面向工業(yè)應(yīng)用的邊緣計算 應(yīng)用指南

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中華人民共和國國家標準

GB/TXXXXX—XXXX

面向工業(yè)應(yīng)用的邊緣計算應(yīng)用指南

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（征求意見稿）

2022.5

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

GB/TXXXXX—XXXX

目??次

前言.................................................................................II

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語和定義.........................................................................1

3.1工業(yè)邊緣計算industryedgecomputing..........................................1

3.2工業(yè)邊緣設(shè)備industryedgecomputingdevice...................................1

3.3工業(yè)邊緣控制器industryedgecontroller.........................................1

3.4工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)industryedgegateway............................................1

3.5工業(yè)邊緣服務(wù)器industryedgeserver............................................1

3.6現(xiàn)場設(shè)備fieldequipment.......................................................2

4縮略語.............................................................................2

5工業(yè)邊緣計算應(yīng)用導(dǎo)則...............................................................2

6工業(yè)邊緣計算設(shè)備選型...............................................................3

6.1工業(yè)邊緣計算設(shè)備分類...........................................................3

6.2通用功能.......................................................................3

6.3差異化功能.....................................................................3

7工業(yè)邊緣控制器使用.................................................................4

8工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)使用...................................................................4

9工業(yè)邊緣服務(wù)器使用.................................................................5

10工業(yè)邊緣計算應(yīng)用模式..............................................................6

附錄A（資料性附錄）工業(yè)邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)指南.........................................7

A.1目標...........................................................................7

A.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).......................................................................7

附錄B（資料性附錄）工業(yè)邊緣計算應(yīng)用場景指南.........................................8

B.1應(yīng)用體系架構(gòu)...................................................................8

B.2應(yīng)用場景1——過程控制優(yōu)化......................................................8

B.3應(yīng)用場景2——能效優(yōu)化..........................................................8

B.4應(yīng)用場景3——預(yù)測性維護........................................................9

I

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面向工業(yè)應(yīng)用的邊緣計算應(yīng)用指南

1范圍

本標準為工業(yè)系統(tǒng)集成商、邊緣計算設(shè)備供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)運營商在進行面向工業(yè)應(yīng)用的“云-邊-端”

協(xié)同的新型邊緣計算方案設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、邊緣計算設(shè)備選型時提供普遍性、原則性、方向性的指導(dǎo)和

建議。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

20192140-T-469物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算第1部分：通用要求

H-2018007222工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算邊緣節(jié)點模型與要求：邊緣云

20170039-T-604數(shù)字化車間通用技術(shù)要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1工業(yè)邊緣計算industryedgecomputing

在靠近工業(yè)現(xiàn)場或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的分布式開放平

臺，為工業(yè)應(yīng)用就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足工業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、

安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。

注：本標準中邊緣計算都是指面向工業(yè)的邊緣計算，簡稱為工業(yè)邊緣計算。

3.2工業(yè)邊緣設(shè)備industryedgecomputingdevice

工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣服務(wù)器等具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的共性特點，符

合工業(yè)不同層級應(yīng)用對實時性、可靠性等能力要求，在邊緣計算中提供網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源的物理

設(shè)備。

3.3工業(yè)邊緣控制器industryedgecontroller

部署在工業(yè)現(xiàn)場，具有增強的網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等能力，可以運行基于機器學(xué)習的智能算法，并完

成實時控制的控制器（單元）。

3.4工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)industryedgegateway

部署在工業(yè)現(xiàn)場，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能聯(lián)接物理和數(shù)字世界，提供輕量化的聯(lián)接管理、

實時數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用管理功能的網(wǎng)關(guān)。

3.5工業(yè)邊緣服務(wù)器industryedgeserver

1

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位于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，連接多個工業(yè)邊緣網(wǎng)管，提供連接管理、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用管理功能的低延時、

輕量化的服務(wù)器。

3.6現(xiàn)場設(shè)備fieldequipment

通過設(shè)備自身功能以及同其他輔助設(shè)備協(xié)同來執(zhí)行車間具體生產(chǎn)工藝的設(shè)備，包括加工設(shè)備、物流

設(shè)備、質(zhì)量檢測設(shè)備以及維護設(shè)備等。

注：源自20170039-T-604數(shù)字化車間通用技術(shù)要求。

4縮略語

5G5thgenerationmobilenetworks第5代無線蜂窩通信技術(shù)

