什么是邊緣計(jì)算
邊緣計(jì)算是個(gè)比較高大上的概念，在這里就不提眾多官方與非官方的定義了，只說說自己的理解。
邊緣計(jì)算就是在最靠近物理設(shè)備的使用現(xiàn)場，利用有限的硬件資源，完成設(shè)備層數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析等操作的軟硬件一體的解決方案。
邊緣計(jì)算在智能制造技術(shù)架構(gòu)中的位置
首先，我們看一下the Industrial Internet Consortium (IIC)發(fā)布的《The Industrial Internet of Things Volume G1: Reference Architecture》中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)。
邊緣層使用鄰近網(wǎng)絡(luò)從邊緣節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。 在邊緣層內(nèi)，邊緣網(wǎng)關(guān)（Edge Gateway）具有兩方面的作用，一方面與物理實(shí)體交互以獲取數(shù)據(jù)，另一方面通過接入網(wǎng)絡(luò)與平臺層連接。在一般情況下，邊緣網(wǎng)關(guān)是承擔(dān)邊緣計(jì)算的載體。
平臺層接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)從企業(yè)層到邊緣層的控制命令。 平臺層整合流程并分析來自邊緣層和其他層的數(shù)據(jù)流，為設(shè)備和資產(chǎn)提供管理功能。 平臺層還提供一些通用的服務(wù)，如數(shù)據(jù)查詢和分析。
企業(yè)層實(shí)現(xiàn)特定領(lǐng)域的應(yīng)用程序、決策支持系統(tǒng)，并為最終用戶提供人機(jī)交互界面。 企業(yè)層從邊緣和平臺層接收數(shù)據(jù)流。 它還向平臺層和邊緣層發(fā)出控制命令。
邊緣計(jì)算在智能制造中所發(fā)揮的作用
連接與協(xié)議轉(zhuǎn)換：通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合，完成設(shè)備層與信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備種類繁多，所采用的協(xié)議也是五花八門。因此，邊緣計(jì)算單元的首要任務(wù)是作為翻譯官，將設(shè)備的工業(yè)自動(dòng)化語言翻譯成信息系統(tǒng)能夠聽懂的IT語言，也就是完成設(shè)備層眾多OT協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為IT協(xié)議。
數(shù)據(jù)存儲：作為邊緣計(jì)算載體的邊緣網(wǎng)關(guān)應(yīng)有一定的數(shù)據(jù)存儲能力，對來自設(shè)備層的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及報(bào)警、故障等信息做一定時(shí)間長度的存儲。由于邊緣網(wǎng)關(guān)的硬件條件的限制，存儲容量不會太大。而且所采用的數(shù)據(jù)庫一般為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫能夠在有限的硬件資源條件下，有效應(yīng)對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的海量實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)的存儲，邊緣網(wǎng)關(guān)會不斷用新的數(shù)據(jù)覆蓋原有的超過一定時(shí)間周期的數(shù)據(jù)。邊緣側(cè)存儲的數(shù)據(jù)中，只有必要的數(shù)據(jù)才會上傳到平臺層，這樣能夠節(jié)省大量的數(shù)據(jù)傳輸成本。同時(shí)，邊緣側(cè)雖然存儲數(shù)據(jù)量有限，但是仍然可以作為黑匣子，用于設(shè)備發(fā)生故障后的原因分析。
實(shí)時(shí)分析：由于硬件配置的限制（如CPU的計(jì)算能力、內(nèi)存的容量等等），邊緣層所進(jìn)行的分析更多是簡單直接的數(shù)據(jù)處理與分析，例如原始值向工程值的轉(zhuǎn)換、報(bào)警規(guī)則的設(shè)置、對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾后只將重要數(shù)據(jù)上傳到云平臺或后端數(shù)據(jù)中心，減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力。
實(shí)時(shí)監(jiān)控：外接顯示器、觸摸屏等，作為現(xiàn)場操作站，用于現(xiàn)場工作人員對設(shè)備狀態(tài)的及時(shí)查看以及操作。邊緣智能節(jié)點(diǎn)還能夠?qū)?shí)時(shí)分析的結(jié)果在生產(chǎn)現(xiàn)場做實(shí)時(shí)展示。
反饋控制：在人為授權(quán)的情況下，邊緣網(wǎng)關(guān)在采集到生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，能夠根據(jù)預(yù)置的規(guī)則對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)反饋控制。由此在邊緣層形成一個(gè)閉環(huán)——從數(shù)據(jù)采集，到分析，再到控制。在邊緣側(cè)進(jìn)行的這種閉環(huán)反饋控制能夠充分保證實(shí)時(shí)性。
邊緣計(jì)算的軟件開源框架
在這里給大家推薦一個(gè)邊緣計(jì)算的開源框架Apache Edgent。
這款框架的前身是Quarks，是用于邊緣分析的編程模型和運(yùn)行時(shí)，它是帶有功能流API的編程SDK，能夠用于流數(shù)據(jù)分析。在連接性方面，能夠支持很多的連接器，如MQTT，HTTP，JDBC，Apache Kafka。最為重要的是，Apache Edgent是一個(gè)輕量級的框架，能夠在Raspberry Pi等小型邊緣設(shè)備上運(yùn)行。
對Apache Edgent感興趣的朋友可以關(guān)注下方公眾號，回復(fù)“邊緣計(jì)算”，獲取Apache Edgent的相關(guān)資料。
結(jié)語
說到邊緣計(jì)算，可能制造業(yè)的很多從業(yè)者都比較陌生。但是，看到邊緣計(jì)算所提供的能力，相信大部分人都不會陌生。很多位于生產(chǎn)現(xiàn)場的操作站，數(shù)采終端都或多或少地完成了類似的功能。我之前在鋼廠的一個(gè)起重機(jī)監(jiān)控項(xiàng)目中，就是采用嵌入式工控機(jī)作為前置機(jī)，安裝在起重機(jī)上，完成數(shù)據(jù)采集、存儲、實(shí)時(shí)狀態(tài)展示、數(shù)據(jù)上傳MES等功能，除了分析方面的功能稍弱以外，基本已經(jīng)具備了邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功能。
因此，我認(rèn)為，對于邊緣計(jì)算在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用，應(yīng)充分利用現(xiàn)有的位于現(xiàn)場的工控機(jī)等硬件，將其作為邊緣計(jì)算的載體，在原有的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)狀態(tài)展示等基本功能的基礎(chǔ)上，利用一些輕量級的分析框架，提升在邊緣層的分析能力。
此外，邊緣網(wǎng)關(guān)所進(jìn)行的對數(shù)據(jù)的處理操作要與后端平臺層的數(shù)據(jù)分析操作相結(jié)合，統(tǒng)一規(guī)劃、部署，也就是說，要先想清楚“哪些數(shù)據(jù)處理操作放在邊緣側(cè)，哪些分析操作放在平臺層，邊緣側(cè)的功能設(shè)計(jì)怎樣才能更好地為平臺層的深入分析提供數(shù)據(jù)支持”，以此發(fā)揮邊緣計(jì)算的最大作用。
