必要的當下。


終端用戶、原始設備制造商(OEM)和SI花費了大量的精力來定制、集成和支持OT/IT解決方案。邊緣計算近年來已成為一項非常重要的中間技術,可有效連接OT與IT兩種環境,而且二者之間有重疊。


離散型制造企業中的OT人員必須能夠專注于完成各項OT任務,包括設備操作、維護和測試、流程優化、機器和流程運行狀況監測,以及安全與合規。然而,他們常常面臨著發揮IT職能作用的風險,對工業PC或老化的服務器進行故障診斷。


此外,他們還必須與IT團隊的同事合作,選擇合適的制造應用程序和功能,推進運營取得進展并創造價值。


與之相反的是,IT人員精通網絡基礎設施、網絡安全、軟件和系統集成以及數據分析,但他/她們往往缺乏對OT運行和工廠車間的獨到見解。


過去幾十年來,工業硬件、軟件和通信技術取得了顯著進步,但是,基于OT的標準產品卻沒有達到完整的智能制造解決方案的預期。需要加強邊緣位置的數據連接和處理能力,支持OT和IT在智能制造中發揮各自的作用。


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邊緣計算的好處與用例


現代邊緣計算平臺的功能必須遠超工廠車間中安裝的現成可用的服務器,并且它比數據中心部署的復雜服務器配置更便于使用。而邊緣應用程序需要提供原生冗余的專用定制硬件,適用于工廠車間或現場數據庫。管理邊緣計算平臺的規定必須全面詳實,且便于現場人員輕松使用。虛擬化也是部署智能制造所需的各種應用程序的關鍵,并且應該隨時可用。


離散型制造企業的規范制定者和設計人員應該專注于開發具備冗余、管理和虛擬化功能的邊緣計算平臺,提供所需的簡單、安全的自動化邊緣計算能力,從而克服智能制造挑戰并實現有價值的發展成果。


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以下是一些突顯上述要點的具體用例


質量監測和控制:邊緣計算平臺最常見的一個初始用途,是用于改進一臺或多臺機器的監測和控制。


連接到制造執行系統(MES):隨著離散型制造企業變得越來越復雜,邊緣計算平臺在PLC和SCADA系統與更高級別的制造執行系統(MES)之間架起了一座橋梁,以擴展監測和控制并創建集成式制造堆棧。


啟用邊緣到云的數據架構:以最高卓越水平運營的離散型制造企業可以優化整個價值鏈。這不僅包括提高生產線性能,而且還包括協調各個方面的因素,從工廠車間的機械和設備到本地數據中心,再到云端或全球數據中心。


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運用邊緣計算,實現現代化發展


尋求優化運營的企業,需要落實數據驅動型智能制造,而拼湊使用自定義解決方案和局部解決方案則幾乎無法實現這樣的目標。


終端用戶需要一個功能全面且用戶友好的邊緣計算平臺來為這些工作提供支持,這個平臺是可擴展的,便于用戶可以從單個安裝開始,然后逐步擴展,將成功經驗推廣開來。


對于處于復雜的離散制造環境中的領軍企業而言,邊緣計算平臺可以將OT與IT連接起來,讓這些企業可以獲得數字化轉型和智能制造的所有好處。


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