TSNTime-SensitiveNetworking時間敏感網(wǎng)絡(luò)

MESManufacturingExecutionSystem制造執(zhí)行系統(tǒng)

OpenPlatformCommunicationUnified

OPCUA開放平臺通信統(tǒng)一架構(gòu)

Architecture

5工業(yè)邊緣計算應(yīng)用導(dǎo)則

典型離散制造業(yè)、流程工業(yè)中的智能工廠、數(shù)字化車間可分為設(shè)備層、控制層、企業(yè)層及外部網(wǎng)絡(luò)

四個層級，在不同層級實施的邊緣計算類應(yīng)用對設(shè)備的通信、計算、存儲有著不同需求，可分為工業(yè)邊

緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)和工業(yè)邊緣服務(wù)器三類。

工業(yè)邊緣計算分層應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1工業(yè)邊緣計算應(yīng)用架構(gòu)

在工業(yè)現(xiàn)場不同層級部署的邊緣計算類應(yīng)用，主要解決的問題和典型應(yīng)用場景描述如下：

a)設(shè)備層

2

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通過現(xiàn)場設(shè)備本體或者通用工業(yè)邊緣控制器，使得智能儀表、工業(yè)機器人等現(xiàn)場設(shè)備具備網(wǎng)絡(luò)通信、

端邊云協(xié)同交互、軟硬件自診斷、遠程運維、功能可重構(gòu)、邊緣計算及邊緣決策等功能。

b)控制層

邊緣計算在控制層主要通過工業(yè)邊緣控制器，基于采集的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)（如，傳感器數(shù)據(jù)、視頻流

等）完成數(shù)據(jù)的分析、處理和計算，實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化、視覺檢測、故障診斷等智能應(yīng)用，并將結(jié)果反

饋至控制器或現(xiàn)場設(shè)備。

c)企業(yè)層

通過工業(yè)邊緣服務(wù)器以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，連接工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、外部云平臺等設(shè)備，

基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輔助MES、ERP等系

統(tǒng)進行實時質(zhì)量管控與反饋調(diào)節(jié)，為數(shù)字化車間提供數(shù)據(jù)分析與處理、生產(chǎn)過程優(yōu)化，提升產(chǎn)品質(zhì)量和

生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)的綜合質(zhì)量管理優(yōu)化，以及全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同與優(yōu)化。

6工業(yè)邊緣計算設(shè)備選型

6.1工業(yè)邊緣計算設(shè)備分類

按照工業(yè)邊緣計算設(shè)備的能力差異，通用設(shè)備分為以下三種：

a)工業(yè)邊緣控制器：對采集到的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和視頻圖像進行輕量級的實時處理、分析和決策，

并將結(jié)果反饋至現(xiàn)場設(shè)備或控制器，以提升工業(yè)設(shè)備智能性和自治性，并可接受云端應(yīng)用下發(fā)

及分擔云端負荷。

b)工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)：支持大量、異構(gòu)設(shè)備接入及不同協(xié)議轉(zhuǎn)換，具有比工業(yè)邊緣控制器更強大的邊

緣計算能力，為接入的設(shè)備提供計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源，并可接受云端應(yīng)用下發(fā)及分擔云端負

荷。

c)工業(yè)邊緣服務(wù)器：可為工廠內(nèi)所有設(shè)備和系統(tǒng)提供彈性擴展的計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源，支持復(fù)

雜人工智能、大數(shù)據(jù)分析等算法的集成，支持輕量的深度學(xué)習等模型訓(xùn)練方法，并將相關(guān)模型

或應(yīng)用下發(fā)至工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)，可接受云端應(yīng)用下發(fā)及分擔云端負荷。

6.2通用功能

工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器選型時應(yīng)重點考慮如下通用功能：

a)開放服務(wù)功能：應(yīng)支持統(tǒng)一的服務(wù)調(diào)用API接口，邊緣應(yīng)用可通過該接口調(diào)用有權(quán)限的服務(wù)能

力。

b)遠程運維功能：應(yīng)支持遠程固件升級、應(yīng)用升級、遠程配置能力。

c)運行監(jiān)控功能：應(yīng)對設(shè)備自身的硬件、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，包括：CPU、內(nèi)存、磁盤、流量、

