作者：Michael Schuldenfrei，OptimalPlus首席技術(shù)研究員

編譯：堅(jiān)白

20世紀(jì)50年代印刷電路板（PCB）的發(fā)明改變了自動化的世界。在印刷電路板出現(xiàn)之前，電子電路板都是手工組裝的，這是一個艱苦的過程，極大地限制了全球的生產(chǎn)。如今，隨著制造過程中儀表的引入和邊緣計(jì)算的使用，工業(yè)正在經(jīng)歷另一個革命性的飛躍。

制造過程的儀表包括許多傳感器和微控制器，它們可以根據(jù)傳感器檢測到的環(huán)境條件細(xì)微地改變制造條件。這些傳感器產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，但微控制器不能直接響應(yīng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

用于制造儀表的傳感器和微控制器基本上都是小型聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)。傳感器將他們的數(shù)據(jù)發(fā)送到一個中心位置，然后在那里對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些小型的、自主的計(jì)算機(jī)不是由人類實(shí)時監(jiān)控的，而是物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的一部分。更具體地說，在制造環(huán)境中，它們是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）設(shè)備。

IIOT制造儀器的用例

IIOT設(shè)備用于任何數(shù)量的環(huán)境中，如果人類每次都不能可靠和/或準(zhǔn)確地完成工作，那么就很難完成這些工作。例如，焊接檢查。焊接是許多電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的組成部分，對最終產(chǎn)品的功能性和耐久性至關(guān)重要。

不幸的是，制造商被要求在越來越小的部件上進(jìn)行焊接，約束越來越嚴(yán)格。為了保護(hù)部件，必須在盡可能低的熱量和盡可能小的電荷下進(jìn)行焊接。

有助于改進(jìn)這一過程的IIOT設(shè)備包括熱量、電壓和壓力傳感器，以幫助確定在當(dāng)前環(huán)境條件下進(jìn)行焊接所需的最小電流。IIOT攝像頭還可以為機(jī)器學(xué)習(xí)型視覺焊接檢查系統(tǒng)提供信息，以驗(yàn)證焊接是否令人滿意，即使它們太小，人眼看不見；這只是一個開始。

制造儀器可以使任何制造業(yè)不僅僅是電子制造業(yè)——更精確，生產(chǎn)誤差更少，所需人員更少。不幸的是，這種儀器并不容易，特別是考慮到現(xiàn)代制造供應(yīng)鏈的復(fù)雜性。

制造儀器功能

信息技術(shù)（IT）團(tuán)隊(duì)幾十年來一直在使用儀器。在軟件中構(gòu)建傳感器的成本不如在硬件中構(gòu)建傳感器的成本高。因此，各種各樣的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和IT設(shè)備上都堆滿了傳感器。正因?yàn)槿绱?，自現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，IT團(tuán)隊(duì)就一直在努力處理他們所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。

數(shù)據(jù)太多，時間太少

在現(xiàn)實(shí)世界中，任何儀器化的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的信息都比單個人可能處理的信息多。即使是大型的人類團(tuán)隊(duì)，也不能指望他們對即使是適度的IT基礎(chǔ)設(shè)施所發(fā)出的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理。整個規(guī)程都存在于IT領(lǐng)域中，專門用于使IT工具發(fā)出的數(shù)據(jù)易于理解。技術(shù)和技術(shù)范圍從簡單的過濾器到復(fù)雜的人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)。

直到最近，對于大多數(shù)IT團(tuán)隊(duì)來說，這已經(jīng)足夠好了。信息將被收集并發(fā)送到一個中心位置，數(shù)字將被處理，只有重要的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)管理員。如果這需要幾秒鐘或幾分鐘，那是可以的；短暫的IT中斷通常是可以接受的。

但是，隨著世界各地的組織越來越依賴于它們的信息技術(shù)，對儀器設(shè)備采取行動所需的可接受時間顯著減少。對于許多組織來說，今天可接受的反應(yīng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人類可能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)時間。因此，在最先進(jìn)的組織中，現(xiàn)代IT系統(tǒng)使用功能強(qiáng)大的AI和ML套件，使其IT基礎(chǔ)設(shè)施對傳感器數(shù)據(jù)報告的變化做出反應(yīng)，而人類管理員甚至還沒有意識到存在問題。

現(xiàn)代制造商，正如人們可能想象的那樣，尋找能夠比人類更快反應(yīng)的制造儀器解決方案。雖然閱讀傳感器并告訴人類已經(jīng)出現(xiàn)的問題是有幫助的，但它遠(yuǎn)不如實(shí)時響應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)那么有幫助。

IT儀表與制造儀表

兩者的區(qū)別在于，IT工具相對容易：一種是從已經(jīng)完全數(shù)字化的設(shè)備上收集有關(guān)IT基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。制造儀器更具挑戰(zhàn)性。用于制造儀器的iiot設(shè)備收集有關(guān)物理世界的數(shù)據(jù)。這意味著收集模擬數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這是另一個完整的球類游戲。物理傳感器需要校準(zhǔn)，隨著時間的推移，它們會磨損。物理傳感器通常也部署在集群中，以便群體感應(yīng)成為可能。

