离散制造业边缘计算解决方案白皮书课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,离散制造业边缘计算解决方案白皮书课件,1,离散制造业边缘计算,解决方案白皮书,中国信息通信研究院,工业互联网产业联盟,2020年4月,离散制造业边缘计算中国信息通信研究院,2,致,谢,本白皮书由中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）牵,头、工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、华为技术有限公司、,中国科学院沈阳自动化研究所、广州中国科学院沈阳自动化研究所分,所、树根互联技术有限公司、和利时科技集团有限公司、机械工业仪,器仪表综合技术经济研究所、阿里巴巴网络技术有限公司、北京亚控,科技发展有限公司、华中科技大学、中国联合网络通信有限公司网络,技术研究院、北京邮电大学等联合撰写发布。,白皮书编写组成员：时晓光、王哲、罗松、宋华振、史扬、肖金,超、胡晓晶、陈冰、王永辉、李天辉、刘学东、武兆宝、张硕、吕华,章、刘秋妍、卢铁林、程晓磊、郎平、刘金娣、薛俊礼。,白皮书编写过程中，编写组就离散制造业边缘计算关键问题先后,征询了高新民、朱森第、于海斌、余晓晖、续合元、王爱华、曹蓟光、,张恒升、黄颖等专家意见，并结合意见对白皮书进行了多次修改和完,善。,在此一并感谢所有参与本白皮书编写，以及为本白皮书编写提供,指导和建议的专家、企业和机构。,致谢本白皮书由中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）,3,前,言,数字化浪潮正席卷传统离散制造业，逐步优化了生产车间的工艺,条件和生产流程，在这个过程中，边缘计算快速兴起并体现出特有优,势。边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建融合网络、,计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系，就近提供智能化服务，,满足离散制造业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全,与隐私保护等方面的关键需求，其为离散制造业的数字化、网络化、,智能化转型提供了强大助力。,同时，针对离散制造业的转型升级需求，其边缘计算解决方案在,不断发展成熟，相关生态构建和产业布局也正在全球加速展开。在此,关键时期，中国信息通信研究院联合工业互联网产业联盟共同发布,离散制造业边缘计算解决方案白皮书，把握离散制造业目前发展,面临的挑战及边缘计算当前的应用现状，研判边缘计算为工业现场带,来的真正价值，提出离散制造业边缘计算实施架构及技术体系，探索,边缘计算解决方案实践，最后结合当前现状给出了离散制造业边缘计,算技术和产业化发展建议。,前言数字化浪潮正席卷传统离散制造业，逐步优化了生产车间的工,4,目,录,一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值.1,（一）离散制造业迎来新的发展机遇.1,（二）离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求分析.2,1.制约离散制造业转型发展的关键因素.2,2.边缘计算带来的工业现场价值.4,（三）离散制造业边缘计算应用基本情况.7,1.边缘控制器层.8,2.边缘网关层.10,3.边缘云层.10,二、离散制造业边缘计算实施架构及技术体系.11,（一）离散制造业边缘计算实施架构.11,（二）离散制造业边缘计算关键技术.12,1.,边缘智能.12,2.,异构计算.13,3.,互联互通技术.14,4.,微服务.14,5.,计算迁移.15,三、离散制造业边缘计算解决方案实践.15,（一）汽车生产制造领域边缘计算解决方案实践,.16,1.,面临问题和挑战.16,2.,边缘计算解决方案实践,.18,目录一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值.,5,3.,实践效果.19,（二）电子制造领域边缘计算解决方案实践.20,1.,面临问题和挑战.20,2.,边缘计算解决方案实践,.21,3.,实践效果.23,（三）工程机械领域边缘计算解决方案实践.23,1.,面临问题和挑战.24,2.,边缘计算解决方案实践,.25,3.,实践效果.26,（四）船舶制造领域边缘计算解决方案实践.26,1.,面临问题和挑战.26,2.,边缘计算解决方案实践,.29,3.,实践效果.31,（五）定制家具领域边缘计算解决方案实践.31,1.,面临问题和挑战.31,2.,边缘计算解决方案实践,.32,3.,实践效果.33,四、离散制造业边缘计算发展趋势及建议.34,（一）离散制造业边缘计算未来展望.34,（二）离散制造业边缘计算技术和产业化发展建议,.35,1.