帶寬等；應(yīng)提供告警規(guī)則的配置，并可根據(jù)規(guī)則產(chǎn)生告警信息。

d)日志管理功能：宜提供記錄日志，可以進行分類管理，包括：系統(tǒng)日志、服務(wù)日志、應(yīng)用日志、

設(shè)備日志、告警日志等，日志記錄應(yīng)帶有時間戳。

e)安全服務(wù)功能

——宜具備防攻擊功能，如DoS、端口掃描等；

——宜支持設(shè)備、人員的鑒權(quán)和認證，白名單、黑名單設(shè)置，實現(xiàn)訪問權(quán)限控制；

——宜支持為工業(yè)應(yīng)用的敏感數(shù)據(jù)（如：設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)）提供安全存

儲、訪問功能。

6.3差異化功能

3

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工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器選型時應(yīng)結(jié)合實際應(yīng)用場景，重點考慮如下差異

化能力：

a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：與不同層級設(shè)備、系統(tǒng)及云平臺之間的網(wǎng)絡(luò)通信功能，如：現(xiàn)場總線、工業(yè)以

太網(wǎng)、工業(yè)無線、5G等。

2)計算性能：支持不同復(fù)雜度的工業(yè)邊緣計算應(yīng)用所需要的硬件資源(如：CPU、GPU、FPGA

等),以及應(yīng)用程序執(zhí)行的能力。

3)存儲性能：支持實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分布式存儲及緩存等。

4)可用性：在規(guī)定條件下和規(guī)定時刻或時間段內(nèi)，處于要求的功能或狀態(tài)的能力。

b)功能指標

1)開放編程功能：應(yīng)支持不同標準編程語言（如，C、C++、Java）編寫的不同工業(yè)邊緣計

算應(yīng)用的跨操作系統(tǒng)、跨平臺環(huán)境的部署能力。

2)虛擬化功能：將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等功能與硬件解耦，實現(xiàn)工業(yè)邊緣計算應(yīng)用的快速靈活

部署。

3)數(shù)據(jù)處理功能：支持對采集的數(shù)據(jù)進行過濾、清洗、聚合、分析、優(yōu)化、分發(fā)等處理功能；

4)協(xié)同功能：支持不同邊緣計算節(jié)點之間及其與云平臺之間的資源調(diào)度、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用部

署、管理協(xié)調(diào)等功能。

5)智能計算功能：通過機器學(xué)習、統(tǒng)計波形、機理模型等模型算法，以及深度學(xué)習等模型訓(xùn)

練方法，實現(xiàn)智能化應(yīng)用。

6)設(shè)備管理功能：宜對接入的設(shè)備進行參數(shù)配置及狀態(tài)監(jiān)視。

7工業(yè)邊緣控制器使用

工業(yè)邊緣控制器可以是獨立的具有邊緣計算功能的IPC、嵌入式設(shè)備，也可以是集成在PLC、DCS

中的專用擴展模塊，可具備如下能力：

a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：應(yīng)具備特定現(xiàn)場總線（Hart、Modbus、Profibus）、工業(yè)以太網(wǎng)(ModbusTCP、

Profinet、Etherncat)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)（WIA-PA、WIA-FA、5G）的通信能力?？蛇B接工業(yè)

現(xiàn)場的PLC、DCS控制器，工業(yè)機器人、智能儀表等。

2)計算性能：滿足控制周期需求內(nèi)的復(fù)雜算法計算處理能力。

3)存儲性能：具備滿足計算需求所需時間內(nèi)的數(shù)據(jù)緩存能力。

b)功能指標

1)開放編程功能：應(yīng)提供統(tǒng)一的圖形化編程方法，支持不同類型指令集、跨平臺運行；

2)數(shù)據(jù)處理功能：支持對采集的實時數(shù)據(jù)進行過濾、分析、優(yōu)化、分發(fā)等處理功能；

3)協(xié)同功能：支持多臺工業(yè)邊緣控制器形成的分布式集群，實現(xiàn)工業(yè)邊緣控制器之間的功能

擴展及協(xié)作。

4)智能計算功能：應(yīng)具備對采集到的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和視頻圖像進行輕量級的實時處理、分析

和決策的能力。

8工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)使用

工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式采集現(xiàn)場設(shè)備、控制器中的數(shù)據(jù)，并具備開放編程能力，并將處

理后的數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)邊緣服務(wù)器或云平臺，可具備如下能力：

4

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a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：

