离散制造业边缘计算解决方案白皮书

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250019 一、离制造展面临挑战缘计算应用值1 HYPERLINK l _TOC_250018 （一）散制迎来新发展遇1（二）2 HYPERLINK l _TOC_250017 制约散制转型发的关素2 HYPERLINK l _TOC_250016 边缘算带工业现价值4 HYPERLINK l _TOC_250015 （三）散制边缘计应用情况8 HYPERLINK l _TOC_250014 边缘制器层8 HYPERLINK l _TOC_250013 边缘关层10 HYPERLINK l _TOC_250012 边缘层10 HYPERLINK l _

2、TOC_250011 二、离制造缘计算施架技术体系11 HYPERLINK l _TOC_250010 （一）散制边缘计实施构11 HYPERLINK l _TOC_250009 （二）散制边缘计关键术12 HYPERLINK l _TOC_250008 缘智能12 HYPERLINK l _TOC_250007 构计算13 HYPERLINK l _TOC_250006 联互技术14 HYPERLINK l _TOC_250005 服务14 HYPERLINK l _TOC_250004 算迁移15 HYPERLINK l _TOC_250003 三、离制造缘计算决方践15 HYPERLIN

3、K l _TOC_250002 （一）车生造领域缘计决方案践16 HYPERLINK l _TOC_250001 临问和挑战16 HYPERLINK l _TOC_250000 缘计解决案实践18践效果19（二）电子制域边缘算解案实践20临问和挑战20缘计解决案实践21践效果23（三）程机域边缘算解案实践24临问和挑战24缘计解决案实践25践效果26（四）舶制域边缘算解案实践26临问和挑战26缘计解决案实践29践效果31（五）制家域边缘算解案实践31临问和挑战31缘计解决案实践32践效果33四、离制造缘计算展趋建议34（一）散制边缘计未来望34（二）散制边缘计技术业化发建议35产业发展议35技

4、术标准建议36图表目录图1 边缘算通架构9图2 离散造业缘计算施参构12图3 智能线终架构19图4 电子产数化车间决方构22图5 智能产系架构26630图7 定制具生系统解方案构33一、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制约离散制造业转型发展的关键因素在互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（ProgrammableLogicControllerPLC） 系统和IT数据采集困难，缺少完整的数据集成应用架构。目前离散制造业在目前的信息安全

5、机制，要适应柔性自动化生产，设备功能动态重构，与 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。ISA-95边缘计算带来的工业现场价值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，OT 与IT OTITOTIT需求和服务质量要求，运行优化调度算法，转化为对时间敏感网络（Time Sensitive Networking, TSN）5G边缘计算平台可以实现离散制造系统实时工业软件开发的软硬Guided Vehicle，AGV）调度等功能封装在边边缘计算平台可以进一步促进离散制造系统的IT/OT边缘计算平台既连接OTIT

6、ITIT/OT/（三）离散制造业边缘计算应用基本情况1边缘控制器层平台管理虚拟化平平台管理虚拟化平台管理运维管理存储数据采集边缘缓存数据预处理业务应用管理智能边缘云东西向协同业务指令上下行传输任务编排调度边云协同建模工具应用部署和生命周期管理数据聚合数据分析异构计算计算网关东西向协同设备管理操作系统日志授权通讯管理设备注册管理轻量级容器边缘智能边缘控制器协议转换TSN设备编辑开发环境开发算法功能库策略执行控制PLC运动控制控制器东西向协同PLC机器人数控机床机械手AGV工控机扫码枪仪表云平台数据上传模型微服务下发数据采集控制输出1 边缘计算通用架构.机床门禁.摄像头冲床现场边缘网关云平台数据上

7、传模型微服务下发数据采集控制输出1 边缘计算通用架构.机床门禁.摄像头冲床现场边缘网关管理边缘云边缘网关层OPC UA互联网平台可采用统一的协议和信息模型与不同设备和系统互相通等功能。边缘云层ITOT二、离散制造业边缘计算实施架构及技术体系（一）离散制造业边缘计算实施架构2（计算平台通过南北向链接与更上层的工业云平台实现数据交换和应 撑边缘侧应用的灵活部署和升级。 能效优化 部署运维 能效优化 部署运维设计协同制造协同供应链协同部署运维平台互操作管理业务编排资源管理数据服务模型服务应用开发 生产优化. 边云协同离散制造生产计划管理离散制造执行过程边缘管控离散制造预算管理数据分析.数据预处理 数

8、据分析 边缘智能 .业边缘计算平台数据预处理智能商务分析质量管理 设备接入 结构管理 数据缓存运营智能异构计算设备管理 协议转换 PLC控制 运动控制离散制造仓储运输与物流管理自动化立体库AGV管理.最优拣选路径计算仓库进出库管理离散制造业边缘设备及系统决策下发离散制造业边缘设备及系统生产计划运营管理系统CAX数据采集设计数据输出离散制造加工与生产线MES 数据采集系统及仓储管 现场监控现场监控数据系统及仓储管 现场监控现场监控数据理系统决策下发采集库存管理库存管理系统仓储数据仓储数据PDM运营数据HMIPLCERPSCMCRM执行设备传感器机器人机床.运输系统ERPSCMCRM执行设备传感器

