KubeEdge邊緣計算在順豐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的實踐

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為智能制造和工業(yè)4.0的重要使能技術(shù)和關(guān)鍵實現(xiàn)路徑，以 OT 技術(shù)和 IT 技術(shù)融合為核心。本篇文章中，順豐物聯(lián)網(wǎng)平臺負責(zé)人胡典鋼為大家介紹了邊緣計算在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用實踐，闡述了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、整體架構(gòu)設(shè)計以及邊緣計算在此過程中承擔的重要角色，并梳理了其中的技術(shù)演進脈絡(luò)。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最早在2012年由GE通用電氣首次提出，并推出Predix平臺。在國內(nèi)，政府于2015年發(fā)布《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》綱要，提出智能制造重大戰(zhàn)略，2020年9月提出關(guān)于加快推進國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。作為智能制造和工業(yè)4.0的重要使能技術(shù)和關(guān)鍵實現(xiàn)路徑，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要操作運營技術(shù)(Operation Technology，OT)和信息技術(shù)(Information Technology，IT)的相互融合，二者如何融合卻存在一些挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在兩個方面：

　　一方面來自二者的差異化，OT更強調(diào)穩(wěn)定性和可靠性，對運行中的系統(tǒng)、OT人員傾向于保持不做變更;IT專注于數(shù)字環(huán)境，主要考慮數(shù)據(jù)處理速度、系統(tǒng)可靠性和安全性等問題，因此IT必須快速創(chuàng)新和變革，以跟上不斷發(fā)展的技術(shù)。另一方面，從公司的組織和規(guī)劃實施層面看，由哪個部門組織主導(dǎo)，在多大范圍面去實施融合，預(yù)期產(chǎn)生什么收益，也需要不斷探索和厘清。

　　圖：OT與IT技術(shù)

　　作為OT和IT融合的載體，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及很多體系要素的支撐，包括工業(yè)自動化，傳感器的感知發(fā)展、泛在網(wǎng)絡(luò)連接、邊緣計算、云計算，還有大數(shù)據(jù)分析，工業(yè)數(shù)據(jù)建模等等，通過這些維度，來形成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的整體能力�？梢試L試給工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下個定義，即面向工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的需求，在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、運營管理和服務(wù)運維各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過自主感知數(shù)據(jù)采集、學(xué)習(xí)、分析和決策的閉環(huán)，支撐工業(yè)資源泛在聯(lián)接、彈性供給、高效配置，從而構(gòu)建服務(wù)驅(qū)動型的新工業(yè)生態(tài)體系。

　　圖：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)支撐體系

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)整體的架構(gòu)從下到上，有時候會講端邊云一體，有時以IT的方式，又會講平臺或者上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用等。無論是什么樣的架構(gòu)描述，最重要的還是結(jié)合實際不同的應(yīng)用場景，分析整個架構(gòu)落地時其側(cè)重點是什么。

　　整個體系架構(gòu)從下至上，包括感知層、邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)連接、平臺層和應(yīng)用層。感知層負責(zé)數(shù)據(jù)采集，利用泛在感知技術(shù)對多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、智能產(chǎn)品等各種要素進行信息采集。工業(yè)現(xiàn)場的很多數(shù)據(jù)保鮮期很短，一旦延誤處理，就會迅速變質(zhì)，數(shù)據(jù)價值呈斷崖式跌落。為了解決數(shù)據(jù)實時性問題，應(yīng)用邊緣計算是時之所驅(qū)。

　　感知層數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)連接到達遠端數(shù)據(jù)中心或云平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)互通。平臺層包括通用PaaS和工業(yè)PaaS，工業(yè)PaaS也稱為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，它提供感知層數(shù)據(jù)接入能力、數(shù)據(jù)分析能力、工業(yè)數(shù)據(jù)建模能力以及沉淀各種工業(yè)APP模板，方便快速開發(fā)和上線應(yīng)用。平臺最終通過應(yīng)用(用例)服務(wù)于業(yè)務(wù)場景中，得到閉環(huán)，客戶花錢買用例，而有了平臺支持能夠更快、更簡單、更容易地部署用例。對于傳統(tǒng)企業(yè)信息管理系統(tǒng)如ERP、WMS、CRM而言，可能需要與平臺打通，以消除信息孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動。

