工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望

賈鍇

（上海市樹實(shí)科技（上海）有限公司，上海 200023）

在智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)共同發(fā)展的背景下，世界各國紛紛開啟了工業(yè)改革計(jì)劃，其中美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及德國的工業(yè)4.0 計(jì)劃，都是為智能化生產(chǎn)的到來做好的相應(yīng)規(guī)劃。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)以及生產(chǎn)鏈智能化終端設(shè)備逐漸增加的背景下，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)云計(jì)算技術(shù)模式已經(jīng)不能夠滿足整個(gè)工業(yè)鏈條互聯(lián)網(wǎng)的需求，出現(xiàn)了行動(dòng)力下降的問題。

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能技術(shù)的研究目的

當(dāng)今社會(huì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展非常迅捷，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用非常重要的環(huán)節(jié)。在互聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)以及智能工業(yè)設(shè)備相互融合應(yīng)用背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸形成通過工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊以及具體操作模塊的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的串聯(lián)。在傳統(tǒng)的工業(yè)模塊當(dāng)中，邊緣層是基礎(chǔ)層級(jí)，主要起到接入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、協(xié)調(diào)管理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)逐漸精細(xì)化，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能化設(shè)備也逐漸增加，傳統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)負(fù)載加重，其寬帶的消耗和壓力也逐漸增加，產(chǎn)生延時(shí)技術(shù)問題，影響了工業(yè)生產(chǎn)效率。在此背景下，相關(guān)專家提出了利用邊緣智能計(jì)算實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的應(yīng)用管控，完成對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化。

邊緣智能是邊緣計(jì)算在智能技術(shù)領(lǐng)域中的核心應(yīng)用，在其進(jìn)行應(yīng)用分析過程中，邊緣智能建立了具備機(jī)器學(xué)習(xí)、高級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能的智能化網(wǎng)絡(luò)，其本身也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化處理。在網(wǎng)絡(luò)的綜合應(yīng)用過程中，邊緣智能完成云端路徑上的計(jì)算和資源儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力的優(yōu)化。另外，工業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)海量且異構(gòu)，需要實(shí)時(shí)管理多種數(shù)據(jù)流，也是邊緣計(jì)算的多項(xiàng)功能之一，從而提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果。

二、邊緣智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

（一）邊緣智能技術(shù)應(yīng)用分析

1.協(xié)同計(jì)算技術(shù)。協(xié)同計(jì)算技術(shù)是邊緣智能技術(shù)應(yīng)用的重要技術(shù)，在其技術(shù)的綜合應(yīng)用過程中，主要完成云計(jì)算中心、邊緣節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)、邊緣設(shè)備應(yīng)用、控制器裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用等多方面內(nèi)容。

A 在協(xié)同計(jì)算中，云計(jì)算中心賬戶要完成邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳工作。

B 在云導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用過程中，邊緣設(shè)備的管控非常重要。邊緣設(shè)備除了承擔(dān)模型推理和數(shù)據(jù)收集任務(wù)，還承擔(dān)在本地或近鄰設(shè)備上訓(xùn)練和更新模型的任務(wù)。

C 在實(shí)際的協(xié)同技術(shù)應(yīng)用過程中，還包括對(duì)自主學(xué)習(xí)通信技術(shù)進(jìn)行研究，完成對(duì)服務(wù)質(zhì)量、通信開銷的設(shè)計(jì)因素分析，提升邊緣設(shè)計(jì)應(yīng)用效果，確保通訊服務(wù)模塊應(yīng)用更加合理，最大程度提升智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果。

