本文來自twt企業(yè)IT社區(qū)，作者/劉乃強。
《中國制造2025》提出了用信息化和工業(yè)化兩化深度融合來引領(lǐng)和帶動整個制造業(yè)的發(fā)展，加快制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，加速制造大國向制造強國的轉(zhuǎn)變。邊緣計算作為兩化融合——IT技術(shù)與OT技術(shù)融合的紐帶，是實現(xiàn)智能制造“云邊端”架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在結(jié)合鋼鐵行業(yè)特征對邊緣計算的應(yīng)用場景做一些探索分析。
一、OT-IT融合趨勢與邊緣計算需求
長期以來，OT技術(shù)和IT技術(shù)是相互分離的，在物理上相互隔離，并且在不同的生態(tài)中運行。這種狀況阻礙了工廠獲得并充分利用所有的數(shù)據(jù)和信息，掣肘了萬物互聯(lián)、智能制造的實現(xiàn)。伴隨工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，OT技術(shù)與IT技術(shù)融合的趨勢愈發(fā)明顯。但我們應(yīng)看到OT-IT融合是一個相當緩慢的過程，面臨著通信協(xié)議不同、數(shù)據(jù)傳輸實時性要求極高、海量數(shù)據(jù)遠程計算以及網(wǎng)絡(luò)安全等一序列問題。面對這些問題邊緣計算技術(shù)應(yīng)運而生，且需求正在不斷增加。據(jù)Gartner預(yù)測，到2025年，50%以上由企業(yè)管理的數(shù)據(jù)都將在數(shù)據(jù)中心和云之外創(chuàng)建和處理。到2025年，邊緣計算的規(guī)模將比云大4倍，其生成的數(shù)據(jù)量將占全球所有數(shù)據(jù)的75%。可以看到，邊緣計算的預(yù)期市場非常大，邊緣計算技術(shù)與應(yīng)用將迎來高速發(fā)展。
二、邊緣計算的特點
邊緣計算是一種去中心化的計算框架，計算能力更接近數(shù)據(jù)生成的源頭。邊緣計算機就像處理和存儲數(shù)據(jù)的微型數(shù)據(jù)中心，其針對終端感知系統(tǒng)生成的各式各樣的海量數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、處理、儲存，只將必要的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行存儲或進一步處理。
邊緣計算具備以下幾個特點：
1、高效低延遲計算
邊緣計算主要的特點之一是它提供比云計算低得多的延遲。低延遲對于需要實時數(shù)據(jù)處理和分析的應(yīng)用程序至關(guān)重要，甚至要精確到毫秒。盡管某些應(yīng)用程序?qū)ρ舆t要求不高，但有些關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用需要顯著減少延遲，而這只能通過邊緣計算來實現(xiàn)。邊緣計算提供更低的延遲，因為邊緣計算機通常部署在靠近數(shù)據(jù)生成源的地方，從而縮短了數(shù)據(jù)進行處理和分析所需的距離，滿足數(shù)據(jù)實時采集處理的需求。
2、降低帶寬利用率
邊緣計算的第二個特點是它減少了所需的互聯(lián)網(wǎng)帶寬量。邊緣計算需要更少的帶寬，因為數(shù)據(jù)是在邊緣計算機上本地收集、存儲和處理的，不需要將所有原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M行處理和分析。也就是說，在本地處理數(shù)據(jù)并不意味著不將數(shù)據(jù)發(fā)送到云，而是將更少的需要云端處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到云。之所以如此，是因為不同層級對數(shù)據(jù)的需求是有差別的，數(shù)據(jù)需要分級收集、處理、展現(xiàn)。這樣做可以減少所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬從而顯著節(jié)省成本。
3、減輕云端的負載與能耗
隨著數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，人們正在尋求替代方案來減輕云端的壓力。邊緣計算可以通過在邊緣計算設(shè)備上本地存儲和處理數(shù)據(jù)來減輕云端的壓力。邊緣計算機已經(jīng)走了很長一段路，可以配置強大的處理器、高性能顯卡和大量高速數(shù)據(jù)存儲，使它們能夠在邊緣而不是云端處理和存儲數(shù)據(jù)。如NVIDIA的IGX產(chǎn)品具備12_Core Arm 64GB 275TOPS，高達400GB的RDMA，豐富的視頻、網(wǎng)絡(luò)、USB擴展接口，工業(yè)級安全，長周期商業(yè)軟件支持等特點。
4、網(wǎng)絡(luò)安全有保障
邊緣計算硬件經(jīng)過加固，使邊緣計算機比以往任何時候都更加可靠。堅固耐用的邊緣計算機可以部署在遠程和具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，同時它們可以承受服務(wù)器和普通臺式計算機無法承受的惡劣環(huán)境因素；此外，邊緣計算機配備了各種有線和無線連接選項，確保邊緣設(shè)備即使在互聯(lián)網(wǎng)連接不穩(wěn)定的遠程環(huán)境中也能保持連接到互聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)了物理安全。同時邊緣計算提供了數(shù)據(jù)安全性，因為需要傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)更少，從而減少了數(shù)據(jù)在傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心時被錯誤處理或盜用的機會。此外，跨各種計算設(shè)備分布處理、存儲和應(yīng)用程序使得單個的中斷很難關(guān)閉整個網(wǎng)絡(luò)。
