智能制造是將先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和自動化系統(tǒng)融合，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能化、靈活性和高效管理。但是傳統(tǒng)的工業(yè)控制器已經(jīng)難以滿足這些需求,因此迫切需要一種新型的邊緣計算控制器來滿足智能制造的要求。邊緣計算控制器作為信息技術(shù)(IT)和運(yùn)營技術(shù)(OT)之間的關(guān)鍵接口,在實現(xiàn)邊緣計算、數(shù)據(jù)處理和設(shè)備控制等方面發(fā)揮著重要作用。

邊緣計算控制器的架構(gòu)

一種典型的邊緣計算控制器通常由三個主要部分組成:設(shè)備層、邊緣層和云層。

1. 設(shè)備層（Device Layer）

設(shè)備層主要由傳感器和控制器組成，這些設(shè)備負(fù)責(zé)直接采集和控制物理世界中的信息。典型設(shè)備包括智能手機(jī)、自動駕駛汽車、機(jī)器人和工廠設(shè)備等。它們通過傳感器捕捉數(shù)據(jù)，并通過控制器來執(zhí)行特定的操作。這些設(shè)備會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)首先被發(fā)送到邊緣層進(jìn)行初步處理。功能：

數(shù)據(jù)采集：通過傳感器持續(xù)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)或環(huán)境變量（如溫度、速度、光照等）。

執(zhí)行控制：通過控制器來觸發(fā)相關(guān)操作，如設(shè)備啟?；蚬δ苷{(diào)整。

2. 邊緣層（Edge Layer）

邊緣層是數(shù)據(jù)的第一道處理防線。通過邊緣節(jié)點/服務(wù)器，該層負(fù)責(zé)對來自設(shè)備層的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理、過濾、簡化和緩存，從而減少延遲并提升響應(yīng)速度。在某些情況下，邊緣設(shè)備可以根據(jù)算法直接做出決策，而無需將所有數(shù)據(jù)傳輸至云端。功能：

數(shù)據(jù)處理與簡化：將設(shè)備層產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、篩選、預(yù)處理，保留核心數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)緩沖與緩沖：應(yīng)對突發(fā)的數(shù)據(jù)流量，防止云端因數(shù)據(jù)過載而出現(xiàn)瓶頸。

控制反應(yīng)：在本地進(jìn)行即時決策，特別是對低延遲要求較高的應(yīng)用場景，如自動駕駛和工業(yè)控制。

虛擬化：可以在邊緣層中運(yùn)行虛擬機(jī)或容器，以便對多個設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制。

3. 云層（Cloud Layer）

云層是整個架構(gòu)的頂層，主要用于大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)倉庫。云服務(wù)器從邊緣層接收簡化和處理后的數(shù)據(jù)，然后利用更強(qiáng)大的計算資源進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練和存儲管理。云端還負(fù)責(zé)全局?jǐn)?shù)據(jù)的長期存儲和復(fù)雜任務(wù)的運(yùn)算，如人工智能模型的訓(xùn)練和優(yōu)化。功能：

大數(shù)據(jù)處理：云服務(wù)器能夠處理來自多個邊緣節(jié)點的大量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和分析。

數(shù)據(jù)倉庫：存儲海量數(shù)據(jù)，提供歷史數(shù)據(jù)的查詢與分析功能。

全球互聯(lián)：通過互聯(lián)網(wǎng)連接各地的邊緣服務(wù)器，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的協(xié)作和數(shù)據(jù)共享。

邊緣計算控制器的關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,是IoRT的核心。IIoT實現(xiàn)了機(jī)器人、傳感器和其他設(shè)備之間的無縫通信和協(xié)作,為自動化和智能化奠定了基礎(chǔ)。溫度、壓力、接近、運(yùn)動和力/扭矩等傳感器在監(jiān)控制造設(shè)備和流程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,提供了有關(guān)運(yùn)營效率、預(yù)測性維護(hù)和產(chǎn)品質(zhì)量的寶貴見解。

1.邊緣物聯(lián)網(wǎng)

邊緣物聯(lián)網(wǎng)支持實時決策、減少延遲、提高帶寬效率并提高整體可靠性。即使在網(wǎng)絡(luò)連接間歇性或有限的情況下,邊緣計算也可以確保生產(chǎn)不間斷并最大限度減少中斷。同時,它還能夠提高數(shù)據(jù)隱私和安全性,因為敏感數(shù)據(jù)可以在本地進(jìn)行處理。

2.可編程邏輯控制器(PLC)

PLC充當(dāng)IoRT生態(tài)系統(tǒng)中的自動化協(xié)調(diào)者,管理和協(xié)調(diào)互連的設(shè)備、機(jī)器和系統(tǒng)。PLC提供實時數(shù)據(jù),為決策者提供有價值的信息,以進(jìn)行主動維護(hù)和優(yōu)化資源分配。它們在設(shè)備之間的無縫數(shù)據(jù)交換和通信中發(fā)揮關(guān)鍵作用,簡化生產(chǎn)工作流程并實現(xiàn)同步。

3.傳感器

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的"眼睛"和"耳朵",使機(jī)器人能夠與周圍環(huán)境交互并了解環(huán)境。溫度、壓力、接近、運(yùn)動和力/扭矩傳感器等在監(jiān)控制造設(shè)備和流程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,提供有關(guān)運(yùn)營效率、預(yù)測性維護(hù)和產(chǎn)品質(zhì)量的寶貴信息。

4.生成式人工智能

生成式人工智能是一項可以利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和模式,創(chuàng)建新穎的設(shè)計、解決方案和優(yōu)化策略,徹底改變機(jī)器人設(shè)計,實現(xiàn)機(jī)器人動作和制造流程的自動化。

5.與ERP系統(tǒng)的集成

將IoRT與企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)集成提供了一種整體的制造管理方法。ERP系統(tǒng)充當(dāng)資源規(guī)劃、庫存管理和生產(chǎn)調(diào)度的中心樞紐。通過將IoRT數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)連接,制造商可以獲得實時生產(chǎn)洞察、優(yōu)化庫存管理、增強(qiáng)的預(yù)測性維護(hù)、無縫生產(chǎn)計劃以及質(zhì)量控制和合規(guī)性等優(yōu)勢。

6.人機(jī)交互(HMI)和用戶體驗(UX)

HMI和UX在最大限度發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)潛力方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。直觀且用戶友好的界面可實現(xiàn)操作員和機(jī)器人系統(tǒng)之間的無縫交互,提高生產(chǎn)力并縮短學(xué)習(xí)曲線,增強(qiáng)整體用戶體驗。

結(jié)語

邊緣計算控制器作為IT和OT之間的關(guān)鍵接口,在實現(xiàn)邊緣計算、數(shù)據(jù)處理和設(shè)備控制等方面發(fā)揮著重要作用。其分層架構(gòu)使其具有良好的可擴(kuò)展性和可重用性,可以適用于多種類型的工業(yè)設(shè)備控制應(yīng)用。協(xié)作機(jī)器人、計算機(jī)視覺和人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、邊緣物聯(lián)網(wǎng)、PLC、傳感器、數(shù)據(jù)分析以及生成式人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的融合,為邊緣計算控制器賦予了強(qiáng)大的功能。同時,與ERP系統(tǒng)的集成以及HMI和UX的優(yōu)化,進(jìn)一步提升了邊緣計算控制器在智能制造中的應(yīng)用價值。未來,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,邊緣計算控制器必將在工業(yè)自動化和智能制造領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。