適用于IIoT的邊緣計算設備

作者/易曦露 NI中國嵌入式市場(chǎng)技術(shù)工程師

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)最重要的趨勢，是越來(lái)越多的廠(chǎng)商注意到了邊緣的重要性。在以前的IIoT結構中，IT端通常扮演著(zhù)更為重要的角色，所有的數據分析、數據挖掘和數據決策都在云端完成，而設備端只是用來(lái)收集數據。因此，以往的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構對設備端并沒(méi)有特別高的要求。但對于工業(yè)設備而言，很多數據的分析和處理都具有實(shí)時(shí)性、低延遲的要求，例如協(xié)同、控制等時(shí)間敏感的信號，而數據與云端通信的低傳輸速度與帶寬限制，是無(wú)法支持這些實(shí)時(shí)性的要求的。

因此，“邊緣計算”的概念應運而生。邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的網(wǎng)絡(luò )邊緣側，融合網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲、應用核心能力的開(kāi)放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)。需要強調的是，真正適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的“邊緣計算”設備并不僅僅是傳統的控制器或者網(wǎng)關(guān)，而是需要滿(mǎn)足3個(gè)必備能力：采集邊緣數據、智能的運算能力和可操作的決策反饋。

首先，“邊緣計算”設備也應該是邊緣側數據采集設備，數據采集是邊緣計算的基礎，從工業(yè)設備到消費電子，一切設備都是數據的來(lái)源。

其次，“邊緣計算”設備需要有基于機器學(xué)習的智能運算能力，尤其是能夠跨越邊緣側和云端提供智能化的運算能力。對于工業(yè)設備而言，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最重要的價(jià)值，在于根據收集到的數據分析設備的實(shí)際運行狀態(tài)，通過(guò)預測性維護的手段，最大程度降低企業(yè)因為非預期停機造成的經(jīng)濟損失。但由于各個(gè)不同領(lǐng)域之間的異構性，我們難以用一套通用的分析算法運用到所有的工業(yè)設備中。因此，基于現場(chǎng)海量數據模型訓練的機器學(xué)習成為了最佳的解決方案。良好的運算性能和數據管理，也是“邊緣計算”設備的必要能力。

第三，“邊緣計算”設備不僅僅是完成采集和運算，還需要提供可操作的決策反饋。管理層可以根據數據分析獲得相關(guān)決策建議，由執行器或者設備本身直接完成決策過(guò)程。這就意味著(zhù)邊緣設備需要有連接至決策執行系統的開(kāi)放性。

邊緣計算將運算分散在靠近數據源的近端設備處理，分擔云平臺的工作量，具有更高的實(shí)時(shí)性、效率以及更低的延遲，隨著(zhù)汽車(chē)、工廠(chǎng)資產(chǎn)、醫療設備、機器人等工業(yè)設備連接數量的指數型增長(cháng)，將會(huì )有越來(lái)越多的工業(yè)應用采用邊緣計算。在未來(lái)，邊緣計算將與云計算互相協(xié)同，共同助力各行各業(yè)的數字化轉型。

NI的IIoT解決方案

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，NI走的很早，可以說(shuō)是積累了十余年的經(jīng)驗。從2000年開(kāi)始，NI 就開(kāi)始推出針對設備狀態(tài)在線(xiàn)監測的硬件及軟件產(chǎn)品，專(zhuān)門(mén)用于重要工業(yè)資產(chǎn)的預測性維護。由模塊化的硬件平臺和強大靈活的軟件平臺構成的NI整體解決方案能夠有力支撐IIoT領(lǐng)域的技術(shù)變遷，幫助客戶(hù)從實(shí)驗室直達量產(chǎn)，到目前為止，NI已經(jīng)聯(lián)合生態(tài)系統，推出了從設備端到?jīng)Q策端的完整的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

NI的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案解決了邊緣計算最關(guān)鍵的兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：高性能的邊緣節點(diǎn)，以及專(zhuān)業(yè)的數據管理。

首先，NI為工程師提供高性能的數據采集硬件平臺，擔任設備端邊緣節點(diǎn)，可以同時(shí)完成對設備狀態(tài)的數據收集與在線(xiàn)預處理。正如我們之前提到的，對于邊緣節點(diǎn)而言，最重要的是具有高性能、智能化的采集和運算能力。NI的硬件恰恰能滿(mǎn)足這一要求?；谝訤PGA為核心的硬件架構，設備能夠實(shí)現高速的數據分析和控制，以及系統的快速部署。此外，采用模塊化的IO接口和開(kāi)放的系統架構，能夠輕松的將設備連接至任意種類(lèi)的傳感設備、執行器以及第三方系統，完成決策反饋。

其次，在數據管理方面，NI也推出了一系列專(zhuān)用的軟件產(chǎn)品，包括企業(yè)級狀態(tài)監測軟件InsightCM，分布式系統集中管理軟件SystemLink，海量數據管理及分析套件Diadem，以及在去年最新推出的LabVIEW機器學(xué)習工具包，能夠在邊緣側或云端提供專(zhuān)用于垂直工業(yè)領(lǐng)域的集中化數據管理和數據挖掘。同時(shí)，NI還大力投入機器學(xué)習領(lǐng)域，將人工智能這一熱點(diǎn)技術(shù)應用到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，通過(guò)對邊緣節點(diǎn)收集到的設備信息進(jìn)行模型訓練和驗證，實(shí)現預測性維護的優(yōu)化商業(yè)決策，真正實(shí)現IT+OT的技術(shù)融合。

此外，對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，NI一直在關(guān)注最新的技術(shù)趨勢，并不斷做出創(chuàng )新。例如從2016年起，NI就持續推出支持TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )）的邊緣節點(diǎn)設備，能夠實(shí)現納秒級別的同步精度，并且不受傳輸距離的影響，支持幾百米的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)部署完全不在話(huà)下，特別適用于較大規模的分布式系統中設備之間的同步。對最新技術(shù)的投入也讓NI在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分布式測量領(lǐng)域更進(jìn)一步。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的浪潮中，NI聯(lián)合眾多合作伙伴，共同完善整個(gè)IIoT的系統架構，在多個(gè)細分垂直行業(yè)都已具有成功案例，例如在能源電力領(lǐng)域，中廣核借助NI的平臺搭建了針對核電站設備的在線(xiàn)監測和維護系統，實(shí)現了對應急柴油機組高達180通道的在線(xiàn)監測。而在軌道交通領(lǐng)域，中國中車(chē)四方機車(chē)也與NI合作，完成了針對高鐵軸承的分布式監測及預測性維護。在這些落地方案中，NI的解決方案覆蓋了從設備端，到廠(chǎng)級服務(wù)器，再到企業(yè)級服務(wù)器和云端的完整范圍，為工業(yè)企業(yè)提供端到端的系統互聯(lián)。而未來(lái)，我們也希望將這一方案應用到更多的領(lǐng)域中，為企業(yè)創(chuàng )造更大的工業(yè)價(jià)值。