工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得到全球主要國(guó)家重視，主要目標(biāo)均指向先進(jìn)制造業(yè)，發(fā)展戰(zhàn)略上均體現(xiàn)出國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策引領(lǐng)的特點(diǎn)，行動(dòng)路徑上強(qiáng)調(diào)平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化并發(fā)展上體現(xiàn)出一定的曲折性，產(chǎn)業(yè)整體上處于高速增長(zhǎng)階段；-為推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展，各國(guó)紛紛定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的邊緣層提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)接入、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理和邊緣分析應(yīng)用等功能；邊緣計(jì)算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用在最近幾年得到了極大的拓展，包括工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)、低成本多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集和可視化應(yīng)用和5G+工業(yè)邊緣云的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)。

01、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念和內(nèi)涵

人類(lèi)社會(huì)的現(xiàn)代化是伴隨著工業(yè)化革命進(jìn)程而發(fā)展的。始于 18 世紀(jì) 60 年代的工業(yè)革命拉開(kāi)了機(jī)器加速替代手工勞動(dòng)的序幕，伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)革命經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化三個(gè)階段，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)以超越歷史上所有時(shí)期的速度加速前進(jìn)，其影響力不僅局限于最開(kāi)始的工業(yè)制造領(lǐng)域，也改變了其它所有的行業(yè)。正如以前的三次工業(yè)革命一樣，科學(xué)技術(shù)是第一推動(dòng)力，信息技術(shù)的極大發(fā)展正在推動(dòng)第四次工業(yè)革命的發(fā)生，而這一階段是以智能化為特征，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正是在這一進(jìn)程中出現(xiàn)的。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念最早由美國(guó)全球領(lǐng)先的工業(yè)企業(yè)——通用電氣（GE）于 2012 年 11 月，在其發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機(jī)器的邊界》白皮書(shū)中提出，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為一個(gè)開(kāi)放、全球化的，將人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，其核心三要素包括智能設(shè)備、先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析工具、以及人與設(shè)備的交互接口。2013 年，另一個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)——德國(guó)，在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出了工業(yè) 4.0 的概念，并在隨后被德國(guó)政府列入《德國(guó) 2020 高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來(lái)項(xiàng)目之一。從工業(yè) 4.0 的內(nèi)涵來(lái)看，是指利用物理信息系統(tǒng)（CPS：Cyber - Physical System）將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷(xiāo)售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后實(shí)現(xiàn)快速、有效、個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。亞洲的工業(yè)強(qiáng)國(guó)——日本則從解決自身一些迫切性很強(qiáng)的社會(huì)問(wèn)題，包括老齡化、人手不足、社會(huì)環(huán)境能源制約等角度出發(fā)，提出了社會(huì) 5.0 的概念，并將歷史上的社會(huì)分為：1.0 狩獵社會(huì)、2.0 農(nóng)耕社會(huì)、3.0 工業(yè)社會(huì)、4.0 信息社會(huì)。

與之相比，社會(huì) 5.0 是超智能社會(huì)，更加注重以人為本，會(huì)發(fā)生產(chǎn)業(yè)、生活與生存方式的改變。社會(huì) 5.0 的內(nèi)涵是以數(shù)據(jù)代替資本，從而可以用人工智能、機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來(lái)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，并縮小貧富差距。作為工業(yè)制造大國(guó)，中國(guó)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注也一直沒(méi)有缺位。2016 年成立的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合所形成的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用生態(tài)，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施。其本質(zhì)是以機(jī)器、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品以及人之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實(shí)時(shí)傳輸交換、快速計(jì)算處理和高級(jí)建模分析，實(shí)現(xiàn)智能控制、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化和生產(chǎn)組織變革。網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)及安全構(gòu)成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)三大體系，其中網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是核心，安全是保障。從美國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義來(lái)看，其實(shí)質(zhì)是一致的。首先從其提出背景來(lái)看，一方面上一輪科技革命的傳統(tǒng)動(dòng)能規(guī)律性減弱趨勢(shì)明顯，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的內(nèi)生動(dòng)力不足，而另一方面以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，但科技泡沫破滅帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得兩者有加速融合的驅(qū)動(dòng)力。其次從其目標(biāo)來(lái)看，都是將新一代經(jīng)濟(jì)技術(shù)引入傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)效率和國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的提升。最后，從技術(shù)手段來(lái)看，同樣強(qiáng)調(diào)全鏈條的連接、全過(guò)程的數(shù)據(jù)化和智能化。

