離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書2022目錄一、離制造展面臨挑戰(zhàn)緣計(jì)算應(yīng)用值 1（一）散制迎來新發(fā)展遇 1（二）2制約散制轉(zhuǎn)型發(fā)的關(guān)素 2邊緣算帶工業(yè)現(xiàn)價(jià)值 4（三）散制邊緣計(jì)應(yīng)用情況 8邊緣制器層 8邊緣關(guān)層 10邊緣層 10二、離制造緣計(jì)算施架技術(shù)體系 11（一）散制邊緣計(jì)實(shí)施構(gòu) 11（二）散制邊緣計(jì)關(guān)鍵術(shù) 12緣智能 12構(gòu)計(jì)算 13聯(lián)互技術(shù) 14服務(wù) 14算遷移 15三、離制造緣計(jì)算決方踐 15（一）車生造領(lǐng)域緣計(jì)決方案踐 16臨問和挑戰(zhàn) 16緣計(jì)解決案實(shí)踐 18踐效果 19（二）電子制域邊緣算解案實(shí)踐 20臨問和挑戰(zhàn) 20緣計(jì)解決案實(shí)踐 21踐效果 23（三）程機(jī)域邊緣算解案實(shí)踐 24臨問和挑戰(zhàn) 24緣計(jì)解決案實(shí)踐 25踐效果 26（四）舶制域邊緣算解案實(shí)踐 26臨問和挑戰(zhàn) 26緣計(jì)解決案實(shí)踐 29踐效果 31（五）制家域邊緣算解案實(shí)踐 31臨問和挑戰(zhàn) 31緣計(jì)解決案實(shí)踐 32踐效果 33四、離制造緣計(jì)算展趨建議 34（一）散制邊緣計(jì)未來望 34（二）散制邊緣計(jì)技術(shù)業(yè)化發(fā)建議 35產(chǎn)業(yè)發(fā)展議 35技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議 36圖表目錄圖1邊緣算通架構(gòu) 9圖2離散造業(yè)緣計(jì)算施參構(gòu) 12圖3智能線終架構(gòu) 19圖4電子產(chǎn)數(shù)化車間決方構(gòu) 22圖5智能產(chǎn)系架構(gòu) 26圖630圖7定制具生系統(tǒng)解方案構(gòu) 33離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書（征求意見稿）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案白皮書（征求意見稿）PAGEPAGE10一、離散制造業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及邊緣計(jì)算的應(yīng)用價(jià)值（一）離散制造業(yè)迎來新的發(fā)展機(jī)遇智能化階段不斷躍升。（二）離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展對邊緣計(jì)算能力的需求分析制約離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵因素在互單機(jī)設(shè)備自動化軟件的結(jié)構(gòu)化和柔性化不足，缺少開放式接口，設(shè)備間缺少統(tǒng)一的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)（ProgrammableLogicControllerPLC）系統(tǒng)和IT數(shù)據(jù)采集困難，缺少完整的數(shù)據(jù)集成應(yīng)用架構(gòu)。目前離散制造業(yè)在目前的信息安全機(jī)制，要適應(yīng)柔性自動化生產(chǎn)，設(shè)備功能動態(tài)重構(gòu)，與系統(tǒng)互聯(lián)互通等要求，必須要有功能安全和信息安全的保障。ISA-95邊緣計(jì)算帶來的工業(yè)現(xiàn)場價(jià)值邊緣計(jì)算是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，構(gòu)建融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、應(yīng)用核心能力的分布式開放體系，形成新的生態(tài)模式，OT與ITOTITOTIT需求和服務(wù)質(zhì)量要求，運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度算法，轉(zhuǎn)化為對時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TimeSensitiveNetworking,TSN）5G邊緣計(jì)算平臺可以實(shí)現(xiàn)離散制造系統(tǒng)實(shí)時(shí)工業(yè)軟件開發(fā)的軟硬GuidedVehicle，AGV）調(diào)度等功能封裝在邊邊緣計(jì)算平臺可以進(jìn)一步促進(jìn)離散制造系統(tǒng)的IT/OT邊緣計(jì)算平臺既連接OTITITIT/OT/（三）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算應(yīng)用基本情況1邊緣控制器層平臺管理虛擬化平運(yùn)維管理臺管理邊緣協(xié)議轉(zhuǎn)換TSN設(shè)備編輯開發(fā)環(huán)境開發(fā)算法功能庫策略執(zhí)行控制PLC 運(yùn)動控制 控制器東西向協(xié)同控制器PLC機(jī)器人數(shù)控機(jī)床機(jī)械手AGV工控機(jī)掃碼槍儀表云平臺數(shù)據(jù)上傳模型微服務(wù)云平臺數(shù)據(jù)上傳模型微服務(wù)下發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用管理業(yè)務(wù)指令上 任務(wù)編邊緣云 下行傳輸 排調(diào)應(yīng)用部署和生命周期管理智能邊云 建模協(xié)同 工具數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 異聚合 分析 計(jì)設(shè)備管理訪問 通訊 設(shè)備注授權(quán) 管理日志數(shù)據(jù)采集控制輸出管理智能容器 分析冊管理處理緩存采集邊緣數(shù)據(jù)輕量級數(shù)據(jù)預(yù)邊緣數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)存儲計(jì)算邊緣網(wǎng)關(guān)…...機(jī)床門禁…...攝像頭沖床現(xiàn)場網(wǎng)關(guān)東西向協(xié)同邊緣云東西向協(xié)同邊緣網(wǎng)關(guān)層OPCUA互聯(lián)網(wǎng)平臺可采用統(tǒng)一的協(xié)議和信息模型與不同設(shè)備和系統(tǒng)互相通等功能。