——應(yīng)具備與工業(yè)現(xiàn)場的PLC、DCS控制器，工業(yè)機器人、智能儀表等設(shè)備互聯(lián)互通的能力，支

持現(xiàn)場總線（如，Hart、Modbus、Profibus等）、工業(yè)以太網(wǎng)(如，ModbusTCP、Profinet、Etherncat

等)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)（如，WIA-PA、WIA-FA等）等通信協(xié)議。

——應(yīng)具備與MES等信息系統(tǒng)、工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣服務(wù)器、云平臺等之間的通信能力（如，

HTTP、MQTT、OPCUA等）。

——可支持TSN、5G、Wifi6等新型網(wǎng)絡(luò)。

2)計算性能：工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)執(zhí)行高并發(fā)狀態(tài)下的復(fù)雜運算應(yīng)滿足系統(tǒng)所需的實時性需求，宜

采用多核處理器。

3)存儲性能：應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需要，提供一定時間內(nèi)異構(gòu)數(shù)據(jù)（包括時序數(shù)據(jù)、過程與BOM圖

數(shù)據(jù)，以及工程非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等）的存儲。

b)功能指標

1)開放編程功能：應(yīng)支持標準的編程語言（如，C、C++、Java、Python）。

2)虛擬化功能：宜將工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，支持工業(yè)邊緣計算應(yīng)用

的遷移和靈活部署。

3)數(shù)據(jù)處理功能：應(yīng)支持對來自于不同設(shè)備的大量數(shù)據(jù)進行過濾、清洗、聚合、分析、優(yōu)

化、分發(fā)等處理功能。

4)協(xié)同功能：應(yīng)支持不同工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)之間及其與工業(yè)邊緣服務(wù)器、云平臺之間的資源調(diào)度、

數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用部署、管理協(xié)調(diào)等功能。

5)智能計算功能：應(yīng)支持大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習、統(tǒng)計波形、機理模型等模型算法的部署。

6)設(shè)備管理功能：應(yīng)對接入的所有設(shè)備進行參數(shù)配置及狀態(tài)監(jiān)視。

9工業(yè)邊緣服務(wù)器使用

工業(yè)邊緣服務(wù)器可以是邊緣側(cè)單個或者多個分布式協(xié)同的服務(wù)器，應(yīng)具備如下能力：

a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：

——應(yīng)具備與MES等信息系統(tǒng)、工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、云平臺等之間的通信能力（如，

HTTP、MQTT、OPCUA等）；

——可支持TSN、5G、Wifi6等新型網(wǎng)絡(luò)。

2)計算性能：

——工業(yè)邊緣服務(wù)器執(zhí)行大量設(shè)備接入和高并發(fā)狀態(tài)下的復(fù)雜運算應(yīng)滿足系統(tǒng)所需的實時性需求，

應(yīng)采用多核處理器。

——工業(yè)邊緣服務(wù)器基于存儲的大量歷史數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習訓(xùn)練，生成復(fù)雜的工業(yè)控制算法，并

將算法部署到工業(yè)邊緣控制器或工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)；

——工業(yè)邊緣服務(wù)器基于復(fù)雜的工業(yè)控制算法完成計算，并將計算結(jié)果反饋給工業(yè)邊緣控制器，實

現(xiàn)優(yōu)化控制；

——工業(yè)邊緣服務(wù)器完成實時數(shù)據(jù)的分析，并將分析結(jié)果上傳至外部網(wǎng)絡(luò)中的云平臺，在云平臺上

完成復(fù)雜算法的訓(xùn)練和計算。

3)存儲性能：應(yīng)提供長時間內(nèi)大量異構(gòu)數(shù)據(jù)（包括時序數(shù)據(jù)、過程與BOM圖數(shù)據(jù)，以及工

程非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等）的存儲，可為工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)提供滿足應(yīng)用需求的分

布式存儲能力擴展。

5

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4)可用性：應(yīng)通過磁盤冗余、電源系統(tǒng)冗余、雙網(wǎng)卡實現(xiàn)工業(yè)邊緣服務(wù)器的存儲、供電、網(wǎng)

絡(luò)的高可用。

b)功能指標

1)虛擬化功能：應(yīng)實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化層，支持工業(yè)邊緣計算應(yīng)用的遷移和

靈活部署。

2)數(shù)據(jù)處理功能：應(yīng)支持對大量接入設(shè)備的海量數(shù)據(jù)進行過濾、清洗、聚合、分析、優(yōu)化、

分發(fā)等處理功能；

3)協(xié)同功能：應(yīng)支持不同工業(yè)邊緣服務(wù)器之間及其與工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、云平