02、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念一經(jīng)提出，得到了世界上主要國(guó)家的重視，美國(guó)于 2012 年啟動(dòng)了“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”，并在 2013 年進(jìn)一步推出《制造業(yè)創(chuàng)新國(guó)家網(wǎng)絡(luò)》（簡(jiǎn)稱 NNMI），2014 年《振興美國(guó)制造與創(chuàng)新法案》成為法律，又被稱之為 Manufacturing USA，并于 2020 年 1 月對(duì)這一法案進(jìn)行了修訂。德國(guó)出臺(tái)了包括《保障德國(guó)制造業(yè)的未來(lái)：關(guān)于實(shí)施“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略的建議》、《“工業(yè) 4.0”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》、“數(shù)字戰(zhàn)略 2025”、“高技術(shù)戰(zhàn)略 2025”（HTS2025）等系列政策文件。日本、英國(guó)、中國(guó)也都推出了自己的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)政策和計(jì)劃。經(jīng)過(guò)近 10 年的發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本已經(jīng)成為全球主要工業(yè)國(guó)家的發(fā)展共識(shí)，盡管在愿景、發(fā)展目標(biāo)、技術(shù)領(lǐng)域、行動(dòng)路徑等方面由于各國(guó)實(shí)際面臨的國(guó)情不同，但整體上體現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)。

主要目標(biāo)均指向先進(jìn)制造業(yè)。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)際產(chǎn)業(yè)形勢(shì)的研判，結(jié)合自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際情況做出決策。美國(guó)指向延續(xù)高科技領(lǐng)域的領(lǐng)先，通過(guò)工業(yè)格局的重塑實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造業(yè)的創(chuàng)新，開(kāi)拓新產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)全球制造業(yè)的走向；德國(guó)立足自身制造業(yè)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)推動(dòng)解決面臨的資源短缺、能源利用效率及人口變化等問(wèn)題，通過(guò)制造過(guò)程、模式、產(chǎn)品的關(guān)注保證制造業(yè)的領(lǐng)先地位；中國(guó)則是通過(guò)先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)新與先進(jìn)信息技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)躋身世界制造強(qiáng)國(guó)行業(yè)。

發(fā)展戰(zhàn)略上均體現(xiàn)出國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策引領(lǐng)的特點(diǎn)。不管是在強(qiáng)調(diào)自由市場(chǎng)的美國(guó)，還是德國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等，都針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推出了國(guó)家戰(zhàn)略和計(jì)劃，推動(dòng)建立行業(yè)聯(lián)盟和創(chuàng)新計(jì)劃、示范項(xiàng)目等。技術(shù)領(lǐng)域上均強(qiáng)調(diào)融合創(chuàng)新的作用。首先是制造技術(shù)的創(chuàng)新，主要包括新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、新裝備技術(shù)等；其次是信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的自動(dòng)化和智能化；第三是信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)從需求、供應(yīng)鏈、制造、銷(xiāo)售供給全鏈條的整合。行動(dòng)路徑上強(qiáng)調(diào)平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)化。各國(guó)均推出各自的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系，并針對(duì)體系中各關(guān)鍵領(lǐng)域和環(huán)節(jié)制定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展上呈現(xiàn)出平臺(tái)化的傾向，各工業(yè)領(lǐng)先公司、互聯(lián)網(wǎng)公司、國(guó)家背景研究機(jī)構(gòu)等紛紛推出平臺(tái)產(chǎn)品，在市場(chǎng)化的公司來(lái)看主要是卡位工位互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵領(lǐng)域，就整體來(lái)看則是集中資源以提高效率，減小推進(jìn)阻力。