　　圖：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　邊緣計算擬解決的三方面問題

　　在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，目前邊緣計算主要擬解決以下三方面的問題：

　　一是數(shù)據(jù)的實時性。比如完成實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和實時處理。以順豐的實踐來講，這幾年我們做了一些OT和IT的融合，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，這個過程并不如最初設(shè)想的那樣簡單直觀，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施條件以及延伸出來很多相關(guān)前置條件，包括組織中人員的培訓(xùn)，改造成本，基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，都需要一定時間。

　　另外兩個方面，是網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。諸如斷網(wǎng)或是網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的情況下如何正常運行，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系運行的安全性如何保障——邊緣計算可以很好地解決一部分問題。

　　圖：邊緣計算擬解決的問題

　　除此之外，背后也有一些趨勢的驅(qū)動。其一，各行各業(yè)聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備越來越多，“人機料法環(huán)”互聯(lián)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)激增，其二，隨著企業(yè)對于效率質(zhì)量和成本越來越關(guān)注，企業(yè)IT的運營管理系統(tǒng)，對現(xiàn)場工藝過程的數(shù)據(jù)和設(shè)備運行有強烈的需求，OT和IT由分開的兩條路徑逐漸走向融合，這些都加速了我們?nèi)ヌ幚磉@些數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)，并挖掘其中的價值。

　　如何解決這些問題?

　　在OT和IT融合的大背景下，如何基于邊云協(xié)同、邊緣數(shù)據(jù)采集、邊緣數(shù)據(jù)清洗，在靠近數(shù)據(jù)源頭的地方，滿足業(yè)務(wù)實時性、安全性和決策可靠性的要求?

　　對于工業(yè)領(lǐng)域而言，很多現(xiàn)場系統(tǒng)天然就涉及到數(shù)據(jù)的即時處理，邊緣計算的應(yīng)用也就變得很自然而然。只是以前它受限于硬件的處理能力和系統(tǒng)的開放性，但現(xiàn)在是很有機會在垂直行業(yè)去落地。由于OT傾向于穩(wěn)定性和可靠性，相對并不敏捷，無論是自動化控制系統(tǒng)或者很多生產(chǎn)管理系統(tǒng)，都非常依賴于現(xiàn)場的工程團隊，單機軟件時代，其部署、升級，版本管理以及需求變更導(dǎo)致停產(chǎn)停線，這些都是很大的痛點，而我們可以利用邊云協(xié)同去做一些事情。

　　邊緣計算是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個重要抓手，融合OT和IT。在具體實踐落地時，通常包括以下內(nèi)容：邊緣節(jié)點納管和邊緣應(yīng)用管理，子設(shè)備接入，邊緣數(shù)據(jù)處理。

　　圖：邊緣計算-OT和IT融合的重要抓手

　　邊緣計算KubeEdge在順豐的應(yīng)用實踐

　　在應(yīng)用實踐層面，順豐選擇了KubeEdge開源邊緣計算平臺，在Kubernetes原生的容器編排和調(diào)度能力之上，作為邊緣節(jié)點納管和邊緣應(yīng)用管理服務(wù)的框架。順豐結(jié)合自身在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入管理和數(shù)據(jù)處理層面已積累的豐富經(jīng)驗，逐步形成了業(yè)界領(lǐng)先的邊緣計算和邊云協(xié)同主架構(gòu)落地實踐體系。

　　圖：KubeEdge開源框架

　　在這個過程中，順豐建立了泛在感知能力，包括像直連或者通過邊緣節(jié)點跨層級獲取多源異構(gòu)的設(shè)備數(shù)據(jù)，有效打通現(xiàn)場的一些OT生產(chǎn)系統(tǒng)，并構(gòu)建我們在物流和供應(yīng)鏈領(lǐng)域泛生產(chǎn)要素物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實踐，無論是在全國各大分揀中心，或者陸運的各個環(huán)節(jié)，不斷嘗試探索。

　　順豐對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)系統(tǒng)化的搭建和應(yīng)用，本質(zhì)上是希望通過數(shù)字化監(jiān)控與智能化管理，助力標準化運營與自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)自動化效益管控，同時實現(xiàn)人員效能的提升，即通過數(shù)據(jù)驅(qū)動，以完成核心業(yè)務(wù)的數(shù)字化和價值化，助力集團運營持續(xù)改善。

　　作者簡介

　　胡典鋼，順豐物聯(lián)網(wǎng)平臺負責(zé)人，負責(zé)順豐物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)及產(chǎn)品化工作。在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域從業(yè)10余年，有豐富的實踐經(jīng)驗。已出版專著《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：平臺架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用實踐》、《TestStand工業(yè)自動化測試管理》。

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