離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書(shū)

A工中國(guó)信通院本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。本白皮書(shū)由中國(guó)信息通信研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)信通院”）牽頭、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、華為技術(shù)有限公司、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、廣州中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所分所、樹(shù)根互聯(lián)技術(shù)有限公司、和利時(shí)科技集團(tuán)有限公司、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、阿里巴巴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司、北京亞控科技發(fā)展有限公司、華中科技大學(xué)、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院、北京郵電大學(xué)等聯(lián)合撰寫(xiě)發(fā)布。白皮書(shū)編寫(xiě)組成員：時(shí)曉光、王哲、羅松、宋華振、史揚(yáng)、肖金超、胡曉晶、陳冰、王永輝、李天輝、劉學(xué)東、武兆寶、張碩、呂華章、劉秋妍、盧鐵林、程曉磊、郎平、劉金娣、薛俊禮。白皮書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，編寫(xiě)組就離散制造業(yè)邊緣計(jì)算關(guān)鍵問(wèn)題先后張恒升、黃穎等專(zhuān)家意見(jiàn)，并結(jié)合意見(jiàn)對(duì)白皮書(shū)進(jìn)行了多次修改和完在此一并感謝所有參與本白皮書(shū)編寫(xiě)，以及為本白皮書(shū)編寫(xiě)提供指導(dǎo)和建議的專(zhuān)家、企業(yè)和機(jī)構(gòu)。數(shù)字化浪潮正席卷傳統(tǒng)離散制造業(yè)，逐步優(yōu)化了生產(chǎn)車(chē)間的工藝條件和生產(chǎn)流程，在這個(gè)過(guò)程中，邊緣計(jì)算快速興起并體現(xiàn)出特有優(yōu)勢(shì)。邊緣計(jì)算是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、滿足離散制造業(yè)在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求，其為離散制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)大助力。同時(shí)，針對(duì)離散制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，其邊緣計(jì)算解決方案在不斷發(fā)展成熟，相關(guān)生態(tài)構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)布局也正在全球加速展開(kāi)。在此關(guān)鍵時(shí)期，中國(guó)信息通信研究院聯(lián)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同發(fā)布《離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書(shū)》，把握離散制造業(yè)目前發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及邊緣計(jì)算當(dāng)前的應(yīng)用現(xiàn)狀，研判邊緣計(jì)算為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)的真正價(jià)值，提出離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)及技術(shù)體系，探索邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐，最后結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀給出了離散制造業(yè)邊緣計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建議。一、離散制造業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及邊緣計(jì)算的應(yīng)用價(jià)值 （一）離散制造業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇 （二）離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)邊緣計(jì)算能力的需求分析 21.制約離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵因素 22.邊緣計(jì)算帶來(lái)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)價(jià)值 4（三）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用基本情況 71.邊緣控制器層 82.邊緣網(wǎng)關(guān)層 3.邊緣云層 二、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)及技術(shù)體系 （一）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu) （二）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù) 2.異構(gòu)計(jì)算 3.互聯(lián)互通技術(shù) 4.微服務(wù) 5.計(jì)算遷移 三、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 （一）汽車(chē)生產(chǎn)制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 1.面臨問(wèn)題和挑戰(zhàn) 2.邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 3.實(shí)踐效果 （二）電子制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 201.面臨問(wèn)題和挑戰(zhàn) 202.邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 213.實(shí)踐效果 23（三）工程機(jī)械領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 231.面臨問(wèn)題和挑戰(zhàn) 242.邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 253.實(shí)踐效果 26（四）船舶制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 261.面臨問(wèn)題和挑戰(zhàn) 262.邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 293.實(shí)踐效果 （五）定制家具領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 1.面臨問(wèn)題和挑戰(zhàn) 2.邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐 3.實(shí)踐效果 四、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)及建議 （一）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算未來(lái)展望 （二）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建議 1.產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建議 2.技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展建議 圖1邊緣計(jì)算通用架構(gòu) 9圖2離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu) 圖3智能產(chǎn)線終端架構(gòu) 圖4電子生產(chǎn)數(shù)字化車(chē)間解決方案架構(gòu) 22圖5智能生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu) 26圖6船舶舾裝件制造行業(yè)個(gè)性化定制和自組織生產(chǎn)系統(tǒng)框架......30圖7定制家具生產(chǎn)系統(tǒng)解決方案架構(gòu).............................................331在全球已經(jīng)掀起的新一輪工業(yè)轉(zhuǎn)型浪潮中，數(shù)字化是基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)化是支撐，智能化是目標(biāo)，在此背景下，離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型面臨巨大發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前，在產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)等生產(chǎn)過(guò)程中，離散制造業(yè)產(chǎn)品、生產(chǎn)裝備、工藝流程等已經(jīng)逐且智能傳感和人工智能等技術(shù)不斷發(fā)展成熟，因此，離散制造業(yè)的全面轉(zhuǎn)型已經(jīng)具備了基礎(chǔ)條件。而邊緣計(jì)算作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工廠內(nèi)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)以及連接工廠內(nèi)外網(wǎng)的有效手段，是推動(dòng)離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要使能技術(shù)。離散制造業(yè)與流程制造業(yè)相比，生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加分散，生產(chǎn)設(shè)備更加多樣，更容易通過(guò)軟件改造工藝流程，而流程制造業(yè)因?yàn)槠浔旧碜詣?dòng)化水平已經(jīng)很高，生產(chǎn)環(huán)節(jié)較為成熟封閉，且主要由硬件決定生產(chǎn)流程和產(chǎn)能，因此針對(duì)離散制造業(yè)的邊緣計(jì)算解決方案率先在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中落地實(shí)施，邊緣計(jì)算的功能和特點(diǎn)能夠在實(shí)施過(guò)程中更易實(shí)現(xiàn)和展示，本白皮書(shū)也重點(diǎn)從離散制造業(yè)入手，進(jìn)行邊緣計(jì)算解決方案的分析。隨著新的發(fā)展模式不斷成熟，對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的需求不斷增加，未來(lái)離散制造業(yè)生產(chǎn)方式將朝著智能化方向提升，個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化生產(chǎn)、服務(wù)化延伸成為引領(lǐng)制造業(yè)高端化的重要模式。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的興起將推動(dòng)離散制造業(yè)沿著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、2智能化階段不斷躍升。