群體感應(yīng)使用多個獨(dú)立的傳感器來補(bǔ)償校準(zhǔn)漂移或傳感器故障。如果集群中的一個傳感器報告的數(shù)據(jù)與它的伙伴不一致，它可以被忽略和/或標(biāo)記為重新校準(zhǔn)。這使得制造業(yè)可以繼續(xù)使用已知良好的傳感器，直到故障傳感器可以重新校準(zhǔn)或更換。

模擬傳感的復(fù)雜性，加上對傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時響應(yīng)的迫切要求，給制造儀器帶來了現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

云計(jì)算不能解決所有問題嗎？

IT團(tuán)隊(duì)必須處理許多不同和困難的計(jì)算需求。IT供應(yīng)商開發(fā)的解決方案的一個例子是云計(jì)算。

云計(jì)算與BDCA

云計(jì)算允許組織通過按鈕訪問看似無限的IT基礎(chǔ)設(shè)施。雖然云計(jì)算背后的原因眾多且復(fù)雜，但也許最重要的一個原因是云計(jì)算允許IT團(tuán)隊(duì)在不必管理或維護(hù)底層IT基礎(chǔ)設(shè)施的情況下操作IT工作負(fù)載。云提供商為他們處理這一部分。

事實(shí)證明，云計(jì)算對于批量數(shù)據(jù)計(jì)算分析（BDCA）工作負(fù)載非常有用。有許多類型的BDCA工作負(fù)載，包括AI、ML、大數(shù)據(jù)等；收集大量數(shù)據(jù)并隨后需要分析的任何內(nèi)容都是BDCA工作負(fù)載。在過去的幾年中，云計(jì)算已經(jīng)成為大多數(shù)新的BDCA項(xiàng)目的目標(biāo)。

云計(jì)算用于BDCA工作負(fù)載的原因之一是云爆發(fā)的概念。云工作負(fù)載，例如用于分析大型數(shù)據(jù)集的計(jì)算工作負(fù)載，只能根據(jù)需要和所需的任何規(guī)模進(jìn)行分解。這很適合BDCA工作負(fù)載，因?yàn)榇蠖鄶?shù)BDCA工作負(fù)載只需要在一個設(shè)定的時間表上生成分析。月末報告在這里是一個流行的用例。

不幸的是，規(guī)模經(jīng)濟(jì)意味著傳統(tǒng)的公共云位于中心位置。這使得公共云供應(yīng)商能夠?qū)⑵鋽?shù)據(jù)中心定位在成本最低的位置，并簡單地構(gòu)建真正的、真正的大數(shù)據(jù)中心。雖然這對于按計(jì)劃運(yùn)行的批處理作業(yè)類型的BDCA工作負(fù)載很有用，但對于需要實(shí)時響應(yīng)的工作負(fù)載來說，這并沒有什么幫助。

為了解決這個問題，開發(fā)了邊緣計(jì)算。

邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算可以被認(rèn)為是云計(jì)算，但在其他人的數(shù)據(jù)中心。邊緣計(jì)算的發(fā)展是因?yàn)镮T團(tuán)隊(duì)的工作負(fù)載需要傳統(tǒng)公共云計(jì)算無法提供的低延遲響應(yīng)。IT團(tuán)隊(duì)完全有能力創(chuàng)建這樣的基礎(chǔ)設(shè)施，但他們根本不希望自己處理這些基礎(chǔ)設(shè)施帶來的負(fù)擔(dān)和麻煩。

滿足新的數(shù)據(jù)需求

經(jīng)過深思熟慮，決定為了滿足這些客戶的需求，公共云提供商將服務(wù)器安裝到相關(guān)組織的數(shù)據(jù)中心。這使得這些組織的IT團(tuán)隊(duì)能夠執(zhí)行工作負(fù)載，在他們看來，這些工作負(fù)載與公共云提供商為他們創(chuàng)建的區(qū)域完全相同，但與其他工作負(fù)載位于同一局域網(wǎng)（LAN）上。

這些“邊緣計(jì)算”服務(wù)器允許物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)的處理和處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)據(jù)必須通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦苍茢?shù)據(jù)中心、進(jìn)行處理，然后將結(jié)果傳回互聯(lián)網(wǎng)的速度。邊緣計(jì)算正在實(shí)現(xiàn)許多新技術(shù)，包括無人駕駛汽車。

用例：無人駕駛汽車的實(shí)時數(shù)據(jù)

無人駕駛汽車是一個很好的例子，在這種技術(shù)中，等待數(shù)據(jù)是不可能的。云計(jì)算可以幫助無人駕駛汽車收集特定區(qū)域內(nèi)所有汽車的傳感器信息，處理數(shù)據(jù)，并向這些汽車發(fā)送一張地圖，顯示每個人和所有東西在給定半徑內(nèi)的位置。這可以讓這些車在拐角處看到，使它們更安全。