三、邊緣計算在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用場景
傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)中大部分采用的是五級信息化架構(gòu)，其中一級設(shè)備控制,二級過程控制，三級產(chǎn)銷MES，四級ERP，五級ex-ERP;其中三四五級為傳統(tǒng)IT技術(shù)領(lǐng)域，基本上已上云或在上云的途中；一級、二級則為傳統(tǒng)的OT領(lǐng)域為終端感知控制層，設(shè)備大部分在產(chǎn)線及電氣室中，通過電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合進行數(shù)據(jù)上傳，也就是在此處邊緣計算有了它的用武之地，下面選取相對典型的場景做一些探索分析。
鋼鐵行業(yè)是長流程制造業(yè)，如何建立起從鐵水到鋼水、再到軋制過程的全流程質(zhì)量管控體系，保證質(zhì)量穩(wěn)定是提升企業(yè)的制造水平，提升產(chǎn)品檔次是企業(yè)能否向中高端市場進軍的關(guān)鍵。借助邊緣計算技術(shù)，通過云邊協(xié)同構(gòu)建的QMS（全過程質(zhì)量系統(tǒng)）則是這一管理理念落地的產(chǎn)物。它的功能包括數(shù)據(jù)收集和管理，質(zhì)量監(jiān)控和報警管理，提供實際在線產(chǎn)品質(zhì)量和過程工藝監(jiān)控和報警、歷史過程質(zhì)量實績記錄、統(tǒng)計分析監(jiān)控，提供質(zhì)量評估和判定，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量評估和等級判定。提供分析工藝過程異常對產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)則、工藝過程參加判定、提供板坯和鋼卷返修管理、板坯和鋼卷產(chǎn)品改判充當管理、鋼卷預(yù)覽、產(chǎn)品質(zhì)量缺陷、過程數(shù)據(jù)追溯，跟蹤及分析產(chǎn)品質(zhì)量等功能，其中的宏跟蹤可以實現(xiàn)從煉鋼到成品材，全部的材料宗譜跟蹤。分段跟蹤可以實現(xiàn)鑄坯或成品材的分段過程數(shù)據(jù)跟蹤。提供針對單件產(chǎn)品單工序或多工序過程在線評估，并將質(zhì)量結(jié)果生成質(zhì)量分析報告，并支持技術(shù)人員在系統(tǒng)中配置創(chuàng)建，支持用戶工藝信息管理和對標管理。其系統(tǒng)架構(gòu)分為產(chǎn)線、工廠兩級：產(chǎn)線層級收集管理產(chǎn)品的全部質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用邊緣計算在數(shù)據(jù)源最近的產(chǎn)線上收集、分析和處理數(shù)據(jù)，結(jié)合AI圖形算法，實現(xiàn)軋鋼線邊側(cè)的AI圖形質(zhì)檢解決方案。比如利用NVIDIA EGX邊緣加速平臺，配備性能強勁的NVIDIA GPU、NVIDIA SmartNIC/DPU及JETSON ORIN家族芯片，智能實時讀鋼卷表面圖片、分析圖片內(nèi)容、定位缺陷，判斷缺陷類型，進行智能判定，并將數(shù)據(jù)存儲到本地，一般數(shù)據(jù)保存周期為二到三月。
而工廠層級則是利用云計算技術(shù)對產(chǎn)線層級上傳的數(shù)據(jù)進行歷史過程質(zhì)量實績記錄、統(tǒng)計分析監(jiān)控，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量評估和等級判定，并將質(zhì)量結(jié)果生成質(zhì)量分析報告，數(shù)據(jù)保存周期通常為10到15年。通過云邊協(xié)同實現(xiàn)面向全流程的質(zhì)量管理，保障了各個工序、各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在制品品質(zhì)，對異常狀況的實時監(jiān)控與調(diào)整，使廢品率及改判率大大降低，訂單一次合格率顯著提升。過程質(zhì)量數(shù)據(jù)參與最終判定，改變了過去產(chǎn)品終判的片面性，有力保障了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，對品種鋼的批量達產(chǎn)起到了巨大的推動作用，全面支撐企業(yè)產(chǎn)品升級，促進企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。
四、結(jié)束語
從兩化融合、工業(yè)互聯(lián)到智慧工廠，邊緣計算在制造業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用是一種必然的趨勢，它有效彌補了源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的云計算在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用遇到的短板。鋼鐵是工業(yè)的糧食，鋼鐵企業(yè)作為典型的長流程傳統(tǒng)制造業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中要融合OT技術(shù)與IT技術(shù)，邊緣計算將是強力的粘合劑與驅(qū)動力。