隨著新一代信息技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)政策的支持，我國(guó)離散型制造業(yè)正積極的向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向轉(zhuǎn)型，但是制約離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型的因素仍有很多，例如多數(shù)離散制造企業(yè)沒(méi)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；特殊工藝規(guī)劃等方面不易進(jìn)行數(shù)字化積累；現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源的可利用率不高，降低了數(shù)字化的實(shí)用價(jià)值；缺少統(tǒng)一規(guī)劃和認(rèn)證，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在眾多“信息孤島”，數(shù)據(jù)開(kāi)放度低；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議多樣異構(gòu)，互聯(lián)互通困難等，這些因素都為離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展造成阻礙。目前中國(guó)離散制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)如下：?jiǎn)螜C(jī)設(shè)備自動(dòng)化軟件的結(jié)構(gòu)化和柔性化不足，缺少開(kāi)放式接口，設(shè)備間缺少統(tǒng)一的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)殡x散制造業(yè)涉及的行業(yè)眾多，發(fā)展不均衡，整個(gè)離散制造業(yè)目前還未普遍實(shí)現(xiàn)基于訂單的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)?？傮w上，隨著數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC）的廣泛應(yīng)用，各個(gè)行業(yè)的單機(jī)自動(dòng)化水平都有了較大提升，但離散制造業(yè)整體還處于以單機(jī)自動(dòng)化為主和剛性自動(dòng)化產(chǎn)線為主的狀況，柔性自動(dòng)化產(chǎn)線較少，真正實(shí)現(xiàn)基于訂單的柔性自動(dòng)化產(chǎn)線更少，OT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。數(shù)據(jù)采集困難，缺少完整的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用架構(gòu)。目前離散制造業(yè)3普遍存在低端產(chǎn)能過(guò)剩、高端產(chǎn)能不足的情況。提高高端產(chǎn)能首先需要從裝備入手提高生產(chǎn)品質(zhì)。一方面，行業(yè)知識(shí)還需要長(zhǎng)期積累來(lái)轉(zhuǎn)化為設(shè)備工藝軟件的進(jìn)步；另一方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用還需進(jìn)一步加強(qiáng)來(lái)促進(jìn)工藝參數(shù)的優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化、生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)等。行業(yè)內(nèi)大部分設(shè)備和產(chǎn)線傳感器數(shù)量不足，一些關(guān)鍵的物理量尚缺乏有效的傳感測(cè)量手段，一些自動(dòng)化裝備獲取的狀態(tài)數(shù)據(jù)沒(méi)有通過(guò)開(kāi)放式接口提供給第三方，且原有的自動(dòng)化系統(tǒng)和架構(gòu)都不能提供良好的支撐。裝備和產(chǎn)線自動(dòng)化軟件系統(tǒng)薄弱，軟件升級(jí)維護(hù)困難。在目前的發(fā)展階段，各個(gè)離散制造行業(yè)的自動(dòng)化軟件水平極不均衡，在裝備中還存在大量“黑盒子”，即缺少關(guān)鍵工藝控制能力，大量采用第三方的專(zhuān)用控制器，既難以實(shí)現(xiàn)工藝算法和軟件的自主迭代升級(jí)，也影響了裝備軟件的統(tǒng)一架構(gòu)設(shè)計(jì)。很多裝備的人機(jī)交互軟件、邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制等分布在多個(gè)PLC，專(zhuān)用控制器，觸摸屏，甚至嵌入到底層的伺服驅(qū)動(dòng)器等硬件中，相互之間連接和控制方式不盡相同，導(dǎo)致裝備缺乏整體的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，軟件與硬件耦合嚴(yán)重，設(shè)備的軟件含量低，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)不足，硬件設(shè)備和設(shè)備功能的更換升級(jí)都會(huì)造生產(chǎn)線設(shè)備的功能安全和信息安全形勢(shì)嚴(yán)峻。原有的大量自動(dòng)化設(shè)備主要運(yùn)行在剛性、封閉的自動(dòng)化系統(tǒng)中，缺少內(nèi)置的功能安全和信息安全機(jī)制，要適應(yīng)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)，設(shè)備功能動(dòng)態(tài)重構(gòu)統(tǒng)互聯(lián)互通等要求，必須要有功能安全和信息安全的保障。4工廠運(yùn)營(yíng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。相對(duì)于流程行業(yè)，離散制造業(yè)的設(shè)備產(chǎn)線操作人員、品質(zhì)檢測(cè)人員、生產(chǎn)管理人員、設(shè)備維護(hù)人離散制造涉及的不確定性因素較多，制定按需生產(chǎn)、有彈性的生產(chǎn)計(jì)劃比較困難。一些關(guān)鍵零件加工環(huán)節(jié)、裝配環(huán)節(jié)不能完全依賴(lài)于自動(dòng)化，需要有經(jīng)驗(yàn)的工人完成，目前尚缺乏有效的人機(jī)協(xié)作機(jī)制來(lái)減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?；跈C(jī)器視覺(jué)等手段的在線檢測(cè)裝置正獲得廣泛的應(yīng)用，但在很多工廠，質(zhì)量檢測(cè)仍是一個(gè)勞動(dòng)力密集環(huán)節(jié)。原有標(biāo)準(zhǔn)和解決方案不適應(yīng)轉(zhuǎn)型發(fā)展。原有的工廠自動(dòng)化和信息化架構(gòu)的參考模型主要是ISA-95的金字塔模型，該模型定義了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。目前，一方面在實(shí)際中該標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有得到很好的實(shí)現(xiàn)，廣泛采用的是主流廠家以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心的方案；另一方面，該標(biāo)準(zhǔn)也需要進(jìn)一步完善，適應(yīng)離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求。隨著離散制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量發(fā)展的需求不斷增加，對(duì)業(yè)務(wù)柔性化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，這就不僅需要云計(jì)算的整體運(yùn)籌，也需要邊緣計(jì)算的本地實(shí)時(shí)決策職能。邊緣計(jì)算是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的分布式開(kāi)放體系，形成新的生態(tài)模式，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足離散制造業(yè)在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)5據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求，從OT與IT跨界協(xié)作、推動(dòng)信息流動(dòng)和集成、實(shí)現(xiàn)知識(shí)的模型化以及開(kāi)展端到端的產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)協(xié)作推動(dòng)離散制造業(yè)的發(fā)展。邊緣計(jì)算提供了設(shè)備之間互聯(lián)互通機(jī)制、OT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)互聯(lián)互通機(jī)制，以及部署于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、匯聚、存儲(chǔ)、分析機(jī)制，可以快速便捷地實(shí)現(xiàn)OT與IT的整合。邊緣計(jì)算及支撐技術(shù)有利于解決離散制造業(yè)當(dāng)前和未來(lái)所面臨的如下問(wèn)題：邊緣計(jì)算能有效解決離散制造系統(tǒng)的連接性問(wèn)題。離散制造領(lǐng)域行業(yè)眾多，行業(yè)碎片化導(dǎo)致設(shè)備連接協(xié)議眾多，造成設(shè)備互聯(lián)困難。邊緣計(jì)算具有完善的連接配置和管理能力，收集系統(tǒng)間實(shí)時(shí)通信需求和服務(wù)質(zhì)量要求，運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度算法，轉(zhuǎn)化為對(duì)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TimeSensitiveNetworking,TSN）交換機(jī)和5G網(wǎng)絡(luò)的配置，支持多種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸。在保證信息安全的基礎(chǔ)上，不僅可以把支持傳統(tǒng)接口和協(xié)議的設(shè)備接入，而且通過(guò)引入數(shù)據(jù)抽象層，使得不能直接互聯(lián)互通的設(shè)備基于邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，邊緣計(jì)算的低延遲性能可以保證設(shè)備間的實(shí)時(shí)橫向通信。邊緣計(jì)算為離散制造業(yè)提供邊緣側(cè)的建模工具及智能工具。不同類(lèi)型的離散制造工廠，都需要不斷提高自動(dòng)化和數(shù)字化程度，提升制造質(zhì)量和效率，不斷豐富以數(shù)據(jù)為中心的各種應(yīng)用。邊緣計(jì)算作為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的中間層，提供了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的實(shí)時(shí)計(jì)算、存儲(chǔ)和通信機(jī)制。容器化的邊緣計(jì)算核心組件和應(yīng)用程序部署機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備數(shù)據(jù)采集機(jī)制，逐步完善的邊緣應(yīng)用程序生態(tài)、基于邊云協(xié)同的人工智能模9型訓(xùn)練和部署機(jī)制，將為離散制造領(lǐng)域?qū)＜姨峁┐罅科脚_(tái)化、模塊化的靈活易用工具，不斷提升工廠的精益制造能力。邊緣計(jì)算為離散制造業(yè)提供決策和效率優(yōu)化能力。當(dāng)前大量離散制造系統(tǒng)受限于數(shù)據(jù)的不完備性，整體設(shè)備效率等指標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算比較粗放，難以用于效率優(yōu)化。邊緣計(jì)算基于設(shè)備信息模型實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義級(jí)別的制造系統(tǒng)橫向通信和縱向通信，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理機(jī)制匯聚和分析大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于模型的生產(chǎn)線多數(shù)據(jù)源信息融合，為離散制造系統(tǒng)的決策提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。