9、机器人机床.运输系统计划合同采购生产仓储图 2 离散制造业边缘计算实施参考架构（二）离散制造业边缘计算关键技术边缘智能边缘智能是赋能离散制造业实现数字化转型的关键技术，提供了边缘-云数据中心协同才能开展完整的智能模型训练，以上操作配合应用需要智能算法框架完成人机交互、编解码/加解密等算法框架进异构计算了将不同类型指令集和不同体系架构的计算单元协同起来的异构计算架构，以充分发挥各种计算单元的优势，实现性能、成本、功耗、互联互通技术OPC UA Over TSNTSNOPC UA要对现场的机器状态、生产能耗、生产质量等相关参数进行采集， TSN+OPC UA 在整体上使得工厂各个环节的横向与纵向数

10、据实现了透微服务IT计算迁移计算迁移是将计算密集型应用任务迁移至资源较充足的设备中先将海量边缘设备采集或产生的数据进行部分或全部计算的预处理三、离散制造业边缘计算解决方案实践离散制造的产品往往由多个零件经过一系列并不连续的工序的内部一般将同一工序的设备按照空间和行政管理划分建成一些生产组织（例如部门、工段或小组，这将势必会出现各个小组之间的数（一）汽车生产制造领域边缘计算解决方案实践面临问题和挑战70%以上的综2）生产制造阶段，该过程主要来自于边缘的现场制造端，与中心端 的产品资料形成电子档案供多维度查询追溯。/出 率低下；77712边缘计算解决方案实践总传输至制造执行系统（naung Ect

11、n yem，ES，工统计；效考核；APS系统生产计划智能产线终端工艺防错完工标签打印图 3 智能产线终端架构实践效果智能产线终端系统实现了现场可监控、可追溯、可共享的目标， 并实现了以下几个方面的效率提升：（二）电子制造领域边缘计算解决方案实践面临问题和挑战生产线自动化程度不高，存在大量的人工插件、手工焊接、由于生产前端实时数据采集机制的欠缺，生产管理信息的传由于缺少生产动态数据采集并与计划数据整合分析，使得生边缘计算解决方案实践AGV1）基于边缘控制器和智能设备设计和建设自动化柔性生产线，AGVA G VSRMPLMERPPAAS/PAASCRM.4 电子生产数字化车间解决方案架构2）基于边

12、缘网关和边缘云平台搭建车间数据集成平台，面向生(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)TXT HTTP WebService ETL OPC UASRMPLMERPPAAS/PAASCRM.4 电子生产数字化车间解决方案架构2）基于边缘网关和边缘云平台搭建车间数据集成平台，面向生(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)TXT HTTP WebService ETL 基于边缘云平台开发和提供各种车间生产制造执行应用，包括生产过程管理、设备管理、质量管理、能源管控、物料管理等工业APP；节管等；生产计划协同及生产过程优化管理， 实现与企业资源管理系统nrie eue Pnng，P实践效果3

13、099.5285% 100自动数采率可显著提高到 90%以上，实现数据一次采集或录入，上层ERP（三）工程机械领域边缘计算解决方案实践面临问题和挑战整个生产过程。为了提升生产效率，AGV、机械臂、数控机床、PLC 难下；IT（绿色环保等（边缘计算解决方案实践提升设备生产制造能力。AGV、机械手臂、数控机床、PLC 以及智能散制造业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战。5 智能生产系统架构3. 5 智能生产系统架构3. 实践效果280020020301005241子化率 100%；40%。（四）船舶制造领域边缘计算解决方案实践面临问题和挑战、舾（舾装、涂（涂装灵制（船厂决以下问题：Ex

14、cel 表格输入，数据采集的速度慢，输入量较大，而且容Excel 表格中这部分信息相对于实际情况来说依旧属于滞后的，通过相对滞后的表MES不同网络传输的机器和设备的相关生产数据在边缘网关上进行汇聚边缘计算解决方案实践6现场设备层，主要是构成舾装件生产线常见的数控切割机、分拣机器人、自动焊接机器人、打磨机器人、AGV边缘计算层，包括三个层次，最下的边缘计算网关连接各种ERPMES船舶工业云平台.数控切割机、分拣机器人、自动焊接机器人、打磨机器人、AGV等边缘计算网关嵌入式实时操作系统OPC-UA边缘计算网关嵌入式实时操作系统OPC-UAMES系统接口工艺模型工业服务组合ERPMES船舶工业云平台

15、.数控切割机、分拣机器人、自动焊接机器人、打磨机器人、AGV等边缘计算网关嵌入式实时操作系统OPC-UA边缘计算网关嵌入式实时操作系统OPC-UAMES系统接口工艺模型工业服务组合工序模型边缘计算数据平台工业数据安全边缘计算网络车间级工业SDN+TSN控制网络网络安全WIA-FA工业无线接入网图 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工业云，主要运行 MES、ERP 等信息系统。在整个体系中， 实践效果本解决方案把车间内的工业机器人智能控制器功能集中部署在（五）定制家具领域边缘计算解决方案实践面临问题和挑战工 序 独 立 且 工 艺 项 多 ， 是 属 于 用 户 直 连 制 造（Customer-to-Manufacturer，C2M）中非常典型的离散制造行业应人工手动输入的方式同步到ERP边缘计算解决方案实践定制家具边缘计算解决方案根据生产工厂的实际情况，把 MES 中MESPersonal Computer，IPC）作为中心化节点，主要考虑开料是板材生产的第一IPCIPCIPC图 7 定制家具生产系统解决方案架构实