離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書

1、目錄 HYPERLINK l _TOC_250019 一、離制造展面臨挑戰(zhàn)緣計(jì)算應(yīng)用值1 HYPERLINK l _TOC_250018 （一）散制迎來新發(fā)展遇1（二）2 HYPERLINK l _TOC_250017 制約散制轉(zhuǎn)型發(fā)的關(guān)素2 HYPERLINK l _TOC_250016 邊緣算帶工業(yè)現(xiàn)價(jià)值4 HYPERLINK l _TOC_250015 （三）散制邊緣計(jì)應(yīng)用情況8 HYPERLINK l _TOC_250014 邊緣制器層8 HYPERLINK l _TOC_250013 邊緣關(guān)層10 HYPERLINK l _TOC_250012 邊緣層10 HYPERLINK l _

2、TOC_250011 二、離制造緣計(jì)算施架技術(shù)體系11 HYPERLINK l _TOC_250010 （一）散制邊緣計(jì)實(shí)施構(gòu)11 HYPERLINK l _TOC_250009 （二）散制邊緣計(jì)關(guān)鍵術(shù)12 HYPERLINK l _TOC_250008 緣智能12 HYPERLINK l _TOC_250007 構(gòu)計(jì)算13 HYPERLINK l _TOC_250006 聯(lián)互技術(shù)14 HYPERLINK l _TOC_250005 服務(wù)14 HYPERLINK l _TOC_250004 算遷移15 HYPERLINK l _TOC_250003 三、離制造緣計(jì)算決方踐15 HYPERLIN

3、K l _TOC_250002 （一）車生造領(lǐng)域緣計(jì)決方案踐16 HYPERLINK l _TOC_250001 臨問和挑戰(zhàn)16 HYPERLINK l _TOC_250000 緣計(jì)解決案實(shí)踐18踐效果19（二）電子制域邊緣算解案實(shí)踐20臨問和挑戰(zhàn)20緣計(jì)解決案實(shí)踐21踐效果23（三）程機(jī)域邊緣算解案實(shí)踐24臨問和挑戰(zhàn)24緣計(jì)解決案實(shí)踐25踐效果26（四）舶制域邊緣算解案實(shí)踐26臨問和挑戰(zhàn)26緣計(jì)解決案實(shí)踐29踐效果31（五）制家域邊緣算解案實(shí)踐31臨問和挑戰(zhàn)31緣計(jì)解決案實(shí)踐32踐效果33四、離制造緣計(jì)算展趨建議34（一）散制邊緣計(jì)未來望34（二）散制邊緣計(jì)技術(shù)業(yè)化發(fā)建議35產(chǎn)業(yè)發(fā)展議35技

4、術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議36圖表目錄圖1 邊緣算通架構(gòu)9圖2 離散造業(yè)緣計(jì)算施參構(gòu)12圖3 智能線終架構(gòu)19圖4 電子產(chǎn)數(shù)化車間決方構(gòu)22圖5 智能產(chǎn)系架構(gòu)26630圖7 定制具生系統(tǒng)解方案構(gòu)33一、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)迎來新的發(fā)展機(jī)遇智能化階段不斷躍升。（二）離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)邊緣計(jì)算能力的需求分析制約離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵因素在互單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化軟件的結(jié)構(gòu)化和柔性化不足，缺少開放式接口， 設(shè)備間缺少統(tǒng)一的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)（ProgrammableLogicControllerPLC） 系統(tǒng)和IT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)在目前的信息安全

5、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)，與 系統(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。ISA-95邊緣計(jì)算帶來的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)價(jià)值邊緣計(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放體系，形成新的生態(tài)模式，OT 與IT OTITOTIT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)（Time Sensitive Networking, TSN）5G邊緣計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)離散制造系統(tǒng)實(shí)時(shí)工業(yè)軟件開發(fā)的軟硬Guided Vehicle，AGV）調(diào)度等功能封裝在邊邊緣計(jì)算平臺(tái)可以進(jìn)一步促進(jìn)離散制造系統(tǒng)的IT/OT邊緣計(jì)算平臺(tái)既連接OTIT