邊緣計(jì)算可以有效支持：物料的標(biāo)識(shí)和可追溯性；設(shè)備和產(chǎn)線的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控；現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)和操作優(yōu)化；自適應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度和工序的優(yōu)化；上下料和車(chē)間物流環(huán)節(jié)的優(yōu)化。邊緣計(jì)算為離散制造系統(tǒng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)提供支撐。數(shù)字孿生系統(tǒng)是數(shù)字制造系統(tǒng)的核心，包括產(chǎn)品數(shù)字孿生，生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字孿生，性能數(shù)字孿生。數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)揮作用依賴(lài)于深入的領(lǐng)域知識(shí)和豐富的實(shí)際數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算基于設(shè)備管理殼模型來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理，來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性，為模型和數(shù)據(jù)的融合提供基礎(chǔ)支撐。邊緣計(jì)算具有豐富的抽象和粘合能力，針對(duì)老工廠升級(jí)和新工廠建設(shè)的不同需求，能夠提供具有一致性的設(shè)計(jì)解決方案。目前大量老工廠都面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型問(wèn)題，邊緣計(jì)算由于具有豐富的連接性和靈活的部署能力，可以提供多種輕量級(jí)的解決方案，在不對(duì)自動(dòng)化裝備進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)的情況下，通過(guò)增加邊緣網(wǎng)關(guān)和必要的邊緣數(shù)據(jù)采集終7端等，可以有效提高制造工廠的數(shù)字化水平，加強(qiáng)數(shù)據(jù)在制造系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)間的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種基于數(shù)據(jù)的智能應(yīng)用。邊緣計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)離散制造系統(tǒng)實(shí)時(shí)工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)的軟硬件解耦。智能工廠的運(yùn)行依賴(lài)于智能裝備和智能流程，需要大量的實(shí)時(shí)軟件支持。目前很多裝備實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件過(guò)度依賴(lài)于具體的控制系統(tǒng)硬件，難以遷移到不同的系統(tǒng)?；谶吘売?jì)算的微服務(wù)架構(gòu)，可以將大量實(shí)時(shí)規(guī)劃、優(yōu)化排版、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷和分析、自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)（AutomatedGuidedVehicle，AGV）調(diào)度等功能封裝在邊緣應(yīng)用程序上，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的解耦，降低了開(kāi)發(fā)難度，提高了軟件質(zhì)量，通過(guò)邊緣計(jì)算可進(jìn)行邊緣應(yīng)用程序的靈活部署，實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)域知識(shí)的分享。邊緣計(jì)算可以進(jìn)一步促進(jìn)離散制造系統(tǒng)的IT/OT融合。邊緣計(jì)算既連接OT系統(tǒng)，又連接IT系統(tǒng)，既具有低延遲、高可靠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理能力，又有豐富的IT工具和接口，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)離散制造系統(tǒng)的IT/OT融合的有效手段。邊緣計(jì)算通過(guò)提供整體的數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱機(jī)制，根據(jù)離散制造柔性生產(chǎn)的需求，可以實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)源到多個(gè)數(shù)據(jù)訂閱端的實(shí)時(shí)通信，解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息流動(dòng)不暢的問(wèn)題。邊緣計(jì)算提供了現(xiàn)場(chǎng)側(cè)豐富的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，可以利用邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)處理組件和邊緣APP，把各種工藝算法進(jìn)行靈活部署，實(shí)現(xiàn)邊緣和云（三）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用基本情況目前，邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)中的物理實(shí)現(xiàn)形式主要以邊緣控制8器、邊緣網(wǎng)關(guān)以及邊緣云為主，如圖1所示，企業(yè)將根據(jù)自身需求部署其中一層或者多層架構(gòu)。其中，邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)以及邊緣云基于云原生的邊云協(xié)同架構(gòu)，采用輕量級(jí)容器管理、虛擬化等技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，負(fù)責(zé)從各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、業(yè)務(wù)管理等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入、本地集中存儲(chǔ)、邊緣分析處理等。集中存儲(chǔ)、邊緣分析處理等。邊緣控制器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣側(cè)連接各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行工業(yè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換和適配，統(tǒng)一接入到邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，并將設(shè)備能力以服務(wù)的形式進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)物理上和邏輯上生產(chǎn)設(shè)備之間通信連接。邊緣控制器硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)采用分布式異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，一般采用異構(gòu)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，支持全分布式控制以及多種控制器的協(xié)作運(yùn)行和無(wú)縫集成，也是目前各種實(shí)時(shí)嵌入式硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的主流實(shí)現(xiàn)方案；在滿足硬件實(shí)時(shí)需求前提下，利用多物理內(nèi)核結(jié)合虛擬化技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)在同一硬件平臺(tái)上運(yùn)行實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)任務(wù)或操作系統(tǒng)，并滿足系統(tǒng)多樣化與可移植性的需求，提高整體平臺(tái)體系的安全性、可靠性、靈活性以及資源的利用效率；應(yīng)用時(shí)空隔離的多任務(wù)和多線程調(diào)度機(jī)制與改造優(yōu)化調(diào)度算法相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制。數(shù)據(jù)上傳業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺(tái)管理運(yùn)維管理智能邊云協(xié)同業(yè)務(wù)指令上下行傳輸任務(wù)編排調(diào)度應(yīng)用部署和生命周期管理數(shù)據(jù)聚合數(shù)據(jù)上傳業(yè)務(wù)應(yīng)用管理平臺(tái)管理運(yùn)維管理智能邊云協(xié)同業(yè)務(wù)指令上下行傳輸任務(wù)編排調(diào)度應(yīng)用部署和生命周期管理數(shù)據(jù)聚合數(shù)據(jù)分析異構(gòu)計(jì)算邊緣云東西向協(xié)同虛擬化平臺(tái)管理建模工具邊緣云開(kāi)發(fā)編輯開(kāi)發(fā)環(huán)境算法功能庫(kù)策略執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)TSN控制運(yùn)動(dòng)控制控制器東西向協(xié)同設(shè)備接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換PLC控制邊緣控制器數(shù)據(jù) 采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模型模型微服務(wù)下發(fā)下發(fā)通訊管理設(shè)備注冊(cè)管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采集邊緣緩存數(shù)據(jù)預(yù)處理訪問(wèn)授權(quán)計(jì)算嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)輕量級(jí)容器網(wǎng)關(guān)東西向協(xié)同數(shù)據(jù)分析邊緣智能管理安全管理邊緣網(wǎng)關(guān) 控制 輸出沖床傳感器AGV機(jī)器人機(jī)械手工控機(jī)儀表數(shù)控機(jī)床掃碼槍攝像頭機(jī)床針對(duì)需要采用多控制器協(xié)同控制的智能工廠復(fù)雜任務(wù)，邊緣控制器采用協(xié)同控制策略和控制一致性協(xié)議，結(jié)合無(wú)邊界網(wǎng)絡(luò)化的動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，提高現(xiàn)場(chǎng)干擾環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)信息交換時(shí)智能控制系統(tǒng)的魯棒性和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)多控制器在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的自適應(yīng)協(xié)同控制。同時(shí)，采用軟件定義的網(wǎng)絡(luò)化智能控制系統(tǒng)技術(shù)，提高了控制系統(tǒng)的靈活性，對(duì)邊緣側(cè)生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)線，可快速滿足小批量多品種柔性制造的控制工藝重構(gòu)要求。