邊緣云層ITOT二、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)及技術(shù)體系（一）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施架構(gòu)如圖2（計(jì)算平臺通過南北向鏈接與更上層的工業(yè)云平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和應(yīng)云平臺邊云協(xié)同云平臺邊云協(xié)同離散制造生產(chǎn)計(jì)劃管理離散制造執(zhí)行過程邊緣管控離散制造業(yè)邊緣計(jì)算平臺預(yù)算管理數(shù)據(jù)分析 智能商務(wù)分析決策下發(fā)數(shù)據(jù)采集輸出數(shù)據(jù)采集決策采集生產(chǎn)計(jì)劃運(yùn)離散制造加工與生產(chǎn)線運(yùn)營數(shù)據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控及倉儲管理系統(tǒng)倉儲數(shù)據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)劃合同采購生產(chǎn)倉儲交貨…...機(jī)床機(jī)器人執(zhí)行設(shè)備傳感器CRMSCMERPPLCHMIPDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)營管理系統(tǒng)SCADA生產(chǎn)數(shù)據(jù)CAXMES設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)離散制造業(yè)邊緣設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)動控制協(xié)議轉(zhuǎn)換PLC控制設(shè)備管理異構(gòu)計(jì)算運(yùn)營智能倉庫進(jìn)出庫管理最優(yōu)揀選路徑計(jì)算結(jié)構(gòu)管理數(shù)據(jù)緩存設(shè)備接入質(zhì)量管理數(shù)據(jù)預(yù)處理…...AGV管理自動化立體庫…...邊緣智能數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)預(yù)處理離散制造倉儲運(yùn)輸與物流管理能效優(yōu)化部署運(yùn)維設(shè)計(jì)協(xié)同制造協(xié)同供應(yīng)鏈協(xié)同部署運(yùn)維平臺互操作管理業(yè)務(wù)編排資源管理數(shù)據(jù)服務(wù)模型服務(wù)應(yīng)用開發(fā)生產(chǎn)優(yōu)化…...庫存管理系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品交付運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)圖2離散制造業(yè)邊緣計(jì)算實(shí)施參考架構(gòu)（二）離散制造業(yè)邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)邊緣智能邊緣智能是賦能離散制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，提供了邊緣-云數(shù)據(jù)中心協(xié)同才能開展完整的智能模型訓(xùn)練，以上操作配合應(yīng)用需要智能算法框架完成人機(jī)交互、編解碼/加解密等算法框架進(jìn)異構(gòu)計(jì)算了將不同類型指令集和不同體系架構(gòu)的計(jì)算單元協(xié)同起來的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，以充分發(fā)揮各種計(jì)算單元的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗、互聯(lián)互通技術(shù)OPCUAOverTSNTSNOPCUA要對現(xiàn)場的機(jī)器狀態(tài)、生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，TSN+OPCUA在整體上使得工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的橫向與縱向數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了透微服務(wù)IT計(jì)算遷移計(jì)算遷移是將計(jì)算密集型應(yīng)用任務(wù)遷移至資源較充足的設(shè)備中先將海量邊緣設(shè)備采集或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行部分或全部計(jì)算的預(yù)處理三、離散制造業(yè)邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐離散制造的產(chǎn)品往往由多個(gè)零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序的內(nèi)部一般將同一工序的設(shè)備按照空間和行政管理劃分建成一些生產(chǎn)組織（例如部門、工段或小組，這將勢必會出現(xiàn)各個(gè)小組之間的數(shù)（一）汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)70%以上的綜2）生產(chǎn)制造階段，該過程主要來自于邊緣的現(xiàn)場制造端，與中心端的產(chǎn)品資料形成電子檔案供多維度查詢追溯。/出率低下；77712邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐總傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)（naungEctnyem，ES，工統(tǒng)計(jì)；效考核；機(jī)床設(shè)備機(jī)床設(shè)備數(shù)據(jù)采集APS系統(tǒng)實(shí)時(shí)完工統(tǒng)計(jì)MES系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃智能產(chǎn)線終端異常ANDON處理工藝防錯(cuò)完工標(biāo)簽打印圖3智能產(chǎn)線終端架構(gòu)實(shí)踐效果智能產(chǎn)線終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場可監(jiān)控、可追溯、可共享的目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的效率提升：（二）電子制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)生產(chǎn)線自動化程度不高，存在大量的人工插件、手工焊接、由于生產(chǎn)前端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集機(jī)制的欠缺，生產(chǎn)管理信息的傳由于缺少生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)采集并與計(jì)劃數(shù)據(jù)整合分析，使得生邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐AGV基于邊緣控制器和智能設(shè)備設(shè)計(jì)和建設(shè)自動化柔性生產(chǎn)線，SRMPLMERPCRM...TXTHTTPWebServiceETL……(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)SRMPLMERPCRM...TXTHTTPWebServiceETL……(MQTT/Modbus/OPC/HTTP)PAAS/ PAASAGV…AGV…圖4電子生產(chǎn)數(shù)字化車間解決方案架構(gòu)基于邊緣網(wǎng)關(guān)和邊緣云平臺搭建車間數(shù)據(jù)集成平臺，面向生OPCUA基于邊緣云平臺開發(fā)和提供各種車間生產(chǎn)制造執(zhí)行應(yīng)用，包括生產(chǎn)過程管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管控、物料管理等工業(yè)APP；節(jié)管等；生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同及生產(chǎn)過程優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)資源管理系統(tǒng)nrieeuePnng，P實(shí)踐效果3099.5285%100自動數(shù)采率可顯著提高到90%以上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一次采集或錄入，上層ERP（三）工程機(jī)械領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)整個(gè)生產(chǎn)過程。為了提升生產(chǎn)效率，AGV、機(jī)械臂、數(shù)控機(jī)床、PLC難下；IT（（（綠色環(huán)保等（（邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐提升設(shè)備生產(chǎn)制造能力。AGV、機(jī)械手臂、數(shù)控機(jī)床、PLC以及智能散制造業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)。圖5智能生產(chǎn)系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)踐效果280020020301005241100%；40%。（四）船舶制造領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)、舾（舾裝、涂（涂裝靈制（船廠決以下問題：Excel表格輸入，數(shù)據(jù)采集的速度慢，輸入量較大，而且容Excel表格中這部分信息相對于實(shí)際情況來說依舊屬于滯后的，通過相對滯后的表MES不同網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臋C(jī)器和設(shè)備的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在邊緣網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行匯聚邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐6現(xiàn)場設(shè)備層，主要是構(gòu)成舾裝件生產(chǎn)線常見的數(shù)控切割機(jī)、分揀機(jī)器人、自動焊接機(jī)器人、打磨機(jī)器人、AGV邊緣計(jì)算層，包括三個(gè)層次，最下的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)連接各種船舶工業(yè)云平臺MESERP邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)...WIA-FA工業(yè)無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全車間級工業(yè)SDN+TSN船舶工業(yè)云平臺MESERP邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)...WIA-FA工業(yè)無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全車間級工業(yè)SDN+TSN控制網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)OPC-UA嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)OPC-UA嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)安全邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)平臺MES系統(tǒng)接口工藝模型工業(yè)服務(wù)組合工序模型數(shù)控切割機(jī)、分揀機(jī)器人、自動焊接機(jī)器人、數(shù)控切割機(jī)、分揀機(jī)器人、自動焊接機(jī)器人、打磨機(jī)器人、AGV等圖6船舶舾裝件制造行業(yè)個(gè)性化定制和自組織生產(chǎn)系統(tǒng)框架工業(yè)云，主要運(yùn)行MES、ERP等信息系統(tǒng)。在整個(gè)體系中，實(shí)踐效果本解決方案把車間內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人智能控制器功能集中部署在（（五）定制家具領(lǐng)域邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐面臨問題和挑戰(zhàn)工序獨(dú)立且工藝項(xiàng)多，是屬于用戶直連制造（Customer-to-Manufacturer，C2M）中非常典型的離散制造行業(yè)應(yīng)人工手動輸入的方式同步到ERP邊緣計(jì)算解決方案實(shí)踐定制家具邊緣計(jì)算解決方案根據(jù)生產(chǎn)工廠的實(shí)際情況，把MES中MESPersonalComputer，IPC）作為中心化節(jié)點(diǎn)，主要考慮開料是板材生產(chǎn)的第一IPCIPCIPC圖7定制家具生產(chǎn)系統(tǒng)解決方案架構(gòu)實(shí)踐效果在定制家具工廠端提出“工作站”概念