部署弹性边缘计算，助力工业4.0时代的技术创新

2021年9月14日——我们正在经历的工业4.0是新兴数字化技术创新驱动的结果，通过采用数据分析、自主机器人和人工智能等新兴的技术创新，生产制造正变得“智能化”。这些数据驱动型的技术可提升整个价值链的生产力和绩效，同时需要在生产制造的现场部署信息技术（IT）系统——边缘计算。在某些场景下，这种新增加的边缘IT可能会增加自动化系统宕机的风险，选择专为生产制造环境设计的IT机柜并投资购置适用的电源和制冷基础设施可以解决制造环境中边缘IT系统所面临的独特挑战。

近日，全球能源管理与自动化领域的数字化转型专家施耐德电气发布名为《工业4.0：采用高弹性的边缘计算确保最小化宕机风险》的白皮书。与典型的IT环境不同，制造环境面临独特的挑战，比如恶劣的环境条件和安全问题，这给在这些环境中负责IT系统的人员带来了巨大的压力。在本白皮书中，我们讨论了制造业的生产环境和宕机成本，并介绍了在工业4.0时代实现“智能”工厂的技术创新。我们比较了不同边缘计算基础设施解决方案的可用性，并阐述该领域的最佳实践，以帮助企业最大限度降低宕机风险。

生产制造宕机成本高昂，需要确保关键流程“始终在线”

过去十年的统计数据显示，生产制造的宕机可能导致企业每小时损失巨大，如汽车工业宕机的平均损失高达每小时 130 万美元，所有的制造业每次宕机事件的平均成本为1.7万美元。制造环境中的自动化系统宕机会影响生产效率、盈利水平和客户体验，甚至会损害制造商的品牌声誉。

施耐德电气预计，在工业4.0时代，由于制造流程高度自动化且互相整合，因此宕机的成本将更高。因此，为了防止宕机，企业需要进行正确的投资以确保其关键流程“始终在线”。

IT和OT的融合使技术创新成为可能，但同时也面临着边缘部署挑战

工业4.0中的主要新兴技术创新如视频分析、数字孪生、人工智能、自主机器人、3D打印、数据分析、增强现实等，是基于数据的，并要求制造环境具备全新的工业互联网（IIoT）和计算能力水平。IT人员需要重新审视其 IT 部署策略，通过更多的数据收集、聚合、处理和分析来支持这些技术，并将计算能力部署到更靠近用户或“设备”的位置。

IT和OT通过融合实现智能企业控制

工业领域的IT人员需要集成信息技术（IT）和操作技术（OT），并将边缘IT部署到自动化层级的较低级别（如控制级别、制造执行系统级别和ERP级别），以支持视频分析和自主机器人等技术。随着边缘IT进入制造环境，IT人员在防范IT系统故障方面将面临更大压力，因为这些故障可能导致自动化系统宕机。

此外，在工业环境中部署边缘IT系统也具有独特的挑战性。与一般的IT环境不同，将边缘IT部署为生产车间现场的数据中心时会遇到以下挑战和要求：

可用性：当边缘IT与生产制造过程串联时，边缘IT系统的故障可能导致自动化系统宕机，从而中断生产。

潜在的环境风险：制造厂房的周边环境条件通常很难控制。温度和湿度浮动范围通常很广，粉尘颗粒或其它污染物较多，发生漏水、振动、碰撞和滋扰事件的概率较高。

空间限制：在制造环境中部署边缘IT常常存在空间限制，尤其是对现有工厂进行改造时。这意味着可能没有能放置机柜的专用空间。

物理安全性：与办公楼和商业环境不同，制造环境可能难以限制人员访问已安装的IT资产。工厂车间的人员可以随意接触到位于同一车间内的IT设备。

可管理性：IT设备通常遍布整个制造环境。此外，一般的工厂车间很少会有专门的IT人员来监控和管理边缘IT。

网络安全：工业互联网的普及也伴随着比以前更多的网络安全风险。

弹性边缘计算解决方案，帮助企业最大限度降低宕机风险

为应对这些挑战并最大限度降低宕机风险，IT人员需要将弹性边缘计算解决方案引入制造环境。弹性解决方案利用了过去几十年来在典型IT环境中采用的最佳实践。在制造环境中部署时，为帮助IT人员实现高弹性的边缘计算，这些解决方案还需要采用独特的最佳实践：

选择专为制造环境设计的 IT 机柜：专用IT机柜可以有效应对上述许多挑战，例如环境风险、空间限制和物理安全性。

使用有效的电源保护和制冷方法：不间断电源（UPS）和空调等适当的电源保护和制冷基础设施系统可以最大限度降低宕机风险。

采用网络安全最佳实践：工业互联网（IIoT）的复杂性意味着必须在组成自动化系统的组件及其嵌入式网络系统中设计网络安全功能。

投资购置监控和管理软件：典型IT环境的最佳实践是从集中区域或远程来监控和管理边缘计算。

利用合作伙伴生态系统提供完整的边缘IT解决方案：使用开放技术并借助成熟的合作伙伴生态系统的力量，在他们的帮助下建立完全集成的微型边缘计算数据中心。

完全集成的边缘计算解决方案示例

通过以上分析，我们可以得出生产制造宕机对于工业行业利益相关者而言是一笔巨大的损失。视频分析、数字孪生、人工智能和自主机器人技术等与工业4.0相关的新兴技术创新将提高生产效率、产品质量并减少设备故障等。通过集成IT和OT并将边缘IT部署为现场数据中心，可以实现这些技术创新。但是，将边缘IT引入自动化层级的较低层级（如传感器/执行器和控制）将增加制造过程的宕机风险。施耐德电气《工业4.0：采用高弹性的边缘计算确保最小化宕机风险》白皮书提供的最佳实践可以帮助工业IT人员通过弹性边缘计算将风险降至最低，并解决诸如恶劣环境、网络安全、物理安全和可管理性等独特的行业难题。

《工业4.0：采用高弹性的边缘计算确保最小化宕机风险》白皮书，是施耐德电气基于丰富的行业观察和实践经验而得出的结论，其发布为实现工业4.0时代的弹性边缘计算部署提供了清晰的思路。施耐德电气在工业、IT行业及边缘计算领域已深耕数十年，有着领先的洞察与实践，并一直在创新中求发展。在为用户提供具有出色可用性和可靠性的产品及解决方案的同时，施耐德电气也倾尽全力，为业内人士尽可能提供更多知识共享的平台和机遇。施耐德电气持续通过网站免费提供白皮书和工具，与业界分享有益的见解，当前共有200多份白皮书可供选择。