2.資源隔離技術(shù)也是邊緣計(jì)算中非常重要的技術(shù)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展至今，完成資源隔離和保護(hù)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)十分關(guān)鍵的技術(shù)。資源隔離主要是針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行計(jì)算、儲(chǔ)存等進(jìn)行技術(shù)分析。在實(shí)際的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的資源非常豐富，需要應(yīng)用資源隔離技術(shù)進(jìn)行核心優(yōu)化。虛擬機(jī)技術(shù)具有大容量和安全性的特點(diǎn)，但是，虛擬機(jī)技術(shù)也有其本身的不足，主要弊端就是其運(yùn)行速度相對(duì)比較慢。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，每天會(huì)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，由于檢測(cè)、控制、執(zhí)行操作要求的時(shí)延一般小于10 ms。而在虛擬機(jī)技術(shù)運(yùn)行過程中，啟動(dòng)速度相對(duì)比較慢，一般需要在幾分鐘之內(nèi)才可以完成啟動(dòng)工作，一定程度上影響到啟動(dòng)管理效果，也直接影響到了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。邊緣智能技術(shù)在應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)過程中，針對(duì)此問題進(jìn)行了改進(jìn)，其在虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)之上研究了容器（Docker）技術(shù)，主要針對(duì)啟動(dòng)開銷環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。在容器（Docker）應(yīng)用中，能夠支持應(yīng)用程序在基于操作系統(tǒng)的虛擬化隔離環(huán)境中運(yùn)行，極大減少了啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用效率升級(jí)，而且在其核心應(yīng)用中，通過分層鏡像，打包和分發(fā)應(yīng)用只需毫秒級(jí)時(shí)延。目前看，在未來邊緣智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展過程中，容器（Docker）將成為虛擬化技術(shù)的首選應(yīng)用。

3.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用分析。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能技術(shù)的應(yīng)用過程中，還可以完成對(duì)其網(wǎng)絡(luò)邊緣結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用分析，提升互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果。當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

A 在邊緣智能網(wǎng)絡(luò)中，其應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括可視化分析、供應(yīng)鏈管理技術(shù)、預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)以及遠(yuǎn)程升級(jí)技術(shù)應(yīng)用。通過邊緣智能技術(shù)分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合優(yōu)化控制，提升網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果。

B 在邊緣智能網(wǎng)絡(luò)中，還包括系統(tǒng)平臺(tái)層設(shè)計(jì)應(yīng)用。在其設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，完成了應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)、工業(yè)服務(wù)組件庫設(shè)計(jì)以及通用PaSS平臺(tái)設(shè)計(jì)等多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過提升邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)管控，提升設(shè)計(jì)效果。

C 在邊緣層設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，可以完成對(duì)協(xié)議解析設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)預(yù)處理控制設(shè)計(jì)、設(shè)備接入設(shè)計(jì)、資源編排設(shè)計(jì)以及規(guī)則分析等多項(xiàng)模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)用。另外，在邊緣層進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，其主要完成協(xié)同計(jì)算核心技術(shù)應(yīng)用、資源隔離技術(shù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用以及5G 和智能化技術(shù)的應(yīng)用，確保其技術(shù)的應(yīng)用更加合理，也能夠最大程度上提升整個(gè)邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用質(zhì)量[1]。

D 在整個(gè)工業(yè)邊緣智能互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用過程中，還包括對(duì)現(xiàn)場(chǎng)層的設(shè)計(jì)應(yīng)用分析，主要包括各項(xiàng)工業(yè)設(shè)備的聯(lián)合應(yīng)用，在現(xiàn)場(chǎng)層進(jìn)行傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，完成對(duì)傳感器、機(jī)械臂、設(shè)備儀表以及能源模塊的技術(shù)應(yīng)用控制，提升工業(yè)生產(chǎn)效果。

另外，邊緣智能技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的應(yīng)用管控，完成隱私數(shù)據(jù)加密、公鑰加密以及網(wǎng)絡(luò)加密應(yīng)用，最大程度提升網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的安全管控。在傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)使用過程中，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)泄露問題將會(huì)直接影響到工業(yè)生產(chǎn)安全。邊緣智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用采用Rivest的同態(tài)加密算法，在其加密應(yīng)用過程中，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存階段的數(shù)據(jù)應(yīng)用保護(hù)，進(jìn)一步提升了邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密效果，對(duì)于現(xiàn)代化工業(yè)安全生產(chǎn)發(fā)展有非常重要的意義。