發(fā)展上均體現(xiàn)出一定的曲折性。比如盡管美國(guó)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域全球領(lǐng)先，但 GE 的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) Predix 在商業(yè)上并未取得成功；德國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并未立即扭轉(zhuǎn)企業(yè)的市場(chǎng)份額下降趨勢(shì)；日本、英國(guó)在智能制造上成績(jī)了了。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)注定是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，只有在發(fā)展中不斷調(diào)整策略，才能通過(guò)長(zhǎng)期效應(yīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)整體上處于高速增長(zhǎng)階段。據(jù) Markets and Markets 統(tǒng)計(jì)，2018 年全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)市場(chǎng)規(guī)模初步估算達(dá)到 33 億美元左右，較 2017 年增長(zhǎng) 22.22%；2023 年將增長(zhǎng)至 138 億美元左右，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 33.4%。整體工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模方面，據(jù)中國(guó)信通院報(bào)告分析，2018 年、2019 年我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)業(yè)同比分別增長(zhǎng) 30.1%和 22.2%。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合帶動(dòng)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模方面，2018 年、2019 年比上年分別增長(zhǎng) 95.7%、62.7%。2017-2020 年期間，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合帶動(dòng)的經(jīng)濟(jì)影響規(guī)模增長(zhǎng)了接近 4 倍，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 70.5%。

03、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的邊緣計(jì)算

為了推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展，各國(guó)紛紛定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。如美國(guó)推出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)簡(jiǎn)稱為 IIRA（Industrial Internet Reference Architecture），注重跨行業(yè)的通用性和互操作性，提供一套方法論和模型，以業(yè)務(wù)價(jià)值推動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，把數(shù)據(jù)分析作為核心，驅(qū)動(dòng)工業(yè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)從設(shè)備到業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的端到端全面優(yōu)化。

德國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)簡(jiǎn)稱為 RAMI4.0（Reference Architecture Model Industrial 4.0）即工業(yè) 4.0 參考架構(gòu)模型?；诟叨饶Ｐ突睦砟顦?gòu)建三維架構(gòu)體系，通過(guò)垂直軸層（Layers）、左水平軸流（Stream）、右水平軸級(jí)（Levels）三個(gè)維度，構(gòu)建并連接了工業(yè) 4.0 中的基本單元——工業(yè) 4.0 組件。理論上，任何級(jí)別的企業(yè)，都可以在這個(gè)三維架構(gòu)中找到自己的業(yè)務(wù)位置。中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)由中國(guó)信息通信研究院聯(lián)合制造業(yè)、通信業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)等企業(yè)于 2016 年 2 月共同發(fā)起成立的中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定，目前已經(jīng)更新到了 2.0 版本。包括業(yè)務(wù)視圖、功能架構(gòu)、實(shí)施框架三大板塊，形成以商業(yè)目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求為牽引，進(jìn)而明確系統(tǒng)功能定義與實(shí)施部署方式的設(shè)計(jì)思路，自上向下層層細(xì)化和深入。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中定義了邊緣計(jì)算：

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的邊緣層提供海量工業(yè)數(shù)據(jù)接入、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理和邊緣分析應(yīng)用等功能。

一是工業(yè)數(shù)據(jù)接入，包括機(jī)器人、機(jī)床、高爐等工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)接入能力，以及 ERP、MES、WMS 等信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)工業(yè)數(shù)據(jù)的大范圍、深層次采集和連接。

二是協(xié)議解析與數(shù)據(jù)預(yù)處理，將采集連接的各類(lèi)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一和語(yǔ)義解析，并進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除、壓縮、緩存等操作后傳輸至云端。

三是邊緣分析應(yīng)用，重點(diǎn)是面向高實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，在邊緣側(cè)開(kāi)展實(shí)時(shí)分析與反饋控制，并提供邊緣應(yīng)用開(kāi)發(fā)所需的資源調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)、開(kāi)發(fā)調(diào)試等各類(lèi)功能。

實(shí)施框架中也定義了邊緣層，實(shí)施框架是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的操作方案，以傳統(tǒng)制造體系的層級(jí)劃分為基礎(chǔ)，適度考慮未來(lái)基于產(chǎn)業(yè)的協(xié)同組織，實(shí)施框架按“設(shè)備、邊緣、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)”四個(gè)層級(jí)開(kāi)展系統(tǒng)建設(shè)。

