邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)件計劃丨西門子工業(yè)邊緣助力工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級
導(dǎo)讀
2020年5月，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡稱“聯(lián)盟/AII”）發(fā)起我國首個邊緣計算產(chǎn)業(yè)促進(jìn)項目“邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)件計劃”，旨在形成“技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研制、產(chǎn)品檢測、應(yīng)用示范、規(guī)模商用”的產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，推動我國邊緣計算發(fā)展邁向新階段。
經(jīng)過中國信息通信研究院集中測試，西門子自主研發(fā)的西門子工業(yè)邊緣產(chǎn)品SIMATIC-IPC 227 邊緣設(shè)備和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品SIMATIC IOT2050通過“邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)件計劃”產(chǎn)品評測。
西門子工業(yè)邊緣產(chǎn)品架構(gòu)
在邁向工業(yè)4.0的今天，5G、人工智能、邊緣計算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，引領(lǐng)著新一輪的工業(yè)變革，驅(qū)動著中國工業(yè)向產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化的方向不斷前進(jìn)。各行各業(yè)通過新技術(shù)的賦能，最后走向從萬物互聯(lián)到萬物智能的新經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)。
西門子通過工業(yè)邊緣、人工智能等新興技術(shù)，幫助客戶不斷挖掘數(shù)字化潛力，借助西門子全套的數(shù)字化解決方案，實現(xiàn)整個價值鏈的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
西門子工業(yè)邊緣，融合了信息技術(shù)領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲和智能應(yīng)用的核心能力，并將最新的人工智能等技術(shù)融入邊緣計算，為企業(yè)提供安全、實時、靈活的工業(yè)現(xiàn)場本地數(shù)據(jù)處理解決方案。為了使工業(yè)邊緣場景更加易于落地，西門子提供多種邊緣設(shè)備、統(tǒng)一的管理平臺、豐富的邊緣應(yīng)用及開放的線上應(yīng)用商店。同時，西門子還致力于建立領(lǐng)先的工業(yè)邊緣生態(tài)，為企業(yè)和合作伙伴創(chuàng)造更多價值。
西門子工業(yè)邊緣分為三個層級，它們分別執(zhí)行不同的功能。
首先，是最頂層的工業(yè)邊緣中心，用于監(jiān)視多個工業(yè)邊緣管理平臺，并且可以存儲、瀏覽和下載工業(yè)邊緣APP，在這里，大家可以找到由西門子和合作伙伴開發(fā)的針對多種行業(yè)和應(yīng)用場景的APP。
第二層，平臺層，工業(yè)邊緣管理平臺。邊是用于集中管理所有已連接邊緣設(shè)備的軟件平臺。它處于工廠車間層級，可以同時監(jiān)控上百臺已連接設(shè)備的狀態(tài)，并且在目標(biāo)邊緣設(shè)備上安裝邊緣應(yīng)用和升級軟件功能，將功能從云端轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)系統(tǒng)。