产业化发展建议.35,2.技术及标准发展建议,.36,3.实践效果.,6,图表目录,图,1,边缘计算通用架构.9,图,2,离散制造业边缘计算实施参考架构,.11,图,3,智能产线终端架构.19,图,4,电子生产数字化车间解决方案架构,.22,图,5,智能生产系统架构.26,图,6,船舶舾装件制造行业个性化定制和自组织生产系统框架,.30,图,7,定制家具生产系统解决方案架构,.33,图表目录图 1 边缘计算通用架构.,7,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019,年）,1,一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值,（一）离散制造业迎来新的发展机遇,在全球已经掀起的新一轮工业转型浪潮中，数字化是基础，网络,化是支撑，智能化是目标，在此背景下，离散制造业转型面临巨大发,展机遇。当前，在产品规划、设计、制造、运营等生产过程中，离散,制造业产品、生产装备、工艺流程等已经逐步实现了数字化和网络化，,且智能传感和人工智能等技术不断发展成熟，因此，离散制造业的全,面转型已经具备了基础条件。而边缘计算作为工业互联网工厂内网的,关键技术以及连接工厂内外网的有效手段，是推动离散制造业转型发,展的重要使能技术。,离散制造业与流程制造业相比，生产环节更加分散，生产设备更,加多样，更容易通过软件改造工艺流程，而流程制造业因为其本身自,动化水平已经很高，生产环节较为成熟封闭，且主要由硬件决定生产,流程和产能，因此针对离散制造业的边缘计算解决方案率先在工业互,联网应用中落地实施，边缘计算的功能和特点能够在实施过程中更易,实现和展示，本白皮书也重点从离散制造业入手，进行边缘计算解决,方案的分析。,随着新的发展模式不断成熟，对高质量发展的需求不断增加，未,来离散制造业生产方式将朝着智能化方向提升，个性化定制、网络化,协同、智能化生产、服务化延伸成为引领制造业高端化的重要模式。,而工业互联网边缘计算的兴起将推动离散制造业沿着数字化、网络化、,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019 年）1,8,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019,年）,2,智能化阶段不断跃升。,（二）离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求分析,1.制约离散制造业转型发展的关键因素,随着新一代信息技术的进步和相关政策的支持，我国离散型制造,业正积极的向数字化、网络化、智能化方向转型，但是制约离散制造,业转型的因素仍有很多，例如多数离散制造企业没有统一的数据标准；,特殊工艺规划等方面不易进行数字化积累；现有数据资源的可利用率,不高，降低了数字化的实用价值；缺少统一规划和认证，工业现场存,在众多“信息孤岛”，数据开放度低；工业现场网络协议多样异构，,互联互通困难等，这些因素都为离散制造业转型发展造成阻碍。目前,中国离散制造业自动化技术方面的发展现状及挑战如下：,单机设备自动化软件的结构化和柔性化不足，缺少开放式接口，,设备间缺少统一的互联互通标准,。因为离散制造业涉及的行业众多，,发展不均衡，整个离散制造业目前还未普遍实现基于订单的柔性自动,化生产。总体上，随着数控机床、工业机器人以及可编程逻辑控制器,（Programmable,Logic,Controller,PLC）的广泛应用，各个行业的,单机自动化水平都有了较大提升，但离散制造业整体还处于以单机自,动化为主和刚性自动化产线为主的状况，柔性自动化产线较少，真正,实现基于订单的柔性自动化产线更少，OT,系统和,IT,系统难以实现互,联互通。,数据采集困难，缺少完整的数据集成应用架构。