然而，即使在光速下，將信息從汽車發(fā)送到公共云端并再次返回也可能需要四分之一秒的時間。當(dāng)涉及到汽車時，人們可能在一刻鐘內(nèi)死亡。因此，將處理過程移近汽車，比如說，通過將相關(guān)服務(wù)器定位在汽車將要嘗試在復(fù)雜的城市環(huán)境中導(dǎo)航的幾個街區(qū)內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)否則不可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

同樣，制造業(yè)也可以利用邊緣計(jì)算來實(shí)現(xiàn)所需的儀器。然而，與通常情況一樣，制造業(yè)也有其自身的曲折，不僅使邊緣計(jì)算對過程更為重要，而且還面臨著各種必須克服的挑戰(zhàn)。

為什么在制造業(yè)中使用邊緣計(jì)算？

邊緣計(jì)算與制造企業(yè)的關(guān)聯(lián)性的一個共同點(diǎn)在于需要實(shí)時響應(yīng)。在快速生產(chǎn)線上，當(dāng)試圖使制造缺陷接近零時，可以利用傳感器集群。如果單個傳感器出現(xiàn)故障，傳感器組可以進(jìn)行仲裁檢測，然后重新校準(zhǔn)。但是，重新校準(zhǔn)必須非常迅速，以避免中斷生產(chǎn)線。

如果通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)需要100或250毫秒，那么在線產(chǎn)品可能會丟失，或者設(shè)備可能會損壞。但是，如果數(shù)據(jù)可以在本地處理，大約需要5毫秒，那么制造商可以實(shí)時重新校準(zhǔn)傳感器和/或根據(jù)環(huán)境條件更改制造設(shè)備設(shè)置。

傳感器過載

邊緣計(jì)算的有用性背后的另一個原因并沒有被很容易地討論，那就是在制造儀器的過程中可能會有大量無法管理的傳感器。這不僅可以壓倒網(wǎng)絡(luò)容量，而且可以產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)集合，而這并不需要整個數(shù)據(jù)集合。因此，在只轉(zhuǎn)發(fā)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)之前篩選數(shù)據(jù)是有用的。

數(shù)據(jù)量過大或需要某種形式的過濾是很常見的，在這種情況下，傳感器被用于解決校準(zhǔn)或老化問題。在這里，如果參與法定人數(shù)的其他附近傳感器與讀數(shù)不一致，則個別傳感器可能會被拒絕。一個完全儀表化的工廠可能包含數(shù)百萬個單獨(dú)的傳感器，這些傳感器最終只包含幾萬個傳感器配額，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本地互聯(lián)網(wǎng)連接的合理預(yù)期。

在制造業(yè)的其他邊緣計(jì)算配置中，有些傳感器只在本地使用。這可能是因?yàn)樗鼈冇糜趯?shí)時響應(yīng)，或者是因?yàn)樗鼈儍H與本地相關(guān)，例如，作為安全解決方案的一部分。

合同制造

在合同制造商（CMS）日益普遍的情況下，邊緣計(jì)算也很有用。CMS的IT解決方案獨(dú)立于委托工作的原始設(shè)備制造商（OEM）。然而，許多原始設(shè)備制造商看到了在其整個供應(yīng)鏈中使用儀器的好處，即使是那些已經(jīng)外包出去的部分。

在這種情況下，原始設(shè)備制造商可以使用邊緣計(jì)算將其網(wǎng)絡(luò)的一部分?jǐn)D出到CM網(wǎng)絡(luò)中。OEM的IT團(tuán)隊(duì)可能會將服務(wù)器放在CM的網(wǎng)絡(luò)中，這些網(wǎng)絡(luò)連接回OEM的私有云。結(jié)合IIOT傳感器，這些邊緣計(jì)算服務(wù)器將允許CM滿足OEM的儀器和供應(yīng)鏈集成目標(biāo)，而不影響CM自己的網(wǎng)絡(luò)或需要對CM的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)進(jìn)行徹底的更改。

邊緣計(jì)算使原始設(shè)備制造商能夠使用一致的界面和集成的應(yīng)用程序集查看其整個供應(yīng)鏈和制造操作，無論單個組件是在原始設(shè)備制造商的設(shè)施中制造還是在CM中制造。這種一致性使得培訓(xùn)和支持CMS變得更容易，因?yàn)槊總€人都使用相同的工具鏈。

總結(jié)

云計(jì)算已經(jīng)存在十多年了，它經(jīng)常被作為解決所有IT問題的解決方案推向市場。實(shí)際上不是這樣。云計(jì)算解決了很多問題，但是光的速度意味著巨大的集中式服務(wù)器場景永遠(yuǎn)都不會如此有用。

邊緣計(jì)算有兩個主要用途：通過本地處理大量不可能通過Internet發(fā)送的數(shù)據(jù)，從噪聲中提取信號，并提供在需要延遲的地方和時間本地處理特定事物的能力。這兩種方法對越來越依賴儀器的制造企業(yè)都很有用。

制造業(yè)不能等待光線從A到B再到A。線路太多了，沒時間出錯。邊緣計(jì)算解決了云所不能解決的問題，所以是時候發(fā)展了，要么就被拋在后面了。