邊緣網(wǎng)關(guān)是指具備邊緣計(jì)算、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、工業(yè)協(xié)議解析能力的邊緣計(jì)算裝置。邊緣網(wǎng)關(guān)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜惡劣環(huán)境，滿足國(guó)內(nèi)主流控制器、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器等工業(yè)設(shè)備的接入和數(shù)據(jù)解析的需求，支持邊緣端數(shù)據(jù)運(yùn)算及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)推送數(shù)據(jù)到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。邊緣網(wǎng)關(guān)可將現(xiàn)場(chǎng)各種工業(yè)設(shè)備、裝置采用、應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)或私有通信協(xié)議轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)OPCUA等通訊協(xié)議，使得上位系統(tǒng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可采用統(tǒng)一的協(xié)議和信息模型與不同設(shè)備和系統(tǒng)互相通信，方便系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、配置下載、遠(yuǎn)程管理等功能。邊緣云是邊緣側(cè)單個(gè)或者多個(gè)分布式協(xié)同的服務(wù)器，通過(guò)本地部署的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)特定功能，提供彈性擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)能力，滿足可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性等需求，是實(shí)現(xiàn)IT技術(shù)與OT技術(shù)深度融合的重要紐帶。一方面，將在云端基于機(jī)器學(xué)習(xí)離線訓(xùn)練好的模型部署到邊緣云，并通過(guò)定期更新模型算法來(lái)同步邊緣智能，可以使得緊急類(lèi)故障能夠在本地及時(shí)報(bào)警，同時(shí)可以對(duì)一些相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。另一方面，根據(jù)模型中輸出與特征之間權(quán)重關(guān)系，優(yōu)化終端上傳數(shù)據(jù)的過(guò)濾規(guī)則，以此減少流量成本和云端存儲(chǔ)成本。如圖2所示，整個(gè)離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、邊緣計(jì)算層（包括邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣云）以及支持邊云協(xié)同的中心云層，邊緣計(jì)算層負(fù)責(zé)從各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)人員、設(shè)備、物料、環(huán)境、業(yè)務(wù)管理等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入、本地集中存儲(chǔ)、邊緣分析處理等，并通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的物聯(lián)集成（如：生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備）采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳送至中心云，同時(shí)實(shí)時(shí)接收中心云下發(fā)的控制指令，最終反饋至相應(yīng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化管理，對(duì)離散制造業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程控制、工藝優(yōu)化具有重要意義。此外，隨著邊緣計(jì)算在離散制造業(yè)中的應(yīng)用不斷廣泛，云計(jì)算與邊緣計(jì)算的協(xié)同效應(yīng)也在快速增強(qiáng)，邊云協(xié)同成為離散制造業(yè)數(shù)字化改造的主要使能器。一方面，邊緣計(jì)算在工廠內(nèi)部發(fā)揮重要作用。邊緣側(cè)數(shù)據(jù)分散，本地應(yīng)用系統(tǒng)多，需要大量的計(jì)算、存儲(chǔ)資源。邊緣計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地處理及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制反饋，同時(shí)，邊緣計(jì)算通過(guò)東西向聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)和知識(shí)的交換，支持計(jì)算、存儲(chǔ)資源的橫向彈性擴(kuò)展，能夠完成本地的實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)優(yōu)化操作。另一方面，邊緣計(jì)算將與工廠外的云平臺(tái)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，邊緣側(cè)聚焦實(shí)時(shí)、小數(shù)據(jù)的處理，而云平臺(tái)側(cè)聚焦長(zhǎng)周期、大數(shù)據(jù)的處理。邊緣計(jì)算通過(guò)南北向鏈接與更上層的工業(yè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用管理協(xié)同，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施資源的統(tǒng)一管理、調(diào)度和運(yùn)維，支撐邊緣側(cè)應(yīng)用的靈活部署和升級(jí)。離散制造業(yè)邊緣計(jì)算需要解決海量數(shù)據(jù)管理與處理、多源數(shù)據(jù)集成、各類(lèi)設(shè)備接入、數(shù)據(jù)建模分析、資源規(guī)劃分配、應(yīng)用創(chuàng)新與集成等一系列問(wèn)題，邊緣計(jì)算的核心關(guān)鍵技術(shù)能夠支撐這些需求，一些典型關(guān)鍵技術(shù)在業(yè)界被廣泛應(yīng)用并受到高度關(guān)注，其中一方面邊緣智能、異構(gòu)計(jì)算、互聯(lián)互通等技術(shù)進(jìn)一步提升邊緣側(cè)面向離散制造業(yè)的數(shù)據(jù)管理和分析能力；另一方面微服務(wù)與計(jì)算遷移等技術(shù)不斷提升平臺(tái)資源利用效率，進(jìn)一步提升邊緣計(jì)算服務(wù)能力。邊緣智能是賦能離散制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，提供了邊緣側(cè)的建模能力、數(shù)據(jù)匯聚和分析能力。邊緣智能從延遲、內(nèi)存占用量和能效等方面，進(jìn)行邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上智能推理加速和多節(jié)點(diǎn)智能訓(xùn)練算法的聯(lián)動(dòng)，完成輕量級(jí)、低延時(shí)、高效的人工智能計(jì)算框架，邊緣設(shè)備需要執(zhí)行越來(lái)越多的智能任務(wù)，例如在刀具監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)機(jī)床主軸負(fù)載數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)刀具在加工過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)管理以及數(shù)據(jù)信息可視化；此外，針對(duì)信息安全、數(shù)據(jù)不出網(wǎng)等要求，邊緣節(jié)點(diǎn)需要完成數(shù)據(jù)安全預(yù)處理，邊緣-云數(shù)據(jù)中心協(xié)同才能開(kāi)展完整的智能模型訓(xùn)練，以上操作配合計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理等智能算法模型庫(kù)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)、離線分析、遷移學(xué)習(xí)等工具組建，形成完整的邊緣智能功能棧。邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)用對(duì)計(jì)算和流量寬帶處理存在較強(qiáng)依賴(lài)，計(jì)算方面，應(yīng)用需要智能算法框架完成人機(jī)交互、編解碼/加解密等算法框架進(jìn)行信息預(yù)處理、離散制造等建模算法構(gòu)建專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域信息框架；流量方面，邊緣節(jié)點(diǎn)需要數(shù)據(jù)源帶寬低收斂比、低時(shí)以滿足數(shù)據(jù)傳輸和交互需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及帶來(lái)了信息量爆炸式增長(zhǎng)，特別在離散制造業(yè)，海量的傳感器數(shù)據(jù)、文本/超文本、聲音數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、視頻序列等對(duì)邊緣計(jì)算能力都提出了更高的要求，邊緣設(shè)備既要處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)也要處理非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。因此，離散行業(yè)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的多樣性驅(qū)動(dòng)計(jì)算的多樣性是必然趨勢(shì)。針對(duì)上述需求，業(yè)界提出了將不同類(lèi)型指令集和不同體系架構(gòu)的計(jì)算單元協(xié)同起來(lái)的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，以充分發(fā)揮各種計(jì)算單元的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗、可移植性等方面的均衡。在離散行業(yè)通過(guò)異構(gòu)計(jì)算對(duì)各種類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容分析和融合處理，從海量數(shù)據(jù)中挖掘隱藏信息和有效數(shù)據(jù)，提高離散制造過(guò)程中各種裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。OPCUAOverTSN為傳感器層、控制器層到自動(dòng)化軟件層提供一套統(tǒng)一且標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)與通訊體系，打破自動(dòng)化金字塔的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并有效解決用戶與集成商在系統(tǒng)集成時(shí)所遇到的困境。TSN技術(shù)和OPCUA相結(jié)合，可以滿足離散制造業(yè)應(yīng)用的各種傳輸需求，支持邊緣側(cè)工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)接入，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)的互聯(lián)互通，賦予離散制造業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)高度靈活性，工廠車(chē)間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以快速調(diào)整優(yōu)化，有效提升網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造與管理水平。