机器连接和工业边缘计算

软件应用和IT创新是制造业投资的主要驱动力。解决方案架构应围绕特定标准进行整合，并采用架构蓝图和最佳实践来满足最终用户的需求。此外，边缘计算（Edge Computing）也将在制造业中加速部署。

边缘计算是制造业的下一个变革驱动力。本文在给出“边缘”本身的定义后，将继续描述工业边缘计算的当前技术进展和市场发展，需要特别注意的是机器连接和工业边缘之间的相互作用，以及操作模型和工业物联网解决方案的可扩展性等问题。

一 什么是边缘计算？

在制造业领域，我们提出以下定义：

边缘计算描述了一种靠近物理数据源的分布式边缘节点系统。

一方面我们需要区分“边缘（edge）”与“本地（on-premises）”，另一方面我们也应避免将“边缘”视为云平台的附加组件。

这些边缘节点既与设备连接，也与中央平台（如云平台）连接。与生产资产级别上的组件不同，边缘节点可被集中管理——采集到数据可在边缘节点内被处理，也可由中央平台进行处理。

边缘层可从多个角度看待。从应用程序的角度，它描述了软件应用程序及其功能（如数据预处理、数据总线等）；从基础设施的角度，它描述了部署的IT基础设施（包括硬件和操作系统）；从运营的角度，它描述了用于管理和管理员工边缘层的工具（如监控工具或用于处理多站点软件部署的工具）。

为什么边缘计算对于工业物联网应用而言至关重要？

• 一些应用程序要求非常低的延迟：

但通过使用传统方案与集中式云平台进行通信是难以保持这种低延迟的，且在通常情况下，工业应用要求及时响应（例如在生产线上进行实时监测和控制），因此需要利用边缘计算在设备附近处理数据，以降低延迟，提高实时性。

• 在某些情况下，传输的数据量会非常大：

对此，需要在边缘层先进行大量的预处理——因为如果将工业环境产生的大量数据全部传输到云端处理，则会占用大量带宽，而边缘计算支持在本地进行数据处理和筛选，从而仅传输必要的信息，有效减少带宽需求。

• 一些行业的应用受到监管部门的限制——要求数据不得离开公司内部网络：

例如，一些工业数据涉及到了敏感信息（像生产流程和设备状态等）。对此，通过在边缘处理数据，即可降低敏感信息在网络上传输的风险，并增强数据的隐私和安全性。

二 架构趋势

如果想要部署和运营工业物联网解决方案，则需考虑诸多问题，其中最重要的一个问题是如何选择合适的系统架构。截至目前，工业物联网架构呈现出不断整合的趋势，并具有以下边缘层方面和属性的特点：

• 用户正在部署云平台，但希望在更大程度上减少边缘层对云平台的技术依赖，同时避免云平台供应商锁定。

• 用户将边缘层分为两部分：下面是工厂车间层，加上具有中央平台/云连接的上层，且这两部分都可被集中管理。

• 用户正在边缘层部署MQTT Broker，以将其作为数据流量的中央枢纽。数据通过MQTT或Kafka传输到中央平台，而本地运行的应用程序则可通过MQTT代理获取数据。

那么这些架构趋势、边缘与机器连接有什么关系呢？

三 可扩展的机器连接

高效、安全地访问机器或设备数据是工业物联网应用的基本要求。从功能或应用角度来看，这些机器连接需求与传统车间应用的需求几乎相同。

那些需要集成的典型设备通常包括工厂现有或旧改项目中的（首先是控制器），且需使用应用程序端所支持的标准协议来传输采集到的数据，例如OPC UA或MQTT。同样重要的是，机器连接方案还需支持高效处理多个数据源，例如将数据或数据源合并到单个应用界面（服务器聚合功能）。

通过审视对应的运营模式我们可以看到传统车间应用和工业物联网解决方案之间更为显著的差异：

在生产设施的本地部署和操作中，传统应用与机器连接通常含有人机界面（HMI）或监控与数据采集系统（SCADA），例如制造执行系统（MES）解决方案，或者设备与数据库的连接，以确保数据备份。机器连接的用户通常是非专业人员，因此需要采用低维护的解决方案（系统通常在初始投入运行后就无需再进行更新），并尽可能使用简单易用的IT接口。

相比之下，工业物联网解决方案不仅具有多地部署的特性，而且可在多个生产现场部署不同应用程序和物联网/云平台，从而能够更加全面地满足工业领域的需求，并提高生产效率、可靠性和灵活性。此外，工业物联网平台支持运行多个应用程序，而不仅仅是一个，且这些应用程序还可在整个解决方案的生命周期内不断升级，而推动这种升级的一个关键因素便是软件和IT的短创新周期。

与其他解决方案组件一样，机器连接需满足高灵活性、高运行效率和可扩展性的要求。越来越多的用户已不再将工业物联网解决方案中的机器连接视为生产资产，而是将其视为边缘级组件，且其在效率和可扩展性方面具有与边缘相关的所有优势。

四 边缘层的机器连接部分

因此，如果要将机器连接作为边缘层的一部分，则需满足哪些要求呢？以下是一些关键点：

• 机器连接由部署在标准硬件上的软件模块提供，并由最终用户以与其他边缘级软件组件完全相同的方式来进行管理。Docker容器现在是一个常见的选择。

• 机器连接可通过标准IT工具来进行管理。通常，这会涉及到一些主流的基于Kubernetes的平台，如RedHat OpenShift或Suse Rancher，但也可使用更为精简的替代方案，如Portainer。

• 机器连接向Prometheus和Grafana等主流的IT监控工具传输相关数据。

• 机器连接性为使用标准协议的配置提供了文档化、稳定的配置接口。

除了这些技术要求外，用户还对利用机器连接作为服务越来越感兴趣，并希望找到能够反映出实际需求（和收益）的灵活费用计划，而无需资本支出或设备投资。

五 Softing的解决方案

作为工业通信和自动化领域的专家，机器和设备连接产品多年来一直是Softing工业自动化产品组合的一部分......

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