臺之間的資源調(diào)度、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用部署、管理協(xié)調(diào)等功能。

4)智能計算功能：應(yīng)支持機器學(xué)習、統(tǒng)計波形、機理模型等算法訓(xùn)練和算法執(zhí)行，可將訓(xùn)練

后的模型下發(fā)至工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)和工業(yè)邊緣控制器，實現(xiàn)智能化應(yīng)用。

5)設(shè)備管理功能：應(yīng)對接入的所有設(shè)備進行參數(shù)配置及狀態(tài)監(jiān)視；

10工業(yè)邊緣計算應(yīng)用模式

面向工業(yè)應(yīng)用的邊緣計算體系可以包含工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器中的一種

或多種，典型應(yīng)用模式以及場景描述如表1所示。

表1工業(yè)邊緣計算應(yīng)用模式

應(yīng)用工業(yè)邊緣工業(yè)邊工業(yè)邊緣

所在層級場景描述

模式控制器緣網(wǎng)關(guān)服務(wù)器

運行復(fù)雜控制類算法，輔助現(xiàn)場PLC、DCS

1√控制層

完成復(fù)雜控制功能

在“應(yīng)用模式1”之上，提供靈活可擴展

控制層、

2√√的AI算法訓(xùn)練、部署能力，完成基于圖

企業(yè)層

像、工業(yè)大數(shù)據(jù)等的智能應(yīng)用

邊緣網(wǎng)關(guān)連接各種現(xiàn)場設(shè)備，進行工業(yè)

協(xié)議的轉(zhuǎn)換和適配，統(tǒng)一接入到邊緣計

3√企業(yè)層

算網(wǎng)絡(luò)中，并將設(shè)備能力以服務(wù)的形式

進行封裝，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的集成與互通

在“應(yīng)用模式3”之上，工業(yè)邊緣服務(wù)器

主要運行ERP等企業(yè)級信息系統(tǒng)，負責訂

單和整體的排產(chǎn)等工作，能夠根據(jù)個性

4√√企業(yè)層

化的訂單需求，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的動態(tài)調(diào)

整、生產(chǎn)設(shè)備的替換以及工藝工序的快

速調(diào)整和部署

綜合應(yīng)用工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)

關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器的三層架構(gòu)體系，

控制層、

5√√√提升設(shè)備生產(chǎn)制造能力、優(yōu)化制造資源

企業(yè)層

配置、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和

能耗、最大化生產(chǎn)效率

6

GB/TXXXXX—XXXX

AA

附錄A

（資料性附錄）

工業(yè)邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)指南

A.1目標

本示例通過5G、TSN等新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，為工業(yè)提供更低成本、符合工業(yè)應(yīng)用要求的運算與通信

能力，幫助工業(yè)用戶實現(xiàn)面向工業(yè)4.0的智能應(yīng)用。

A.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

各部分功能描述如下:

5G用戶設(shè)備：包含5G通信模組的工業(yè)設(shè)備。

5GUPF：5G用戶數(shù)據(jù)平面。

5GCP：5G控制平面。

5GBridge：5G與工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)橋接設(shè)備。

TSNBridge：TSN與5G網(wǎng)絡(luò)橋接設(shè)備。

圖A.1工業(yè)邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示例

7

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BB

附錄B

（資料性附錄）

工業(yè)邊緣計算應(yīng)用場景指南

B.1應(yīng)用體系架構(gòu)

無論在設(shè)備層、控制層還是企業(yè)層，工業(yè)邊緣計算應(yīng)用均包含單點或者大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、包含數(shù)據(jù)

分析與處理的復(fù)雜運算與存儲、數(shù)據(jù)反饋至現(xiàn)場設(shè)備/控制器/信息系統(tǒng)，三個過程，應(yīng)用架構(gòu)示例如下

圖：

圖B.1工業(yè)邊緣計算應(yīng)用架構(gòu)示例

B.2應(yīng)用場景1——過程控制優(yōu)化

在工業(yè)邊緣控制器中部署智能算法（例如，傳統(tǒng)的遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法；人工智能相

關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習等），完成對復(fù)雜對象的優(yōu)化控制。

本應(yīng)用場景中邊緣控制器可能支持的邊緣計算功能如下：

——對基于模型的預(yù)測控制系統(tǒng)（例如，PID參數(shù)優(yōu)化等）進行模型參數(shù)的實時優(yōu)化；

——對MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）控制系統(tǒng)的參數(shù)矩陣進行實時優(yōu)化；