例如，在離散制造業(yè)工廠數(shù)據(jù)采集、傳輸與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，都會(huì)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，TSN+OPCUA在整體上使得工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了透明交互，并且配置效率更高，程序與應(yīng)用模塊化更強(qiáng)，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算提供了有力支撐。微服務(wù)是一種開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的方法，圍繞特定業(yè)務(wù)功能構(gòu)建一套小型獨(dú)立可部署的服務(wù)。傳統(tǒng)的IT行業(yè)軟件大多都是各種獨(dú)立系統(tǒng)的堆砌，存在擴(kuò)展性差，可靠性不高，維護(hù)成本高，無(wú)法直接在邊緣側(cè)執(zhí)行等問(wèn)題，而微服務(wù)有效地解決了上述問(wèn)題。通過(guò)微服務(wù)，特定功能被放入單獨(dú)的服務(wù)中，允許這些服務(wù)在服務(wù)器之間分發(fā)與復(fù)制。每種應(yīng)用程序都在其自己的進(jìn)程中運(yùn)行，并與輕量級(jí)機(jī)制進(jìn)行通信，占用資源少，可以在邊緣側(cè)靈活部署。同時(shí)，這些服務(wù)的集中化管理程度大大降低，它們可以用不同的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，并使用不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，也符合邊緣計(jì)算資源靈活異構(gòu)的特點(diǎn)。計(jì)算遷移是將計(jì)算密集型應(yīng)用任務(wù)遷移至資源較充足的設(shè)備中執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)資源合理規(guī)劃利用，提升計(jì)算效率。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源限制，離散制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)面臨海量邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸、處理及計(jì)算分析需求無(wú)法滿足的挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問(wèn)題，邊緣側(cè)計(jì)算遷移首先將海量邊緣設(shè)備采集或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行部分或全部計(jì)算的預(yù)處理操作，對(duì)無(wú)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，降低傳輸?shù)膸挘黄浯?，?jì)算遷移根據(jù)需求及設(shè)備當(dāng)前算力等基本情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的任務(wù)劃分，合理分配邊緣設(shè)備及云中心計(jì)算資源，防止計(jì)算任務(wù)遷移到處于系統(tǒng)任務(wù)過(guò)載狀態(tài)的設(shè)備，影響計(jì)算效率。計(jì)算遷移通過(guò)在能耗、邊緣設(shè)備計(jì)算延時(shí)和傳輸數(shù)據(jù)量等指標(biāo)之間尋找最優(yōu)的平衡，不斷優(yōu)化資源利用率，提升離散制造業(yè)生產(chǎn)效率。離散制造的產(chǎn)品往往由多個(gè)零件經(jīng)過(guò)一系列并不連續(xù)的工序的加工最終裝配而成，例如飛機(jī)制造、船舶制造等。其中，由于離散制造過(guò)程中每道工序中涉及的工藝參數(shù)不一，而統(tǒng)合這些參數(shù)需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間。同時(shí)，離散制造對(duì)于流程管控要求較高，在企業(yè)內(nèi)部一般將同一工序的設(shè)備按照空間和行政管理劃分建成一些生產(chǎn)組織（例如部門(mén)、工段或小組這將勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)各個(gè)小組之間的數(shù)據(jù)互通性和共享性間歇或斷續(xù)的現(xiàn)象。同時(shí)，離散制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、處理需求和定貨數(shù)量方面變動(dòng)較多，呈現(xiàn)少量多樣化特征。離散制造業(yè)具有以上特征，也決定了邊緣計(jì)算需要針對(duì)不同產(chǎn)品、產(chǎn)線具有不同的特征性部署，主要分為少品種大批量離散制造業(yè)與多品種小批量離散制造業(yè)兩大類(lèi)別。其中少品種大批量離散制造業(yè)以汽車(chē)生產(chǎn)制造領(lǐng)域和電子制造領(lǐng)域?yàn)榈湫痛?；多品種小批量離散制造業(yè)以工程機(jī)械領(lǐng)域，船舶制造領(lǐng)域和定制家具領(lǐng)域?yàn)榈湫痛?。汽?chē)作為現(xiàn)代重要交通工具，其對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。按照汽車(chē)生產(chǎn)全生命周期來(lái)進(jìn)行階段劃分，其對(duì)質(zhì)量的要求主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)階段：1）設(shè)計(jì)研發(fā)階段，汽車(chē)制造業(yè)平均超過(guò)70%以上的綜合質(zhì)量成本來(lái)自設(shè)計(jì)問(wèn)題，例如零件安裝的定位設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題；2）生產(chǎn)制造階段，該過(guò)程主要來(lái)自于邊緣的現(xiàn)場(chǎng)制造端，與中心端有實(shí)際的隔離，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要對(duì)事前的人員、工裝、物料等進(jìn)行合規(guī)校驗(yàn)、對(duì)事中的工藝路線、數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)防錯(cuò)管控，對(duì)事后的產(chǎn)品資料形成電子檔案供多維度查詢(xún)追溯。因?yàn)槠?chē)生產(chǎn)制造屬于大批量離散制造，對(duì)于效率同樣有較高的要求，例如生產(chǎn)效率、人均產(chǎn)值、設(shè)備稼動(dòng)率、成品周轉(zhuǎn)率、進(jìn)/出貨延誤率等。而目前汽車(chē)生產(chǎn)制造效率主要受到以下幾個(gè)方面的影響：1）各產(chǎn)線生產(chǎn)完工計(jì)數(shù)靠人工統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)任務(wù)由人工布置，效率低下；2）產(chǎn)線生產(chǎn)發(fā)生停線或其他影響生產(chǎn)故障等問(wèn)題時(shí)，人工記錄停線時(shí)長(zhǎng)、停線原因；3）產(chǎn)線各設(shè)備孤立，沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備、生產(chǎn)相關(guān)人員無(wú)法隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；圍繞上述質(zhì)量與效率的業(yè)務(wù)需求，在軟件支撐層面，中心端與邊緣端都是必不可少的，例如，某國(guó)內(nèi)知名汽車(chē)公司其車(chē)間網(wǎng)絡(luò)與信息中心網(wǎng)絡(luò)由7層路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，即產(chǎn)線側(cè)采集數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)7個(gè)交換機(jī)才能到達(dá)中心，中心側(cè)發(fā)出的控制指令也需要通過(guò)同樣的路徑長(zhǎng)度才能到達(dá)產(chǎn)線側(cè)，這種方案顯然無(wú)法滿足秒級(jí)的時(shí)延要求。為保證車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的管控要求，必須要借助邊緣計(jì)算即時(shí)的數(shù)據(jù)處理能力，將數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)由7層降為1層，才可以快速響應(yīng)來(lái)自產(chǎn)線側(cè)的物料防錯(cuò)與盤(pán)點(diǎn)，工藝路徑與參數(shù)防錯(cuò)，硬件與機(jī)械防錯(cuò)等請(qǐng)求，從而快速給出判斷指導(dǎo)生產(chǎn)執(zhí)行；此外，邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)還在于其可以大大緩解中心側(cè)的計(jì)算壓力，單就汽車(chē)制造企業(yè)而言，一臺(tái)整車(chē)約由2萬(wàn)多個(gè)零部件組裝而成，結(jié)合批量式生產(chǎn)制造，如果所有這些數(shù)據(jù)與邏輯處理請(qǐng)求都上傳到中心端計(jì)算，則會(huì)造成中心負(fù)載壓力繁重，資源損耗巨大等問(wèn)題。綜上，邊緣計(jì)算是汽車(chē)制造企業(yè)提升效率與質(zhì)量的有力支撐。智能產(chǎn)線終端系統(tǒng)作為汽車(chē)生產(chǎn)制造信息化平臺(tái)的關(guān)鍵系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的重要載體，其功能類(lèi)似于實(shí)施架構(gòu)中的邊緣網(wǎng)關(guān)，分別處理各產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、異常停線、班組績(jī)效等信息，并將數(shù)據(jù)匯總傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES極大的減輕了中心側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，提高了數(shù)據(jù)信息處理效率。其中，智能產(chǎn)線終端系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下各功能：1）接收來(lái)自管理系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃；2）通過(guò)采集設(shè)備計(jì)件信號(hào)或掃碼槍條碼信息等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)完工統(tǒng)計(jì)；3）通過(guò)記錄實(shí)際生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)以及產(chǎn)量計(jì)算生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)績(jī)效考核；4）通過(guò)異常按燈功能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)停線時(shí)長(zhǎng)，停線原因等信息，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線運(yùn)行效率計(jì)算以及異常停線分析提供全面的數(shù)據(jù)信息；5）記錄生產(chǎn)人員信息，為考核提供依據(jù)；6）建立產(chǎn)品與工藝對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)工藝防錯(cuò)；7）完工標(biāo)簽打印，實(shí)現(xiàn)物流掃碼確認(rèn)入庫(kù)。