第三層，設(shè)備層，是部署了工業(yè)邊緣運行系統(tǒng)的邊緣設(shè)備，在數(shù)據(jù)生成現(xiàn)場就可以進(jìn)行采集和處理，并且支持和自動化設(shè)備的集成和執(zhí)行容器化的邊緣應(yīng)用。這里的一臺邊緣設(shè)備可以同時運行多個應(yīng)用APP。目前西門子已發(fā)布了包括SIMATIC 227 和 427E等多種邊緣設(shè)備，并且有不同算力和內(nèi)存的產(chǎn)品可供選擇，可以滿足多種場景的需求。其中，SIMATIC-IPC 227 邊緣設(shè)備已通過了由中國信息通信研究院開展的“邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)件計劃”評測。它內(nèi)置了工業(yè)邊緣計算的軟件系統(tǒng)，除了提供美觀易用的網(wǎng)頁訪問方式外，還可直接通過工業(yè)邊緣管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。它連接了OT和IT兩個層級，為IT應(yīng)用提供了便捷的數(shù)據(jù)連接性和運行平臺。通過它，可以讀取工業(yè)現(xiàn)場的自動化實時數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理后，用多種多樣的可視化圖表展示各項實時狀態(tài)和KPI數(shù)據(jù)；為保證工廠重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕部梢詫⒅匾獢?shù)據(jù)上傳到工廠的私有存儲服務(wù)器或是公有云上。同時，它也可通過集中管理的特點，更好地為終端客戶提供服務(wù)。
“邊緣計算標(biāo)準(zhǔn)件計劃”證書
中心層、平臺層和設(shè)備層共同構(gòu)成了西門子工業(yè)邊緣的整體系統(tǒng)架構(gòu)。貫穿其中的是邊緣應(yīng)用APP，可以在頂層的邊緣中心找到合適的應(yīng)用進(jìn)行下載，下載到工廠本地的邊緣管理平臺中，再由邊緣管理平臺一次性下發(fā)到工廠內(nèi)上百臺的邊緣設(shè)備中，簡單又高效。工業(yè)邊緣的架構(gòu)，需要硬件、平臺、軟件應(yīng)用的共同配合，才能協(xié)同作用，發(fā)揮最大優(yōu)勢。
在應(yīng)用層，西門子結(jié)合了工業(yè)用戶的專業(yè)需求，開發(fā)和發(fā)布了不同層級的應(yīng)用APP產(chǎn)品。這些應(yīng)用分為三類：最底層的連接應(yīng)用，可以和現(xiàn)場設(shè)備以及云進(jìn)行通訊，支持多種主流協(xié)議；中間層的數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)做好傳遞；而上層的功能應(yīng)用，是最貼近用戶的APP，他們可以解決不同的問題，比如創(chuàng)建可視化的數(shù)據(jù)留模型。分析產(chǎn)線的運行狀況，分析和優(yōu)化機(jī)器設(shè)備的產(chǎn)能，固定資產(chǎn)管理，能源管理等等。
這一層級上，除了西門子的APP，更有合作伙伴，基于西門子工業(yè)邊緣平臺開發(fā)的更多針對行業(yè)場景的APP，包括機(jī)器視覺檢測和預(yù)測性維護(hù)。合作伙伴只需要將任何開發(fā)平臺開發(fā)的應(yīng)用，由Docker容器技術(shù)進(jìn)行打包，就可以輕松部署到西門子邊緣平臺上。
而西門子工業(yè)邊緣的優(yōu)勢在于：
開放式技術(shù)架構(gòu)
在現(xiàn)場設(shè)備級別運行基于IT容器技術(shù)的應(yīng)用程序，實現(xiàn)強(qiáng)大復(fù)雜的功能。
一體化管理平臺
使用邊緣管理平臺，實現(xiàn)跨地域邊緣設(shè)備及應(yīng)用靈活管理。
豐富的數(shù)據(jù)通訊
打破自動化和IT系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)屏障，使數(shù)據(jù)通訊更簡單、更迅速。
低維護(hù)易更新
應(yīng)用及固件版本根據(jù)實際場景維護(hù)，批量管理，縮短時間。
海量硬件設(shè)備支持
未來邊緣系統(tǒng)將集成到 HMI、IPC 和 PLC 中，最大化滿足現(xiàn)場需求。
打造完整生態(tài)
突破IT和OT界限，實現(xiàn)軟件和硬件的互聯(lián)互通，吸引不同角色用戶構(gòu)建生態(tài)。
“生產(chǎn)可視化”應(yīng)用方案
在工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，也會遇到各類問題，比如：
每條產(chǎn)線的設(shè)備狀態(tài)不明確
沒有全面的OEE監(jiān)測
無法采集多種自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)
難以依據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率
為解決客戶的這些需求，西門子工業(yè)邊緣推出了這套生產(chǎn)可視化應(yīng)用方案。擁有它，您可以：