——對多個控制器組成的分布式系統(tǒng)完成協(xié)同控制優(yōu)化；

——支持報警事件的顯示優(yōu)化,簡化緊急事件的響應(yīng)處理機制，實現(xiàn)異常的及早發(fā)現(xiàn)與處理。

B.3應(yīng)用場景2——能效優(yōu)化

在邊緣網(wǎng)關(guān)中部署智能算法（例如，教與學(xué)算法、粒子群算法、雞群算法、遺傳算法、人工蜂群算

法等），完成對耗能設(shè)備的優(yōu)化控制。

本應(yīng)用場景中邊緣網(wǎng)關(guān)可能支持的邊緣計算功能如下：

——對基于能耗模型的設(shè)備預(yù)測控制系統(tǒng)進行模型參數(shù)的實時優(yōu)化；

8

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——對多個耗能設(shè)備組成的生產(chǎn)線完成協(xié)同控制優(yōu)化；

——對基于能源控制模型的能耗管控系統(tǒng)的參數(shù)完成車間能效實時優(yōu)化；

B.4應(yīng)用場景3——預(yù)測性維護

在工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器中部署智能算法（例如，深度學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），從設(shè)備運行狀態(tài)

的故障特征中確定需要進行監(jiān)測的故障特征參數(shù)及其失效閾值，基于狀態(tài)監(jiān)測進行設(shè)備剩余壽命的估計

與模型的優(yōu)化。

圖B.2邊緣計算在預(yù)測性維護場景中的應(yīng)用

本應(yīng)用場景中工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器可能支持的邊緣計算功能如下：

——可實時將獲取和傳送工業(yè)機器人運行過程中的異常數(shù)據(jù)并進行維護；

——可監(jiān)測傳感器的多級閾值及提取設(shè)備的運行狀態(tài)特征，建立設(shè)備狀態(tài)特征模型并識別異常狀

態(tài)；

——可基于狀態(tài)監(jiān)測建立壽命預(yù)測與維護時序規(guī)劃相結(jié)合的多設(shè)備系統(tǒng)預(yù)測性維護優(yōu)化模型；

_________________________________

9

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前??言

本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起

草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。

本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。

本文件由全國工業(yè)過程測量和自動化標準化技術(shù)委員會（SAC/TC124）歸口。

本文件起草單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、中國信息通信研究院、中國科學(xué)院沈陽

自動化研究所、重慶機電智能制造有限公司、重慶盟訊電子科技有限公司、陜煤集團榆林化學(xué)有限責任

公司

本文件主要起草人：公彥杰、曾鵬、王哲、劉丹、宋純賀、黃穎、趙艷領(lǐng)、鄭秋平、王洲、夏長清、

張恒升、岳相軍、冷冶、柳明楊、胡鐘顥、武東升

本標準為首次發(fā)布。

II

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面向工業(yè)應(yīng)用的邊緣計算應(yīng)用指南

1范圍

本標準為工業(yè)系統(tǒng)集成商、邊緣計算設(shè)備供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)運營商在進行面向工業(yè)應(yīng)用的“云-邊-端”

協(xié)同的新型邊緣計算方案設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、邊緣計算設(shè)備選型時提供普遍性、原則性、方向性的指導(dǎo)和

建議。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

20192140-T-469物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算第1部分：通用要求

H-2018007222工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算邊緣節(jié)點模型與要求：邊緣云

20170039-T-604數(shù)字化車間通用技術(shù)要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1工業(yè)邊緣計算industryedgecomputing

在靠近工業(yè)現(xiàn)場或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的分布式開放平

臺，為工業(yè)應(yīng)用就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足工業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、

安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。

注：本標準中邊緣計算都是指面向工業(yè)的邊緣計算，簡稱為工業(yè)邊緣計算。

3.2工業(yè)邊緣設(shè)備industryedgecomputingdevice

工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣服務(wù)器等具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的共性特點，符

合工業(yè)不同層級應(yīng)用對實時性、可靠性等能力要求，在邊緣計算中提供網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源的物理

設(shè)備。

3.3工業(yè)邊緣控制器industryedgecontroller

部署在工業(yè)現(xiàn)場，具有增強的網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等能力，可以運行基于機器學(xué)習的智能算法，并完