6、ITIT/OT/（三）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用基本情況1邊緣控制器層平臺(tái)管理虛擬化平平臺(tái)管理虛擬化平臺(tái)管理運(yùn)維管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采集邊緣緩存數(shù)據(jù)預(yù)處理業(yè)務(wù)應(yīng)用管理智能邊緣云東西向協(xié)同業(yè)務(wù)指令上下行傳輸任務(wù)編排調(diào)度邊云協(xié)同建模工具應(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)算計(jì)算網(wǎng)關(guān)東西向協(xié)同設(shè)備管理操作系統(tǒng)日志授權(quán)通訊管理設(shè)備注冊(cè)管理輕量級(jí)容器邊緣智能邊緣控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換TSN設(shè)備編輯開發(fā)環(huán)境開發(fā)算法功能庫策略執(zhí)行控制PLC運(yùn)動(dòng)控制控制器東西向協(xié)同PLC機(jī)器人數(shù)控機(jī)床機(jī)械手AGV工控機(jī)掃碼槍儀表云平臺(tái)數(shù)據(jù)上傳模型微服務(wù)下發(fā)數(shù)據(jù)采集控制輸出1 邊緣計(jì)算通用架構(gòu).機(jī)床門禁.攝像頭沖床現(xiàn)場(chǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)云平臺(tái)數(shù)據(jù)上

7、傳模型微服務(wù)下發(fā)數(shù)據(jù)采集控制輸出1 邊緣計(jì)算通用架構(gòu).機(jī)床門禁.攝像頭沖床現(xiàn)場(chǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)管理邊緣云邊緣網(wǎng)關(guān)層OPC UA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)互相通等功能。邊緣云層ITOT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)2（計(jì)算平臺(tái)通過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) 撐邊緣側(cè)應(yīng)用的靈活部署和升級(jí)。 能效優(yōu)化 部署運(yùn)維 能效優(yōu)化 部署運(yùn)維設(shè)計(jì)協(xié)同制造協(xié)同供應(yīng)鏈協(xié)同部署運(yùn)維平臺(tái)互操作管理業(yè)務(wù)編排資源管理數(shù)據(jù)服務(wù)模型服務(wù)應(yīng)用開發(fā) 生產(chǎn)優(yōu)化. 邊云協(xié)同離散制造生產(chǎn)計(jì)劃管理離散制造執(zhí)行過程邊緣管控離散制造預(yù)算管理數(shù)據(jù)分析.數(shù)據(jù)預(yù)處理 數(shù)

8、據(jù)分析 邊緣智能 .業(yè)邊緣計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)預(yù)處理智能商務(wù)分析質(zhì)量管理 設(shè)備接入 結(jié)構(gòu)管理 數(shù)據(jù)緩存運(yùn)營智能異構(gòu)計(jì)算設(shè)備管理 協(xié)議轉(zhuǎn)換 PLC控制 運(yùn)動(dòng)控制離散制造倉儲(chǔ)運(yùn)輸與物流管理自動(dòng)化立體庫AGV管理.最優(yōu)揀選路徑計(jì)算倉庫進(jìn)出庫管理離散制造業(yè)邊緣設(shè)備及系統(tǒng)決策下發(fā)離散制造業(yè)邊緣設(shè)備及系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃運(yùn)營管理系統(tǒng)CAX數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸出離散制造加工與生產(chǎn)線MES 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及倉儲(chǔ)管 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)及倉儲(chǔ)管 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)理系統(tǒng)決策下發(fā)采集庫存管理庫存管理系統(tǒng)倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)倉儲(chǔ)數(shù)據(jù)PDM運(yùn)營數(shù)據(jù)HMIPLCERPSCMCRM執(zhí)行設(shè)備傳感器機(jī)器人機(jī)床.運(yùn)輸系統(tǒng)ERPSCMCRM執(zhí)行設(shè)備傳感器

9、機(jī)器人機(jī)床.運(yùn)輸系統(tǒng)計(jì)劃合同采購生產(chǎn)倉儲(chǔ)圖 2 離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)（二）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)邊緣智能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-云數(shù)據(jù)中心協(xié)同才能開展完整的智能模型訓(xùn)練，以上操作配合應(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)異構(gòu)計(jì)算了將不同類型指令集和不同體系架構(gòu)的計(jì)算單元協(xié)同起來的異構(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、互聯(lián)互通技術(shù)OPC UA Over TSNTSNOPC UA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+OPC UA 在整體上使得工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)