其中邊緣層對(duì)應(yīng)車(chē)間或產(chǎn)線的運(yùn)行維護(hù)功能，關(guān)注工藝配置、物料調(diào)度、能效管理、質(zhì)量管控等應(yīng)用。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定主要依賴于一些聯(lián)盟組織，如美國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）發(fā)布的 IIRA，德國(guó)工業(yè) 4.0 平臺(tái)組織中的德國(guó)電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的 RAMI4.0，以及中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）。這些聯(lián)盟組織主要從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自身需求出發(fā)，引用或者制定邊緣計(jì)算相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系，同時(shí)各聯(lián)盟組織也和邊緣計(jì)算相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織聯(lián)合，如 ECC 已與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）、SDNFV 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)（CAA）、Avnu Alliance 等組織建立正式合作關(guān)系，在標(biāo)準(zhǔn)制定、聯(lián)合創(chuàng)新、商業(yè)推廣等方面開(kāi)展全方位合作。

2018 年，CCSA 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)特設(shè)組（ST8）召開(kāi)會(huì)議，通過(guò)了包括“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算”系列在內(nèi)的多項(xiàng)國(guó)、行標(biāo)立項(xiàng)建議以及研究課題“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算技術(shù)研究”立項(xiàng)建議。其中包括“邊緣計(jì)算總體架構(gòu)與要求”“邊緣計(jì)算邊緣節(jié)點(diǎn)模型與要求”等標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目組，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化加速促進(jìn)工業(yè)企業(yè) IT 與 OT 的融合。2019 年 2 月，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系（版本 2.0）》，包括了邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，主要包括邊緣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、邊緣智能標(biāo)準(zhǔn)、能力開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)部分。邊緣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范邊緣云、邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣控制器等邊緣計(jì)算設(shè)備的功能、性能、接口等要求。

邊緣智能標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算智能化處理能力技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括虛擬化和資源抽象技術(shù)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、分布式計(jì)算任務(wù)調(diào)度、邊云協(xié)同策略和技術(shù)等。能力開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范基于邊緣設(shè)備的資源開(kāi)放能力、接口、協(xié)議等要求，以及邊緣設(shè)備之間互通所需的調(diào)度、接口等要求。2020 年 5 月，中國(guó)信息通信研究院召集多個(gè)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)共同發(fā)起“邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)劃”，探索邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與開(kāi)放平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)符合度評(píng)測(cè)，推動(dòng)供給側(cè)與需求側(cè)的精準(zhǔn)對(duì)接。

除此以外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟還有包括“邊緣計(jì)算智能化處理技術(shù)要求”等 7 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的系列標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)需要借助項(xiàng)目進(jìn)行推進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造邊緣計(jì)算也受到了國(guó)家各部委的高度重視。工信部在 2017 年和 2018 年連續(xù)設(shè)立了一系列智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化與新模式應(yīng)用項(xiàng)目。2017 年，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承擔(dān)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議及數(shù)據(jù)互認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)研究與試驗(yàn)驗(yàn)證”，從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算模型、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一語(yǔ)義模型、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通信息安全要求等 7 個(gè)方面對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的制定進(jìn)行了探索。2018 年，工信部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程系列項(xiàng)目中，針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算，專(zhuān)門(mén)設(shè)立了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算測(cè)試床”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)驗(yàn)證”等 8 個(gè)項(xiàng)目。

在 2018 年度科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和智能工廠”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)中，專(zhuān)門(mén)針對(duì)邊緣計(jì)算設(shè)置了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)”“典型行業(yè)裝備運(yùn)行服務(wù)平臺(tái)及智能終端研制”“基于開(kāi)放架構(gòu)的云制造關(guān)鍵技術(shù)與平臺(tái)研發(fā)”等多個(gè)項(xiàng)目。在標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目相互促進(jìn)過(guò)程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算也取得了較大的發(fā)展，以 ECC 的成立為分界點(diǎn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算發(fā)展大體可以分為 3 個(gè)階段：邊緣互聯(lián)、邊緣智能，以及邊緣自治。2016 年以前，中國(guó)邊緣計(jì)算的研究處于 1.0 階段，主要解決邊緣互聯(lián)問(wèn)題，即海量異構(gòu)終端實(shí)時(shí)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)部署和運(yùn)維等問(wèn)題。