實(shí)時(shí)完工統(tǒng)計(jì)智能產(chǎn)線終端生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)采集完工標(biāo)簽打印實(shí)時(shí)完工統(tǒng)計(jì)智能產(chǎn)線終端生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)采集完工標(biāo)簽打印機(jī)床設(shè)備APS系統(tǒng)異常異常ANDON處理工藝防錯(cuò)智能產(chǎn)線終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)可監(jiān)控、可追溯、可共享的目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的效率提升：1）實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)下發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程全記錄，監(jiān)控每小時(shí)生產(chǎn)情況，靈活調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)供進(jìn)行指標(biāo)分析，提高生產(chǎn)2）打通管理層和車(chē)間設(shè)備層的數(shù)據(jù)通道，采集設(shè)備全面生產(chǎn)數(shù)全面提高生產(chǎn)車(chē)間的整體執(zhí)行效率；3）為企業(yè)構(gòu)建生產(chǎn)信息化平臺(tái)，擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模，分布式部署，集中式監(jiān)控打下基石，提供有力的邊緣數(shù)據(jù)支持和服務(wù)保障。電子產(chǎn)品技術(shù)更新快，制造過(guò)程復(fù)雜，制造工藝和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不完全一樣的產(chǎn)品會(huì)在同一個(gè)工廠并行生產(chǎn)。電子制造行業(yè)注重生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量要求高，以滿足客戶對(duì)質(zhì)量、交貨期的嚴(yán)苛要求。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的電子行業(yè)的工廠在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析利用方面存在著欠缺，在生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)方面存在著許多不足，問(wèn)題分析及成因主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1）生產(chǎn)線自動(dòng)化程度不高，存在大量的人工插件、手工焊接、離線自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)等，成為了產(chǎn)線效率提升和生產(chǎn)質(zhì)量改進(jìn)的瓶頸；2）由于生產(chǎn)前端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集機(jī)制的欠缺，生產(chǎn)管理信息的傳遞大量依賴(lài)紙質(zhì)文件、電子表格等傳統(tǒng)方式，業(yè)務(wù)信息傳遞不暢通，無(wú)法做到信息流跟蹤，生產(chǎn)實(shí)績(jī)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)透明共享；3）數(shù)字化編碼不完善，包括設(shè)備編碼、原材料批次和包裝編碼、工裝夾具等生產(chǎn)資源編碼、產(chǎn)品部件編碼等都不能完全滿足數(shù)字化管理的要求，存在編碼分類(lèi)不完整、編碼缺失等典型問(wèn)題；4）設(shè)備管理和維護(hù)流程不健全，未有效建立維護(hù)等級(jí)評(píng)價(jià)機(jī)制，缺乏完整的設(shè)備臺(tái)賬和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控機(jī)制，大部分設(shè)備沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)和互通，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備異常報(bào)警信息沒(méi)有自動(dòng)化采集和集中存儲(chǔ)，設(shè)備生產(chǎn)效率指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和計(jì)算；5）由于缺少生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集并與計(jì)劃數(shù)據(jù)整合分析，使得生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同方面存在的欠缺，同時(shí)，邊緣層數(shù)字化基礎(chǔ)薄弱，生產(chǎn)過(guò)程管控能力不能滿足未來(lái)數(shù)字化生產(chǎn)要求；6）由于缺少倉(cāng)儲(chǔ)物流前端的實(shí)時(shí)感知和數(shù)據(jù)采集，倉(cāng)儲(chǔ)物流管理方面存在的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，邊緣計(jì)算將原本完全由工業(yè)云實(shí)現(xiàn)的服務(wù)能力加以分解，切割成顆粒度更小的服務(wù)，分散到中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)去處理，并通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的協(xié)同。由于邊緣節(jié)點(diǎn)更接近于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或數(shù)據(jù)源，可以減少傳輸延遲，加快處理速度，滿足低時(shí)延的數(shù)據(jù)處理的要求，提高服務(wù)的確定性，提供具備高速響應(yīng)性的高可靠服務(wù)，能夠更好地支撐工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)時(shí)控制與應(yīng)用服務(wù)。電子生產(chǎn)數(shù)字化車(chē)間以電子生產(chǎn)所要求的工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)等為手段，用數(shù)據(jù)連接車(chē)間不同單元，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行管理、診斷和優(yōu)化。解決方案集邊緣計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)視覺(jué)、二維碼、AGV小車(chē)等先進(jìn)技術(shù)于一體，基于邊緣云平臺(tái)作為整個(gè)數(shù)字化車(chē)間建設(shè)和運(yùn)行的核心支撐系統(tǒng)。針對(duì)電子制造行業(yè)中小企業(yè)面臨的共性問(wèn)題，該解決方案的目標(biāo)是打通生產(chǎn)計(jì)劃、電子生產(chǎn)車(chē)間制造、倉(cāng)儲(chǔ)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、工藝管理等相關(guān)業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)流和信息流，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)間。具體的建設(shè)目標(biāo)包括：1）基于邊緣控制器和智能設(shè)備設(shè)計(jì)和建設(shè)自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線，包括智能立體庫(kù)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、智能電子看板、柔性裝配測(cè)試線和AGV自動(dòng)化物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)等，以減少人工作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，保證信息系統(tǒng)集成PLMVVV電子制造生產(chǎn)車(chē)間CRM邊緣云平臺(tái)訪問(wèn)授權(quán)通迅診斷設(shè)備日志通迅管理設(shè)備接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)邊緣控制器邊緣控制器SMT貼片線自動(dòng)插件機(jī)波峰焊立體庫(kù)焊接機(jī)器人刻碼線信息系統(tǒng)集成PLMVVV電子制造生產(chǎn)車(chē)間CRM邊緣云平臺(tái)訪問(wèn)授權(quán)通迅診斷設(shè)備日志通迅管理設(shè)備接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)邊緣控制器邊緣控制器SMT貼片線自動(dòng)插件機(jī)波峰焊立體庫(kù)焊接機(jī)器人刻碼線產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。這些自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備包括自動(dòng)插件機(jī)、激光刻碼設(shè)備、視覺(jué)識(shí)別設(shè)備、光學(xué)檢測(cè)機(jī)、檢測(cè)機(jī)、機(jī)器人、AGV等。設(shè)備資產(chǎn)管理應(yīng)急指揮與調(diào)度 KP分析制造知識(shí)庫(kù)設(shè)備資產(chǎn)管理應(yīng)急指揮與調(diào)度運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)PAAS/工業(yè)PAAS工業(yè)云平臺(tái)ERP物聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)用生產(chǎn)執(zhí)行應(yīng)用倉(cāng)儲(chǔ)物流應(yīng)用物聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)用生產(chǎn)執(zhí)行應(yīng)用倉(cāng)儲(chǔ)物流應(yīng)用智能排產(chǎn)應(yīng)用能源管理應(yīng)用園區(qū)管理應(yīng)用智能生產(chǎn)應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境VVVVV邊緣網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)接入網(wǎng)關(guān)邊緣網(wǎng)關(guān)VVVVV邊緣控制器…2）基于邊緣網(wǎng)關(guān)和邊緣云平臺(tái)搭建車(chē)間數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，面向生產(chǎn)過(guò)程環(huán)節(jié)，采用采集、檢測(cè)、識(shí)別、控制、計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等技術(shù)，基于OPCUA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持異構(gòu)數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建一個(gè)全互聯(lián)的數(shù)字化虛擬工廠，實(shí)現(xiàn)電子生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和分析，并為信息化集成和數(shù)字化管理提供數(shù)據(jù)支撐；3）基于邊緣云平臺(tái)開(kāi)發(fā)和提供各種車(chē)間生產(chǎn)制造執(zhí)行應(yīng)用，包括生產(chǎn)過(guò)程管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管控、物料管理等工業(yè)APP；4）基于邊緣云平臺(tái)開(kāi)發(fā)和提供各種倉(cāng)儲(chǔ)管理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)原材料批次、產(chǎn)品的全方位追溯，主要功能包括：實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)位的精確管理，貨架、存位的定置定位管理；實(shí)現(xiàn)貨物精準(zhǔn)管理，在出庫(kù)環(huán)節(jié)使用了整體調(diào)度，所以保證了庫(kù)存商品的新老更替，較老的批號(hào)優(yōu)先發(fā)貨；加強(qiáng)庫(kù)房可管理性，任務(wù)執(zhí)行、工單任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、庫(kù)內(nèi)各環(huán)節(jié)管等；5）構(gòu)建邊緣云平臺(tái)與工業(yè)云平臺(tái)的協(xié)同框架，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同的生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同及生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)資源管理系統(tǒng)（EnterpriseResourcePlanning，ERP）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)交互?