10、據(jù)實(shí)現(xiàn)了透微服務(wù)IT計(jì)算遷移計(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)處理三、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐離散制造的產(chǎn)品往往由多個(gè)零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序的內(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、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)（一）汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)70%以上的綜2）生產(chǎn)制造階段，該過程主要來自于邊緣的現(xiàn)場(chǎng)制造端，與中心端 的產(chǎn)品資料形成電子檔案供多維度查詢追溯。/出 率低下；77712邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐總傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)（naung Ect

11、n yem，ES，工統(tǒng)計(jì)；效考核；APS系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃智能產(chǎn)線終端工藝防錯(cuò)完工標(biāo)簽打印圖 3 智能產(chǎn)線終端架構(gòu)實(shí)踐效果智能產(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：（二）電子制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)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、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，使得生邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐AGV1）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，AGVA G VSRMPLMERPPAAS/PAASCRM.4 電子生產(chǎn)數(shù)字化車間解決方案架構(gòu)2）基于邊

12、緣網(wǎng)關(guān)和邊緣云平臺(tái)搭建車間數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，面向生(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)TXT HTTP WebService ETL OPC UASRMPLMERPPAAS/PAASCRM.4 電子生產(chǎn)數(shù)字化車間解決方案架構(gòu)2）基于邊緣網(wǎng)關(guān)和邊緣云平臺(tái)搭建車間數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，面向生(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)TXT HTTP WebService ETL 基于邊緣云平臺(tái)開發(fā)和提供各種車間生產(chǎn)制造執(zhí)行應(yīng)用，包括生產(chǎn)過程管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管控、物料管理等工業(yè)APP；節(jié)管等；生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同及生產(chǎn)過程優(yōu)化管理， 實(shí)現(xiàn)與企業(yè)資源管理系統(tǒng)nrie eue Pnng，P實(shí)踐效果3

13、099.5285% 100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，上層ERP（三）工程機(jī)械領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)整個(gè)生產(chǎn)過程。為了提升生產(chǎn)效率，AGV、機(jī)械臂、數(shù)控機(jī)床、PLC 難下；IT（綠色環(huán)保等（邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐提升設(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)。5 智能生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)3. 5 智能生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)3. 實(shí)踐效果280020020301005241子化率 100%；40%。（四）船舶制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)、舾（舾裝、涂（涂裝靈制（船廠決以下問題：Ex

14、cel 表格輸入，數(shù)據(jù)采集的速度慢，輸入量較大，而且容Excel 表格中這部分信息相對(duì)于實(shí)際情況來說依舊屬于滯后的，通過相對(duì)滯后的表MES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)行匯聚邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐6現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，主要是構(gòu)成舾裝件生產(chǎn)線常見的數(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ERPMES船舶工業(yè)云平臺(tái).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等邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OPC-UA邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OPC-UAMES系統(tǒng)接口工藝模型工業(yè)服務(wù)組合ERPMES船舶工業(yè)云平臺(tái)

15、.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等邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OPC-UA邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OPC-UAMES系統(tǒng)接口工藝模型工業(yè)服務(wù)組合工序模型邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)工業(yè)數(shù)據(jù)安全邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)車間級(jí)工業(yè)SDN+TSN控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)安全WIA-FA工業(yè)無線接入網(wǎng)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)框架工業(yè)云，主要運(yùn)行 MES、ERP 等信息系統(tǒng)。在整個(gè)體系中， 實(shí)踐效果本解決方案把車間內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人智能控制器功能集中部署在（五）定制家具領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)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)人工手動(dòng)輸入的方式同步到ERP邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐定制家具邊緣計(jì)算解決方案根據(jù)生產(chǎn)工廠的實(shí)際情況，把 MES 中MESPersonal Computer，IPC）作為中心化節(jié)點(diǎn)，主要考慮開料是板材生產(chǎn)的第一IPCIPCIPC圖 7 定制家具生產(chǎn)系統(tǒng)解決方案架構(gòu)實(shí)