成實時控制的控制器（單元）。

3.4工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)industryedgegateway

部署在工業(yè)現(xiàn)場，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能聯(lián)接物理和數(shù)字世界，提供輕量化的聯(lián)接管理、

實時數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用管理功能的網(wǎng)關(guān)。

3.5工業(yè)邊緣服務(wù)器industryedgeserver

1

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位于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，連接多個工業(yè)邊緣網(wǎng)管，提供連接管理、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用管理功能的低延時、

輕量化的服務(wù)器。

3.6現(xiàn)場設(shè)備fieldequipment

通過設(shè)備自身功能以及同其他輔助設(shè)備協(xié)同來執(zhí)行車間具體生產(chǎn)工藝的設(shè)備，包括加工設(shè)備、物流

設(shè)備、質(zhì)量檢測設(shè)備以及維護設(shè)備等。

注：源自20170039-T-604數(shù)字化車間通用技術(shù)要求。

4縮略語

5G5thgenerationmobilenetworks第5代無線蜂窩通信技術(shù)

TSNTime-SensitiveNetworking時間敏感網(wǎng)絡(luò)

MESManufacturingExecutionSystem制造執(zhí)行系統(tǒng)

OpenPlatformCommunicationUnified

OPCUA開放平臺通信統(tǒng)一架構(gòu)

Architecture

5工業(yè)邊緣計算應(yīng)用導(dǎo)則

典型離散制造業(yè)、流程工業(yè)中的智能工廠、數(shù)字化車間可分為設(shè)備層、控制層、企業(yè)層及外部網(wǎng)絡(luò)

四個層級，在不同層級實施的邊緣計算類應(yīng)用對設(shè)備的通信、計算、存儲有著不同需求，可分為工業(yè)邊

緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)和工業(yè)邊緣服務(wù)器三類。

工業(yè)邊緣計算分層應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1工業(yè)邊緣計算應(yīng)用架構(gòu)

在工業(yè)現(xiàn)場不同層級部署的邊緣計算類應(yīng)用，主要解決的問題和典型應(yīng)用場景描述如下：

a)設(shè)備層

2

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通過現(xiàn)場設(shè)備本體或者通用工業(yè)邊緣控制器，使得智能儀表、工業(yè)機器人等現(xiàn)場設(shè)備具備網(wǎng)絡(luò)通信、

端邊云協(xié)同交互、軟硬件自診斷、遠程運維、功能可重構(gòu)、邊緣計算及邊緣決策等功能。

b)控制層

邊緣計算在控制層主要通過工業(yè)邊緣控制器，基于采集的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)（如，傳感器數(shù)據(jù)、視頻流

等）完成數(shù)據(jù)的分析、處理和計算，實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化、視覺檢測、故障診斷等智能應(yīng)用，并將結(jié)果反

饋至控制器或現(xiàn)場設(shè)備。

c)企業(yè)層

通過工業(yè)邊緣服務(wù)器以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，連接工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、外部云平臺等設(shè)備，

基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輔助MES、ERP等系

統(tǒng)進行實時質(zhì)量管控與反饋調(diào)節(jié)，為數(shù)字化車間提供數(shù)據(jù)分析與處理、生產(chǎn)過程優(yōu)化，提升產(chǎn)品質(zhì)量和

生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)的綜合質(zhì)量管理優(yōu)化，以及全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同與優(yōu)化。

6工業(yè)邊緣計算設(shè)備選型

6.1工業(yè)邊緣計算設(shè)備分類

按照工業(yè)邊緣計算設(shè)備的能力差異，通用設(shè)備分為以下三種：

a)工業(yè)邊緣控制器：對采集到的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和視頻圖像進行輕量級的實時處理、分析和決策，

并將結(jié)果反饋至現(xiàn)場設(shè)備或控制器，以提升工業(yè)設(shè)備智能性和自治性，并可接受云端應(yīng)用下發(fā)

及分擔云端負荷。

b)工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)：支持大量、異構(gòu)設(shè)備接入及不同協(xié)議轉(zhuǎn)換，具有比工業(yè)邊緣控制器更強大的邊

緣計算能力，為接入的設(shè)備提供計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源，并可接受云端應(yīng)用下發(fā)及分擔云端負

荷。

c)工業(yè)邊緣服務(wù)器：可為工廠內(nèi)所有設(shè)備和系統(tǒng)提供彈性擴展的計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源，支持復(fù)