目前，邊緣計(jì)算處于 2.0 階段，即邊緣智能階段，主要解決網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)智能數(shù)據(jù)分析、智能網(wǎng)絡(luò)控制、智能業(yè)務(wù)處理等問(wèn)題，從而大幅度提升效率并降低成本。未來(lái)，邊緣計(jì)算將步入 3.0 階段，即邊緣自治階段，邊緣側(cè)自主業(yè)務(wù)邏輯分析、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、自我優(yōu)化將在這一階段得到實(shí)現(xiàn)。

04、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算典型案例

邊緣計(jì)算在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用在最近幾年得到了極大的拓展，本文介紹幾種典型的應(yīng)用案例。

工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)

工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)具備工業(yè)協(xié)議適配、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與邊緣計(jì)算能力，結(jié)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以形成“云+邊緣”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)及服務(wù)能力，為工業(yè)企業(yè)提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)效率提升及設(shè)備全生命周期維護(hù)等能力支撐。同時(shí)，工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)還具備強(qiáng)大的兼容性，可主流的工控設(shè)備提供數(shù)據(jù)采集、可視化及相應(yīng)的工控應(yīng)用。為數(shù)據(jù)采集提供參數(shù)管理、數(shù)據(jù)處理、報(bào)文管理、認(rèn)證管理、訂閱管理、配置管理、安全網(wǎng)關(guān)和邊緣計(jì)算等服務(wù)支持，并且提供 API 接口服務(wù)對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放，以支持企業(yè)本地應(yīng)用（如 MES、ERP 等）的業(yè)務(wù)集成。此外，工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)覆蓋市場(chǎng)主流的工業(yè)協(xié)議。

除了支持目前工業(yè)領(lǐng)域的主流通訊協(xié)議和規(guī)約，比如 OPC，OPC UA，MTConnect 等，同時(shí)還支持主流廠商的私有協(xié)議，比如 Focas，Ezsocket 等協(xié)議。針對(duì)不同品牌的設(shè)備建立不同的參數(shù)集和通訊報(bào)文，針對(duì)同一品牌的不同設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)大類(lèi)小類(lèi)的靈活劃分，逐步達(dá)到行業(yè)設(shè)備協(xié)議的全面覆蓋。最后，工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)在邊緣計(jì)算層整合設(shè)備認(rèn)證接入、數(shù)據(jù)邊緣處理、制造策略下發(fā)以及工業(yè) APP 部署等服務(wù)，結(jié)合云端開(kāi)放平臺(tái)以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提供對(duì)第三方服務(wù)的支撐能力，并通過(guò)數(shù)據(jù)開(kāi)放與用戶和合作伙伴共同打造豐富的工業(yè) APP 應(yīng)用生態(tài)。

低成本多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集和可視化應(yīng)用

該應(yīng)用基于邊緣控制器，提供“數(shù)據(jù)+應(yīng)用”的服務(wù)，充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能平臺(tái)以及邊緣計(jì)算設(shè)備的性能，提供數(shù)據(jù)采集能力和數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。

數(shù)據(jù)層面，系統(tǒng)目標(biāo)支持市場(chǎng)二十種以上主流工業(yè)協(xié)議解析，支持二十萬(wàn)臺(tái)設(shè)備并發(fā)連接，支持典型的工業(yè)控制器、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)采集監(jiān)控終端，并提供協(xié)議連接及數(shù)據(jù)交互操作。應(yīng)用方面，提供面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖形化、拖拽式和低代碼快速開(kāi)發(fā) APP 工具，支持本地、私有云、公有云混合或單一部署，提供多個(gè)重點(diǎn)垂直領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用 APP，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、調(diào)試維護(hù)配置、報(bào)警相應(yīng)及處理、報(bào)表實(shí)時(shí)更新及顯示生成等應(yīng)用。

