适用于IIoT的边缘计算设备

作者/易曦露 NI中国嵌入式市场技术工程师

工业物联网的一个最重要的趋势，是越来越多的厂商注意到了边缘的重要性。在以前的IIoT结构中，IT端通常扮演着更为重要的角色，所有的数据分析、数据挖掘和数据决策都在云端完成，而设备端只是用来收集数据。因此，以往的工业物联网架构对设备端并没有特别高的要求。但对于工业设备而言，很多数据的分析和处理都具有实时性、低延迟的要求，例如协同、控制等时间敏感的信号，而数据与云端通信的低传输速度与带宽限制，是无法支持这些实时性的要求的。

因此，“边缘计算”的概念应运而生。边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务。需要强调的是，真正适用于工业物联网的“边缘计算”设备并不仅仅是传统的控制器或者网关，而是需要满足3个必备能力：采集边缘数据、智能的运算能力和可操作的决策反馈。

首先，“边缘计算”设备也应该是边缘侧数据采集设备，数据采集是边缘计算的基础，从工业设备到消费电子，一切设备都是数据的来源。

其次，“边缘计算”设备需要有基于机器学习的智能运算能力，尤其是能够跨越边缘侧和云端提供智能化的运算能力。对于工业设备而言，工业物联网最重要的价值，在于根据收集到的数据分析设备的实际运行状态，通过预测性维护的手段，最大程度降低企业因为非预期停机造成的经济损失。但由于各个不同领域之间的异构性，我们难以用一套通用的分析算法运用到所有的工业设备中。因此，基于现场海量数据模型训练的机器学习成为了最佳的解决方案。良好的运算性能和数据管理，也是“边缘计算”设备的必要能力。

第三，“边缘计算”设备不仅仅是完成采集和运算，还需要提供可操作的决策反馈。管理层可以根据数据分析获得相关决策建议，由执行器或者设备本身直接完成决策过程。这就意味着边缘设备需要有连接至决策执行系统的开放性。

边缘计算将运算分散在靠近数据源的近端设备处理，分担云平台的工作量，具有更高的实时性、效率以及更低的延迟，随着汽车、工厂资产、医疗设备、机器人等工业设备连接数量的指数型增长，将会有越来越多的工业应用采用边缘计算。在未来，边缘计算将与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型。

NI的IIoT解决方案

在工业物联网领域，NI走的很早，可以说是积累了十余年的经验。从2000年开始，NI 就开始推出针对设备状态在线监测的硬件及软件产品，专门用于重要工业资产的预测性维护。由模块化的硬件平台和强大灵活的软件平台构成的NI整体解决方案能够有力支撑IIoT领域的技术变迁，帮助客户从实验室直达量产，到目前为止，NI已经联合生态系统，推出了从设备端到决策端的完整的工业物联网解决方案。

NI的工业物联网方案解决了边缘计算最关键的两个技术要点：高性能的边缘节点，以及专业的数据管理。

首先，NI为工程师提供高性能的数据采集硬件平台，担任设备端边缘节点，可以同时完成对设备状态的数据收集与在线预处理。正如我们之前提到的，对于边缘节点而言，最重要的是具有高性能、智能化的采集和运算能力。NI的硬件恰恰能满足这一要求。基于以FPGA为核心的硬件架构，设备能够实现高速的数据分析和控制，以及系统的快速部署。此外，采用模块化的IO接口和开放的系统架构，能够轻松的将设备连接至任意种类的传感设备、执行器以及第三方系统，完成决策反馈。

其次，在数据管理方面，NI也推出了一系列专用的软件产品，包括企业级状态监测软件InsightCM，分布式系统集中管理软件SystemLink，海量数据管理及分析套件Diadem，以及在去年最新推出的LabVIEW机器学习工具包，能够在边缘侧或云端提供专用于垂直工业领域的集中化数据管理和数据挖掘。同时，NI还大力投入机器学习领域，将人工智能这一热点技术应用到工业物联网中，通过对边缘节点收集到的设备信息进行模型训练和验证，实现预测性维护的优化商业决策，真正实现IT+OT的技术融合。

此外，对于工业物联网的快速发展，NI一直在关注最新的技术趋势，并不断做出创新。例如从2016年起，NI就持续推出支持TSN（时间敏感网络）的边缘节点设备，能够实现纳秒级别的同步精度，并且不受传输距离的影响，支持几百米的网络节点部署完全不在话下，特别适用于较大规模的分布式系统中设备之间的同步。对最新技术的投入也让NI在工业物联网分布式测量领域更进一步。

在工业物联网的浪潮中，NI联合众多合作伙伴，共同完善整个IIoT的系统架构，在多个细分垂直行业都已具有成功案例，例如在能源电力领域，中广核借助NI的平台搭建了针对核电站设备的在线监测和维护系统，实现了对应急柴油机组高达180通道的在线监测。而在轨道交通领域，中国中车四方机车也与NI合作，完成了针对高铁轴承的分布式监测及预测性维护。在这些落地方案中，NI的解决方案覆盖了从设备端，到厂级服务器，再到企业级服务器和云端的完整范围，为工业企业提供端到端的系统互联。而未来，我们也希望将这一方案应用到更多的领域中，为企业创造更大的工业价值。