；谶吘売?jì)算的電子制造行業(yè)解決方案能顯著提高生產(chǎn)效率，提節(jié)省人工成本30%以上，產(chǎn)品一次通過(guò)率提升到99.5%以上，年產(chǎn)能提升2倍以上。自動(dòng)化生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍的自適應(yīng)平衡調(diào)整，自動(dòng)識(shí)別和測(cè)試產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)一次的自動(dòng)篩選與報(bào)警，生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化率達(dá)85%以上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程100%可追溯性。自動(dòng)數(shù)采率可顯著提高到90%以上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一次采集或錄入，各處使用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)工、訂單完工率等信息從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)秒級(jí)同步到上層ERP等信息系統(tǒng)，基本上可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。（三）工程機(jī)械領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐工程機(jī)械設(shè)備如混凝土機(jī)械、挖掘機(jī)械、起重機(jī)械、筑路機(jī)械、樁工機(jī)械、港口機(jī)械、石油裝備、煤炭設(shè)備等，其生產(chǎn)制造是典型的離散制造過(guò)程，多品種小批量的生產(chǎn)模式是常態(tài)，并常伴有專(zhuān)業(yè)定制、鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理、表面處理、噴漆、裝配、調(diào)試、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。這種制造模式下，不同生產(chǎn)單元之間分散且獨(dú)立，而且原材料復(fù)雜，周期地域差異很大，需要調(diào)度大量的人力物力才能完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。為了提升生產(chǎn)效率，AGV、機(jī)械臂、數(shù)控機(jī)床、PLC等設(shè)備逐漸被大量使用，使得其生產(chǎn)過(guò)程迫切地需要邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣云等先進(jìn)技術(shù)來(lái)連接人、物料、機(jī)器來(lái)滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)高度協(xié)同的需求。工程機(jī)械設(shè)備制造過(guò)程面臨的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）機(jī)械設(shè)備多品種、小批量、定制化的生產(chǎn)非常頻繁，制造流程涉及不同生產(chǎn)單元之間分散且獨(dú)立，并常伴有大量人工操作，極大地影響了生產(chǎn)效率；2）傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備在銷(xiāo)售交付用戶后便從此“失聯(lián)”，生產(chǎn)廠家無(wú)法了解設(shè)備的運(yùn)行狀況、用戶的使用狀況，同時(shí)，由于機(jī)械設(shè)備的使用場(chǎng)景在地理位置上非常分散，售后人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前對(duì)故障類(lèi)型一無(wú)所知，也無(wú)法對(duì)維護(hù)所需的備件提前調(diào)配，售后維護(hù)的成本一直居高難下；3）工程機(jī)械設(shè)備復(fù)雜度高，生成過(guò)程效率、能耗及質(zhì)量控制、后市場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)追蹤處理反饋等，都涉及大量的數(shù)據(jù)采集、分析、實(shí)時(shí)反饋應(yīng)用，而目前工廠數(shù)據(jù)處理能力無(wú)法滿足相關(guān)需求。工程機(jī)械生產(chǎn)要實(shí)現(xiàn)高度柔性，不僅生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要高度協(xié)同，還需要利用IT技術(shù)建立起與下游供應(yīng)鏈的自動(dòng)化信息交互模式。通過(guò)邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)邊云協(xié)同適配性靈活，更易于提供包括原材料（長(zhǎng)周期等）等在內(nèi)的全面數(shù)據(jù)綜合分析，為企業(yè)生效率、經(jīng)濟(jì)效益、庫(kù)存優(yōu)化、商業(yè)規(guī)劃等方面的提升提供改良數(shù)據(jù)依據(jù)。國(guó)內(nèi)某機(jī)械裝備行業(yè)龍頭企業(yè)借助信息化時(shí)代的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高度柔性生產(chǎn)。參照離散制造業(yè)邊緣計(jì)算通用架構(gòu)，企業(yè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，綜合應(yīng)用部署了邊緣控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣云的三層架構(gòu)體系，在生產(chǎn)車(chē)間導(dǎo)入自動(dòng)化制造模式，優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，提升設(shè)備生產(chǎn)制造能力。AGV、機(jī)械手臂、數(shù)控機(jī)床、PLC以及智能電表、電機(jī)振動(dòng)監(jiān)控等設(shè)備大量使用，并借助于邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣云，實(shí)現(xiàn)了本地實(shí)時(shí)可靠的聯(lián)動(dòng)和邊云數(shù)據(jù)協(xié)同等能力，很好的應(yīng)對(duì)了離散制造業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)。在實(shí)施生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的智能化改造之前，該機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家的車(chē)間內(nèi)2條泵車(chē)線有800多工人，現(xiàn)在只需要200余人，生產(chǎn)效率大大提升。智能化升級(jí)后的工廠，在四個(gè)維度上提升了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力：1）產(chǎn)能規(guī)模：?jiǎn)蝹€(gè)工廠20個(gè)工位、30余種型號(hào)混裝，單個(gè)工廠2）生產(chǎn)效率：流水化裝配5分鐘下線一臺(tái)挖掘機(jī)，人均產(chǎn)值提高24%，制造成本解決約1億元；3）提升品質(zhì)：減少生產(chǎn)誤操作40%，不良品率下降14%，質(zhì)檢電4）庫(kù)存效率：易損件、備件呆滯庫(kù)存降低40%。（四）船舶制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐現(xiàn)代造船是以統(tǒng)籌優(yōu)化理論為指導(dǎo)，利用成組技術(shù)原理，以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，按區(qū)域組織生產(chǎn)，殼（船體）、舾（舾裝）、涂（涂裝）作業(yè)在空間上分道，時(shí)間上有序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化，均衡、連續(xù)地總裝造船。其中，舾裝作業(yè)是現(xiàn)代造船模式中的重要組成部分，具有產(chǎn)品種類(lèi)多，數(shù)量大的特點(diǎn)，同時(shí)每一種舾裝件針對(duì)不同的船型、船東使用及實(shí)船安裝布置等各方面因素的要求，需要具有不同的型式、規(guī)格及尺寸等，是典型的多品種小批量的離散型生產(chǎn)模式。此外，舾裝件生產(chǎn)具有行業(yè)特殊性，例如插單現(xiàn)象，多以修改單形式存在于舾裝件加工作業(yè)中，在車(chē)間生產(chǎn)流程已然成為生產(chǎn)中的一個(gè)環(huán)節(jié)而非突發(fā)狀況。其特殊性在于：訂單方面，在舾裝件生產(chǎn)過(guò)程中可以將托盤(pán)清單視作為訂單，而托盤(pán)的生產(chǎn)完全取決于船舶的生產(chǎn)計(jì)劃，相較于其它離散制造，在舾裝件的生產(chǎn)節(jié)奏上有更多可調(diào)控的空間；生產(chǎn)設(shè)備方面，舾裝件生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的數(shù)控設(shè)備不多，除了數(shù)控切割機(jī)以外的設(shè)備都是由人工操作，在生產(chǎn)調(diào)度上具備更強(qiáng)的靈活性。此外，舾裝件生產(chǎn)的另一個(gè)特點(diǎn)是“以銷(xiāo)定產(chǎn)”，即舾裝件制造企業(yè)必須在接到訂單之后根據(jù)甲方（船廠）提供的圖紙才可以啟動(dòng)舾裝件的制造，而無(wú)法像汽車(chē)行業(yè)那樣靠預(yù)測(cè)市場(chǎng)先生產(chǎn)汽車(chē)的模式。