設(shè)備可視化：對(duì)企業(yè)設(shè)備進(jìn)行幾何建模，可以直觀、真實(shí)、精確地展示設(shè)備分布、設(shè)備運(yùn)行狀況，同時(shí)將設(shè)備模型與實(shí)時(shí)、檔案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綁定，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在二維場(chǎng)景中的快速定位與基礎(chǔ)信息查詢。設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)：通過(guò)對(duì)設(shè)備的集中式管理，人員分權(quán)限使用，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)；遠(yuǎn)程設(shè)置策略，批量、定時(shí)定點(diǎn)操作；設(shè)備視頻集成、遠(yuǎn)程呼叫。數(shù)據(jù)分析：通過(guò)采集設(shè)備的原始數(shù)據(jù)：如電流電壓等；或者采集設(shè)備的結(jié)果數(shù)據(jù)：如報(bào)警，故障等，積累設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)，設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告，設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行報(bào)告等。實(shí)時(shí)報(bào)警：制造商自動(dòng)化水平越來(lái)越高，很多崗位實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)人生產(chǎn)。針對(duì)設(shè)備故障后無(wú)人在現(xiàn)場(chǎng)不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)顯示設(shè)備故障并主動(dòng)推送。

5G+工業(yè)邊緣云的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)

該應(yīng)用是5G和 MEC 的結(jié)合，首先在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)部署5G網(wǎng)絡(luò)，并提供 MEC，通過(guò)這種組網(wǎng)模式可以直接將業(yè)務(wù)流接入企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。其次，使用帶有 5G 模組的高速線陣 CCD 工業(yè)相機(jī)，線掃專(zhuān)業(yè)濾光鏡頭，高頻漫射 LED 線光源，保證 600 米 / 分鐘以下級(jí)別產(chǎn)線最小精度 0.18mm 的圖像檢測(cè)水平。工業(yè)相機(jī)可以對(duì)帶鋼表面進(jìn)行圖像拍攝和采集。此外，部署云平臺(tái)，結(jié)合 MEC 的邊緣云，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同，并將機(jī)器視覺(jué)的帶鋼表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)部署在邊緣云上，對(duì)工業(yè)相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析。MEC 工業(yè)邊緣云利用 5G 無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)就近提供工業(yè)企業(yè)用戶 IT 服務(wù)和邊緣計(jì)算功能，具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級(jí)服務(wù)能力，加速網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)內(nèi)容、服務(wù)及應(yīng)用的快速處理。MEC 的本地分流功能使得本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流無(wú)需經(jīng)過(guò)核心網(wǎng)，直接由 MEC 平臺(tái)分流至本地網(wǎng)絡(luò)。

本地業(yè)務(wù)分流可以降低回傳帶寬消耗和業(yè)務(wù)訪問(wèn)時(shí)延，提升業(yè)務(wù)體驗(yàn)。通過(guò) MEC 本地分流和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)質(zhì)量檢測(cè)業(yè)務(wù)的 5G 網(wǎng)絡(luò)端到端 QoS 保障，一方面確保高清圖像在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)焦I(yè)邊緣云，處理和分析的結(jié)果能夠及時(shí)反饋并作用到生產(chǎn)控制一線，另一方面企業(yè)內(nèi) 5G 局域網(wǎng)也可以使核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)不出工廠，確保數(shù)據(jù)安全。工業(yè)制造的可靠性要求較高，在 MEC 硬件配置上進(jìn)行容災(zāi)保護(hù)的考慮，包括雙交換板負(fù)荷均衡、雙電源熱備份、雙計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)荷均衡等。同時(shí)在邊緣云部署上，也考慮了系統(tǒng)的保護(hù)，包括虛機(jī)采用資源池方式部署，做冗余配置；服務(wù)以容器的方式部署在虛機(jī)上，當(dāng)容器故障可以快速重生。當(dāng)虛機(jī)故障，可以將服務(wù)在另外一個(gè)虛機(jī)上部署；關(guān)鍵服務(wù)采用負(fù)荷分擔(dān)方式。該應(yīng)用可以視為 5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)通用方案，通過(guò) 5G 提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，結(jié)合 MEC 邊緣云一方面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流的本地分流，同時(shí)滿足應(yīng)用部署的邊緣平臺(tái)需求，這兩者是通用的，整體來(lái)看為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供了云網(wǎng)融合的基礎(chǔ)設(shè)施，在此基礎(chǔ)上可以采用不同的終端，如工業(yè)相機(jī)、高清攝像等，實(shí)現(xiàn)圖像和視頻的采集，再根據(jù)不同的檢測(cè)需求提供算法和機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，可以在工業(yè)制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。