（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能的具體應(yīng)用

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，在邊緣智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)了高精度工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化發(fā)展，提升了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，采用邊緣網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)設(shè)備聯(lián)通和數(shù)據(jù)預(yù)處理業(yè)務(wù)，在本地對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)分析，只將與結(jié)果相關(guān)的少量高價(jià)值數(shù)據(jù)上傳到云端，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行的智能化管控，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用效果。

首先，在邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程中，能夠完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性的維護(hù)。在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)鏈條當(dāng)中，流水線以及相關(guān)技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備具有一定使用壽命，并且設(shè)備本身也存在故障問題，而智能網(wǎng)絡(luò)工業(yè)生產(chǎn)鏈條聯(lián)系更加緊密，一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障問題，將會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)鏈條的運(yùn)行。通過邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備故障預(yù)測(cè)，提前做好設(shè)備維護(hù)工作，能夠極大程度地減少設(shè)備故障造成的損失。

其次，傳統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，其管控的設(shè)備相對(duì)比較多，數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生時(shí)延，影響到設(shè)備的使用效果。相關(guān)技術(shù)研究表明，邊緣智能計(jì)算能使偏差檢測(cè)、二次規(guī)劃、姿態(tài)調(diào)整等步驟的時(shí)間延遲滿足工業(yè)制造需求（<10 ms）。

再次，引入邊緣智能技術(shù)對(duì)機(jī)械臂生產(chǎn)應(yīng)用過程進(jìn)行計(jì)算分析，可以提高高精度機(jī)械臂工業(yè)生產(chǎn)效率。工業(yè)機(jī)械臂是一種現(xiàn)代化的工業(yè)設(shè)備，具有自動(dòng)生產(chǎn)、智能操控等特點(diǎn)。利用邊緣計(jì)算技術(shù)本身良好的數(shù)據(jù)計(jì)算功能，通過對(duì)數(shù)據(jù)綜合計(jì)算優(yōu)化更好地完成對(duì)機(jī)械臂運(yùn)行誤差的實(shí)際控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高精度機(jī)械臂的生產(chǎn)管控。

三、邊緣智能技術(shù)的發(fā)展前景

當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能正處在發(fā)展與挑戰(zhàn)的并存的機(jī)遇期，從當(dāng)前對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能技術(shù)研究分析來看，其一，邊緣智能網(wǎng)絡(luò)正朝著更多的業(yè)務(wù)方向發(fā)展，不僅局限于工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，在整個(gè)工業(yè)業(yè)務(wù)承接，工業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新領(lǐng)域中也在應(yīng)用邊緣智能技術(shù)[3]。其二，邊緣智能網(wǎng)絡(luò)本身也存在一定的不足，如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣智能網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中存在海量異構(gòu)數(shù)據(jù)、其業(yè)務(wù)的需求包括非常多的種類，需要管控多項(xiàng)設(shè)計(jì)應(yīng)用模式，還存在相應(yīng)不足的問題，影響對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理效果，所以利用邊緣智能技術(shù)提升互聯(lián)網(wǎng)綜合管控能力和數(shù)據(jù)應(yīng)用效果還有很大的發(fā)展空間。其三，在邊緣智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景下，“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)盟作用開始凸顯?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，智能化產(chǎn)業(yè)鏈模式已經(jīng)開始逐漸形成，而邊緣智能也從單一的生產(chǎn)鏈條向更多的整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)中智能化設(shè)備逐漸增加，數(shù)據(jù)傳輸、業(yè)務(wù)建模、協(xié)議轉(zhuǎn)換、安全防護(hù)等多個(gè)層面形成了高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)。“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)盟的發(fā)展，有利于邊緣智能技術(shù)無限開發(fā)，加速實(shí)現(xiàn)邊緣智能在整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條中的應(yīng)用，促進(jìn)智能化產(chǎn)業(yè)的加速到來。

結(jié)束語

本文筆者針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造邊緣技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，文章中簡(jiǎn)要從邊緣智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的角度總結(jié)邊緣智能技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用情況和邊緣智能技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用途徑。