雜人工智能、大數(shù)據(jù)分析等算法的集成，支持輕量的深度學(xué)習等模型訓(xùn)練方法，并將相關(guān)模型

或應(yīng)用下發(fā)至工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)，可接受云端應(yīng)用下發(fā)及分擔云端負荷。

6.2通用功能

工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器選型時應(yīng)重點考慮如下通用功能：

a)開放服務(wù)功能：應(yīng)支持統(tǒng)一的服務(wù)調(diào)用API接口，邊緣應(yīng)用可通過該接口調(diào)用有權(quán)限的服務(wù)能

力。

b)遠程運維功能：應(yīng)支持遠程固件升級、應(yīng)用升級、遠程配置能力。

c)運行監(jiān)控功能：應(yīng)對設(shè)備自身的硬件、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，包括：CPU、內(nèi)存、磁盤、流量、

帶寬等；應(yīng)提供告警規(guī)則的配置，并可根據(jù)規(guī)則產(chǎn)生告警信息。

d)日志管理功能：宜提供記錄日志，可以進行分類管理，包括：系統(tǒng)日志、服務(wù)日志、應(yīng)用日志、

設(shè)備日志、告警日志等，日志記錄應(yīng)帶有時間戳。

e)安全服務(wù)功能

——宜具備防攻擊功能，如DoS、端口掃描等；

——宜支持設(shè)備、人員的鑒權(quán)和認證，白名單、黑名單設(shè)置，實現(xiàn)訪問權(quán)限控制；

——宜支持為工業(yè)應(yīng)用的敏感數(shù)據(jù)（如：設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)）提供安全存

儲、訪問功能。

6.3差異化功能

3

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工業(yè)邊緣控制器、工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、工業(yè)邊緣服務(wù)器選型時應(yīng)結(jié)合實際應(yīng)用場景，重點考慮如下差異

化能力：

a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：與不同層級設(shè)備、系統(tǒng)及云平臺之間的網(wǎng)絡(luò)通信功能，如：現(xiàn)場總線、工業(yè)以

太網(wǎng)、工業(yè)無線、5G等。

2)計算性能：支持不同復(fù)雜度的工業(yè)邊緣計算應(yīng)用所需要的硬件資源(如：CPU、GPU、FPGA

等),以及應(yīng)用程序執(zhí)行的能力。

3)存儲性能：支持實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分布式存儲及緩存等。

4)可用性：在規(guī)定條件下和規(guī)定時刻或時間段內(nèi)，處于要求的功能或狀態(tài)的能力。

b)功能指標

1)開放編程功能：應(yīng)支持不同標準編程語言（如，C、C++、Java）編寫的不同工業(yè)邊緣計

算應(yīng)用的跨操作系統(tǒng)、跨平臺環(huán)境的部署能力。

2)虛擬化功能：將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等功能與硬件解耦，實現(xiàn)工業(yè)邊緣計算應(yīng)用的快速靈活

部署。

3)數(shù)據(jù)處理功能：支持對采集的數(shù)據(jù)進行過濾、清洗、聚合、分析、優(yōu)化、分發(fā)等處理功能；

4)協(xié)同功能：支持不同邊緣計算節(jié)點之間及其與云平臺之間的資源調(diào)度、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用部

署、管理協(xié)調(diào)等功能。

5)智能計算功能：通過機器學(xué)習、統(tǒng)計波形、機理模型等模型算法，以及深度學(xué)習等模型訓(xùn)

練方法，實現(xiàn)智能化應(yīng)用。

6)設(shè)備管理功能：宜對接入的設(shè)備進行參數(shù)配置及狀態(tài)監(jiān)視。

7工業(yè)邊緣控制器使用

工業(yè)邊緣控制器可以是獨立的具有邊緣計算功能的IPC、嵌入式設(shè)備，也可以是集成在PLC、DCS

中的專用擴展模塊，可具備如下能力：

a)性能指標

1)網(wǎng)絡(luò)性能：應(yīng)具備特定現(xiàn)場總線（Hart、Modbus、Profibus）、工業(yè)以太網(wǎng)(ModbusTCP、

Profinet、Etherncat)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)（WIA-PA、WIA-FA、5G）的通信能力?？蛇B接工業(yè)

現(xiàn)場的PLC、DCS控制器，工業(yè)機器人、智能儀表等。

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