舾裝件制造類(lèi)似于為客戶提供定制化服務(wù)，個(gè)性化需求高，設(shè)計(jì)變更頻繁，不同船舶建造的要求可能完全不相同，并且通常情況下不同船舶的舾裝件制造從圖紙到原材料、到制造過(guò)程等都是相互獨(dú)立的，因此，舾裝件生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)多樣，有效生產(chǎn)環(huán)節(jié)難以重用，需要解決以下問(wèn)題：1）設(shè)計(jì)與生產(chǎn)協(xié)同，船舶舾裝件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段任務(wù)非常復(fù)雜，無(wú)論是船廠的自制還是外委生產(chǎn)，一旦發(fā)生設(shè)計(jì)更改，必然會(huì)涉及到訂貨信息、托盤(pán)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)際狀態(tài)等大量信息的頻繁交互，任何一個(gè)設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)發(fā)生偏差都會(huì)產(chǎn)生一系列材料、設(shè)備、場(chǎng)地、人員、質(zhì)量等方面的問(wèn)題，進(jìn)而影響生產(chǎn)進(jìn)度；2）制造資源協(xié)同，目前舾裝件生產(chǎn)計(jì)劃和車(chē)間生產(chǎn)嚴(yán)重脫節(jié)，計(jì)劃制定完成后，舾裝件加工車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)一旦出現(xiàn)插單現(xiàn)象等狀況，難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)異常的實(shí)時(shí)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)調(diào)度，一方面難以確保制造資源能夠按時(shí)按量按需到位，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行；另一方面難以高效地利用制造資源，從而實(shí)現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置，降低生產(chǎn)成本，從而導(dǎo)致決策不及時(shí)、計(jì)劃不可用、管控效率低等問(wèn)題；3）生產(chǎn)與管理協(xié)同，在實(shí)際生產(chǎn)中，舾裝件的生產(chǎn)計(jì)劃往往需要頻繁調(diào)整，由于時(shí)常出現(xiàn)缺料、修改單、零散增補(bǔ)等情況，實(shí)際生產(chǎn)無(wú)法完全按照計(jì)劃進(jìn)行，這就要求車(chē)間管理員以及計(jì)劃編制人員能夠及時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)反饋的數(shù)據(jù)，充分了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀態(tài)和進(jìn)度，并基于這些信息，對(duì)接下來(lái)的生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)行更為合理的安排和調(diào)整；但是，目前在舾裝件加工領(lǐng)域所運(yùn)用的信息采集手段主要還是傳統(tǒng)的手工Excel表格輸入，數(shù)據(jù)采集的速度慢，輸入量較大，而且容易出現(xiàn)信息記錄缺失、錯(cuò)誤等情況，在舾裝件加工作業(yè)相關(guān)流程中，部門(mén)間的聯(lián)系多采用電話以及微信進(jìn)行，以及通過(guò)錄入到Excel表格中并作為附件通過(guò)辦公系統(tǒng)發(fā)送，對(duì)于接收到表格的相關(guān)人員而言，這部分信息相對(duì)于實(shí)際情況來(lái)說(shuō)依舊屬于滯后的，通過(guò)相對(duì)滯后的表格就更難以把握實(shí)際情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、作業(yè)計(jì)劃管理精細(xì)化以及資源配置的優(yōu)化，進(jìn)而影響的生產(chǎn)進(jìn)度。在舾裝件的整個(gè)過(guò)程中，上料吊機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、物流小車(chē)、焊接機(jī)器人、打磨機(jī)器人、噴涂機(jī)器人及車(chē)間內(nèi)的視頻監(jiān)控等產(chǎn)生大量生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，面臨海量連接需求和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求，傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)難以滿足。而通過(guò)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和云平臺(tái)，可將通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋C(jī)器和設(shè)備的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在邊緣網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行匯聚采集，并在網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、處理和本地回流，大大降低傳輸時(shí)延，以此提高機(jī)器設(shè)備協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)徹底的生產(chǎn)自動(dòng)化。同時(shí)，設(shè)備狀態(tài)將以更低的時(shí)延上報(bào)至邊緣云，經(jīng)過(guò)邊緣云的分析處理后可對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行有效預(yù)警，降低了生產(chǎn)安全隱患。針對(duì)上述船舶制造領(lǐng)域面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，基于邊緣計(jì)算工程應(yīng)用模板，形成面向船舶舾裝件制造行業(yè)個(gè)性化定制和自組織生產(chǎn)系統(tǒng)解決方案，方案的系統(tǒng)框架如圖6所示，整體解決方案從下到上包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、邊緣計(jì)算層和工業(yè)云三個(gè)層次。1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，主要是構(gòu)成舾裝件生產(chǎn)線常見(jiàn)的數(shù)控切割機(jī)、分揀機(jī)器人、自動(dòng)焊接機(jī)器人、打磨機(jī)器人、AGV等制造相關(guān)設(shè)備。2）邊緣計(jì)算層，包括三個(gè)層次，最下的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)連接各種并將設(shè)備能力以服務(wù)的形式進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)物理上和邏輯上生產(chǎn)設(shè)備之間通信連接；邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)無(wú)線接入網(wǎng)和工業(yè)有線骨干網(wǎng)構(gòu)成，提供實(shí)時(shí)、可靠、安全的通信能力；在此之上，是邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)，其功能類(lèi)似于通用架構(gòu)中的邊緣云，根據(jù)產(chǎn)線的工藝和工序模型，通過(guò)服務(wù)組合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和組合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備業(yè)務(wù)上的協(xié)同化操作，并與MES等云端系統(tǒng)對(duì)接。3）工業(yè)云，主要運(yùn)行MES、ERP等信息系統(tǒng)。在整個(gè)體系中，云端負(fù)責(zé)舾裝件訂單和整體的排產(chǎn)等工作，邊緣側(cè)主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的對(duì)接和協(xié)同調(diào)度，能夠根據(jù)個(gè)性化的訂單需求動(dòng)態(tài)調(diào)整、重組生產(chǎn)設(shè)備的工藝工序，最終達(dá)到支撐快速部署、設(shè)備替換和計(jì)劃調(diào)整等業(yè)務(wù)的快速開(kāi)發(fā)和上線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備之間，生產(chǎn)設(shè)備與被制品以及生產(chǎn)設(shè)備與云管理平臺(tái)的協(xié)同化。本解決方案把車(chē)間內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人智能控制器功能集中部署在生產(chǎn)車(chē)間的邊緣節(jié)點(diǎn)，根據(jù)舾裝制造企業(yè)訂單和生產(chǎn)場(chǎng)景的變化，采用邊緣局部?jī)?yōu)化和云端全局優(yōu)化相結(jié)合的方式，通過(guò)資源-資源、任務(wù)-資源的雙向?qū)崟r(shí)自主通信、交互和決策，實(shí)現(xiàn)多智能體分布式的、進(jìn)而形成一套個(gè)性化的智能生產(chǎn)制造的系統(tǒng)，從而最大化提高舾裝制造車(chē)間生產(chǎn)效率、優(yōu)化制造資源配置、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和能耗?；谠撋a(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)以下的場(chǎng)景：1）不同托盤(pán)中可成組共線生產(chǎn)的舾裝件可全自動(dòng)單件生產(chǎn)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按托盤(pán)管理和配送；2）生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)訂單變化動(dòng)態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)；3）基于預(yù)測(cè)性維護(hù)的生產(chǎn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整和快速維修服務(wù)。（五）定制家具領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐隨著國(guó)內(nèi)居民生活水平的提高，定制家具市場(chǎng)需求不斷發(fā)生變化，已經(jīng)從傳統(tǒng)的消費(fèi)者選擇發(fā)展到現(xiàn)在的消費(fèi)者參與設(shè)計(jì)、企業(yè)定制生產(chǎn)的消費(fèi)方式，定制化趨勢(shì)正在重塑整個(gè)行業(yè)的營(yíng)銷(xiāo)和生產(chǎn)模式。在工廠端的實(shí)際生產(chǎn)制造上，定制家具的生產(chǎn)物料端種類(lèi)多且變化快，工序獨(dú)立且工藝項(xiàng)多，是屬于用戶直連制造（Customer-to-Manufacturer，C2M）中非常典型的離散制造行業(yè)應(yīng)用。目前，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有數(shù)字化賦能導(dǎo)致各環(huán)節(jié)孤立，造成生產(chǎn)效率低、訂單差錯(cuò)率高，且工藝品控和訂單流轉(zhuǎn)強(qiáng)依賴(lài)于工人的經(jīng)驗(yàn)值及工廠的人員管理水平，主要面臨以下幾個(gè)方面挑戰(zhàn)：1）物料管理：木板原材料、五金配件和成品倉(cāng)的管理都是基于人工手動(dòng)輸入的方式同步到ERP系統(tǒng)中，出錯(cuò)概率高，需要不定期進(jìn)行物料盤(pán)點(diǎn)；2）生產(chǎn)前端鏈路：目前在門(mén)店、設(shè)計(jì)端打通從訂單的設(shè)計(jì)文件到用于拼單、審單和拆單優(yōu)化的生產(chǎn)管理軟件，并最終生成設(shè)備需要的生產(chǎn)文件，但工廠內(nèi)部整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；3）生產(chǎn)鏈路：開(kāi)料、封邊、打孔、質(zhì)檢和包裝各環(huán)節(jié)完全獨(dú)立運(yùn)作，各節(jié)點(diǎn)由于缺少數(shù)字化過(guò)程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工序調(diào)度、訂單實(shí)時(shí)跟蹤和排產(chǎn)優(yōu)化；4）以櫥柜的生產(chǎn)為例，原材料和五金配件種類(lèi)繁多，各模塊的生產(chǎn)工序也相對(duì)獨(dú)立，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息碎片化嚴(yán)重，各生產(chǎn)功能環(huán)節(jié)呈現(xiàn)孤島狀態(tài)。定制家具邊緣計(jì)算解決方案根據(jù)生產(chǎn)工廠的實(shí)際情況，把MES中對(duì)于實(shí)時(shí)性沒(méi)有要求的中心化能力部署在云端，去掉在工廠端獨(dú)立部署的邊緣服務(wù)器，同時(shí)把MES中對(duì)于實(shí)時(shí)性及可靠性要求高的功能，通過(guò)多臺(tái)端側(cè)設(shè)備形成的分布式邊緣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。參照離散制造業(yè)邊緣計(jì)算通用架構(gòu)，在邊緣網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)