,目前离散制造业,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019 年）2,9,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019,年）,3,普遍存在低端产能过剩、高端产能不足的情况。提高高端产能首先需,要从装备入手提高生产品质。一方面，行业知识还需要长期积累来转,化为设备工艺软件的进步；另一方面，数据驱动的应用还需进一步加,强来促进工艺参数的优化、生产调度的优化、生产设备的实时监控诊,断、预测性维护等。行业内大部分设备和产线传感器数量不足，一些,关键的物理量尚缺乏有效的传感测量手段，一些自动化装备获取的状,态数据没有通过开放式接口提供给第三方，且原有的自动化系统和架,构都不能提供良好的支撑。,装备和产线自动化软件系统薄弱，软件升级维护困难。,在目前的,发展阶段，各个离散制造行业的自动化软件水平极不均衡，在装备中,还存在大量“黑盒子”，即缺少关键工艺控制能力，大量采用第三方,的专用控制器，既难以实现工艺算法和软件的自主迭代升级，也影响,了装备软件的统一架构设计。很多装备的人机交互软件、逻辑控制、,运动控制等分布在多个,PLC，专用控制器，触摸屏，甚至嵌入到底层,的伺服驱动器等硬件中，相互之间连接和控制方式不尽相同，导致装,备缺乏整体的软件架构设计。同时，软件与硬件耦合严重，设备的软,件含量低，结构化设计不足，硬件设备和设备功能的更换升级都会造,成大量的低效软件升级工作，距离“软件定义机器”的目标还比较远。,生产线设备的功能安全和信息安全形势严峻。,原有的大量自动化,设备主要运行在刚性、封闭的自动化系统中，缺少内置的功能安全和,信息安全机制，要适应柔性自动化生产，设备功能动态重构，与,IT,系,统互联互通等要求，必须要有功能安全和信息安全的保障。,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019 年）3,10,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019,年）,4,工厂运营人员劳动强度大，效率低。,相对于流程行业，离散制造,业的设备产线操作人员、品质检测人员、生产管理人员、设备维护人,员工作内容更为繁琐，更容易出现疲劳状况。对于生产规划人员来说，,离散制造涉及的不确定性因素较多，制定按需生产、有弹性的生产计,划比较困难。一些关键零件加工环节、装配环节不能完全依赖于自动,化，需要有经验的工人完成，目前尚缺乏有效的人机协作机制来减轻,操作工人的劳动强度。基于机器视觉等手段的在线检测装置正获得广,泛的应用，但在很多工厂，质量检测仍是一个劳动力密集环节。,原有标准和解决方案不适应转型发展。,原有的工厂自动化和信息,化架构的参考模型主要是,ISA-95,的金字塔模型，该模型定义了工业,现场设备及系统的接口和数据交换标准。目前，一方面在实际中该标,准并没有得到很好的实现，广泛采用的是主流厂家以数据库为中心的,方案；另一方面，该标准也需要进一步完善，适应离散制造业数字化,转型的需求。,2.边缘计算带来的工业现场价值,随着离散制造业的发展，对高质量发展的需求不断增加，对业务,时延、隐私和安全等指标的要求也进一步升级，整体作业呈现精细化，,柔性化和智能化的发展趋势，这就不仅需要云计算的整体运筹，也需,要边缘计算的本地实时决策职能。,边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建融合网络、,计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系，形成新的生态模式，,就近提供边缘智能服务，满足离散制造业在敏捷联接、实时业务、数,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019 年）4,11,离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019,年）,5,据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，从,OT,与,IT,跨界协作、推动信息流动和集成、实现知识的模型化以及开展端到端,的产业各环节协作推动离散制造业的发展。,边缘计算提供了设备之间互联互通机制、OT,系统和,IT,系统互联,互通机制，以及部署于工业现场的实时数据采集、汇聚、存储、分析,机制，可以快速便捷地实现,OT,与,IT,的整合。边缘计算及支撑技术有,利于解决离散