边缘技术——构建更智能的端到端自动化系统

   本文转载自（控制工程中文版）      找仪器   找祥胜

对工人工作环境安全性的优先考虑，意味着远程功能不仅可行而且需要更安全。企业意识到他们需要做更多工作，以更高效、更低的成本将人员和系统连接起来。为了从运营中获得最大价值，自动化系统应该是端到端的，这意味着它们在业务的各个阶段都能为员工提供对其至关重要的信息，同时提供运营的整体概览，从而能够迅速做出决策。

使用互连的边缘解决方案，可以保护和提供可靠、高效的关键业务应用的自动化工业计算系统，有助于为上游和下游运营提供态势感知。通过利用配置边缘设备分散但相互连接的方法，可以赋予组织适当级别的决策权。

边缘设备有助于从机器或过程控制器上分担任务，并保持工厂或设施的运行。然而历史经验表明，供应链很难看到来自边缘设备来源的数据。使用边缘解决方案存在一些传统障碍，包括能够保持技术领先地位，以及在这些技术可商用并准备投入生产时拥有全部技术等。

由于缺乏专门构建的“现成”解决方案，导致很多公司依赖专有软件和内部工程能力来整合新技术。其结果就是：公司发现如果使用孤立或未相互连接的系统，他们便无法获得更大流程的背景信息；而相互连接的系统通常是一种单向数据馈送，几乎没有现成的洞察力。

另一个挑战是集成智能系统，同时考虑收集和聚合数据所需的互操作性。这些挑战限制了关键系统的优势，例如云功能在关键绩效指标级数据方面的优势，还阻碍了从车间到上层生产数据的透明度。

大量远程或物理设备的更新和维护可能非常耗时。推送新的应用版本或更改配置通常是单独或临时完成的，这可能导致边缘系统不同步。一种与硬件、软件和平台无关的互操作方法，简化了不同系统和数据孤岛之间的连接。总的来说，这使得系统集成、维护和升级更容易完成。 

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边缘设备可用于构建更智能的端到端自动化系统。部署边缘技术的收益包括集成应用开发环境、监控性能并支持跨平台通信的本机系统，以及远程监控和控制功能，所有这些特性都允许随着业务的发展而扩展边缘系统解决方案。

边缘设备提供的集成开发环境, 减少了公司开发应用程序所需的时间。使用内置功能，很多边缘解决方案能够跨多个平台部署应用程序，例如工业计算机、笔记本电脑、智能手机和平板电脑或云。

本机驱动程序还允许人机界面(HMI) 与监控和数据采集(SCADA) 以及可编程逻辑控制器之间的无缝通信。边缘的分层架构还促进了基于IIoT 的应用程序，这些应用程序增加了互连设备的数量。

很多公司的工作环境越来越偏远，仍然需要将员工相互连接起来实现卓越的运营，在这种场景下，很多边缘设备都可以通过智能手机和平板电脑实现监控功能。公司可以根据机器自动化和控制组织(OMAC) 的包装机器语言(PackML) 和整体设备效率(OEE)的标准，来监控机器状态和性能。作为最佳实践，边缘设备应能够独立运行，还应连接到更大的集中式运营平台上，以实现端到端的可见性。

将边缘设备连接到云端有助于在源头执行逻辑，以减少延迟并提高速度。云还通过使部署和进行维护更加容易，降低了边缘设备和应用生命周期管理的总成本，允许对IIoT 设备进行配置更新、版本控制和远程应用监控。支持IIoT 的设备可以从其传感器收集数据并发布到云端，这些数据可以被利用来帮助企业进一步了解其运营情况并推动决策。

此外，云是帮助管理边缘设备群的一个强大工具。企业可以通过云中的边缘管理服务，帮助解决同时远程更新多个边缘设备的困难，确保新的应用程序和更新可以同时推送给所有机器，并保持一切同步工作。

当然，最成功的边缘解决方案应该是既能满足业务目标，又不会因为信息过多而使用户负担过重，因此公司能够根据业务需求定制边缘解决方案是很重要的。

制造企业正在寻求连接人工智能和人类智能的方案，以获得更好的洞察力，而构建端到端的自动化系统是实现这一目标的最佳方式之一。边缘设备是一个很好的起点，为获得更好的效益，应在部署前考虑以下3个方面：

凭借边缘技术和适当的执行力，企业可以提升运营的弹性和稳定性，达到新的高度，走向一个促进合作、提高竞争力、降低成本和加强监管合规性的未来。

一家位于加利福尼亚的玉米饼工厂，已发展成为最大和最受欢迎的玉米饼品牌之一，其玉米饼在美国各大零售商处都有销售。

该公司希望实施一个车间系统，使其能够掌握实时数据，以改善和降低成本。在评估其工厂运营后，该公司发现其传统的手动操作方式已经不是最优选择。一系列不同系统无法协同工作，无法能提供准确的性能数据。此外，由于无法获得实时关键信息，而且手动报告阻碍了对关键数据指标的访问，因此运营团队无法成功实现日常绩效的改进。

自动化升级是玉米饼工厂保持竞争力和未来成功的关键。玉米饼工厂实施了定制的解决方案，以轻松集成和管理现有设备和工艺过程。首先，该公司实施了一个新的系统平台，使其能够构建一个统一的单一工厂模型，该模型包括工艺流程、物理设备、工业系统甚至老旧设备，从而使这些系统的设计和维护更灵活、更高效。

边缘解决方案被用作系统平台的可视化工具，它为工厂的车间团队提供了对其流程的实时可见性。新的解决方案还包括更有效的HMI 设计、更好的故障排除、易于维护的应用以及视觉增强功能，以提高在影响工厂运营之前识别和解决异常工况的能力。

边缘技术的成功部署，加强了公司范围内的运营数据可视化，改善了团队合作，缩短了响应时间，最终使玉米饼工厂的产量提高了5%。此外，边缘软件也使公司的持续改进文化更容易实现。