即插即用，實現(xiàn)快速部署
無需停產(chǎn)，即可進(jìn)行本地實時數(shù)據(jù)分析
全面實時的OEE監(jiān)測
利用PLC節(jié)拍時間，分析根本原因
助力工廠降本增效
這套應(yīng)用方案，包含運行在邊緣計算設(shè)備上的App，分別是：
Performance Insight
從DataService 里面獲得設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理。在這個環(huán)節(jié)，我們可以通過編輯不同生產(chǎn)性能指標(biāo)公式，來獲取OEE的分析結(jié)果，并通過儀表盤、趨勢圖、甘特圖、餅圖等圖表展示出來。
S7 connector/OPC UA connector等數(shù)據(jù)連接型App
它們可以連接多臺PLC，獲取其中的數(shù)據(jù)。以S7 connector為例，它最多可以同時連接8臺設(shè)備，并采集至多6000個采樣頻率為1Hz的變量，或600個采樣頻率為10Hz的變量。
IE DataBus
接收數(shù)據(jù)連接型App傳來的數(shù)據(jù)，是IED（邊緣設(shè)備）中數(shù)據(jù)流通的中轉(zhuǎn)站。以IPC 227為例，IE DataBus的數(shù)據(jù)吞吐量最大約為70MB/s。
IE DataService
可以存儲IE DataBus中的設(shè)備運行數(shù)據(jù)，以IPC 227為例，DataService最多支持每秒鐘2000條數(shù)據(jù)寫入。
這套應(yīng)用方案，可用于不同應(yīng)用場景的生產(chǎn)可視化分析。比如：OEE計算和汽車生產(chǎn)節(jié)拍分析。
OEE場景
OEE場景
節(jié)拍分析場景
“OT/IT數(shù)據(jù)無縫連接”應(yīng)用方案
其實，在工業(yè)現(xiàn)場，工廠數(shù)據(jù)在信息存儲和安全上，也會面臨各類挑戰(zhàn)和痛點，比如：
難以將數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)焦净蜻x擇的公共云。
數(shù)據(jù)來自不同的設(shè)備供應(yīng)商、不同種類PLC，以及使用不同連接應(yīng)用的工廠，因此難以收集。
需處理不同的信息點及信息格式。
而西門子工業(yè)邊緣“OT/IT數(shù)據(jù)無縫連接”應(yīng)用方案可以助力工廠：
在邊端采集大量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)清洗后上傳至云端。
可實現(xiàn)CSV格式導(dǎo)出。
可通過Flow Creator或者自定義應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，降低上傳到云端的數(shù)據(jù)量，節(jié)省流量和帶寬。
通過應(yīng)用MQTT通訊協(xié)議的Cloud Connector，連接至云端。
西門子工業(yè)邊緣生態(tài)構(gòu)建
除了提供整套軟硬件產(chǎn)品架構(gòu)，西門子還致力于建立領(lǐng)先的工業(yè)邊緣生態(tài)，為用戶和合作伙伴創(chuàng)造更多價值。依托于開放的技術(shù)平臺，來自O(shè)T和IT領(lǐng)域的多家應(yīng)用程序開發(fā)伙伴、解決方案伙伴和工程服務(wù)伙伴，也加入了工業(yè)邊緣的生態(tài)，他們將最新的技術(shù)應(yīng)用，如人工智能、機(jī)器視覺、預(yù)測性維護(hù)等超強(qiáng)技術(shù)融入到邊緣計算中，為企業(yè)解決了生產(chǎn)中難以用傳統(tǒng)自動化技術(shù)解決的痛點，帶來了巨大價值。
在滾滾向前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)浪潮中，西門子作為生態(tài)的創(chuàng)建者，不僅為大家提供全套體系的軟硬件產(chǎn)品、應(yīng)用商店、技術(shù)支持、交流社群等，也將以積極開放的姿態(tài)、全新的商業(yè)模式和“博大精深，同心致遠(yuǎn)”的精神，加速各產(chǎn)業(yè)IT和OT融合，賦能食品飲料、汽車制造、智慧農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速落地，助力中國工業(yè)企業(yè)從自動化邁向數(shù)智化。
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