KubeEdge邊緣計(jì)算在順豐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)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(shí)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(tái)負(fù)責(zé)人胡典鋼為大家介紹了邊緣計(jì)算在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)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(jì)以及邊緣計(jì)算在此過(guò)程中承擔(dān)的重要角色，并梳理了其中的技術(shù)演進(jìn)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(tái)。在國(guó)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(jìn)國(guó)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(shí)現(xiàn)路徑，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要操作運(yùn)營(yíng)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(gè)方面：

　　一方面來(lái)自二者的差異化，OT更強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)運(yùn)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(wèn)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(shí)施層面看，由哪個(gè)部門組織主導(dǎo)，在多大范圍面去實(shí)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(dòng)化，傳感器的感知發(fā)展、泛在網(wǎng)絡(luò)連接、邊緣計(jì)算、云計(jì)算，還有大數(shù)據(jù)分析，工業(yè)數(shù)據(jù)建模等等，通過(guò)這些維度，來(lái)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(gè)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(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)運(yùn)維各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)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(dòng)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(shí)候會(huì)講端邊云一體，有時(shí)以IT的方式，又會(huì)講平臺(tái)或者上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用等。無(wú)論是什么樣的架構(gòu)描述，最重要的還是結(jié)合實(shí)際不同的應(yīng)用場(chǎng)景，分析整個(gè)架構(gòu)落地時(shí)其側(cè)重點(diǎn)是什么。

　　整個(gè)體系架構(gòu)從下至上，包括感知層、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)連接、平臺(tái)層和應(yīng)用層。感知層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，利用泛在感知技術(shù)對(duì)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、智能產(chǎn)品等各種要素進(jìn)行信息采集。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多數(shù)據(jù)保鮮期很短，一旦延誤處理，就會(huì)迅速變質(zhì)，數(shù)據(jù)價(jià)值呈斷崖式跌落。為了解決數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性問(wèn)題，應(yīng)用邊緣計(jì)算是時(shí)之所驅(qū)。

　　感知層數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到達(dá)遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心或云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)互通。平臺(tái)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(kāi)發(fā)和上線應(yīng)用。平臺(tái)最終通過(guò)應(yīng)用(用例)服務(wù)于業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，得到閉環(huán)，客戶花錢買用例，而有了平臺(tái)支持能夠更快、更簡(jiǎn)單、更容易地部署用例。對(duì)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(tái)打通，以消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。

　　圖：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　邊緣計(jì)算擬解決的三方面問(wèn)題

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

　　一是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。比如完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)處理。以順豐的實(shí)踐來(lái)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(gè)過(guò)程并不如最初設(shè)想的那樣簡(jiǎn)單直觀，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施條件以及延伸出來(lái)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(shí)間。

　　另外兩個(gè)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(yùn)行，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系運(yùn)行的安全性如何保障——邊緣計(jì)算可以很好地解決一部分問(wèn)題。

　　圖：邊緣計(jì)算擬解決的問(wèn)題

　　除此之外，背后也有一些趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)。其一，各行各業(yè)聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備越來(lái)越多，“人機(jī)料法環(huán)”互聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)激增，其二，隨著企業(yè)對(duì)于效率質(zhì)量和成本越來(lái)越關(guān)注，企業(yè)IT的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行有強(qiáng)烈的需求，OT和IT由分開(kāi)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(jià)值。

　　如何解決這些問(wèn)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(shí)時(shí)性、安全性和決策可靠性的要求?

　　對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域而言，很多現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)天然就涉及到數(shù)據(jù)的即時(shí)處理，邊緣計(jì)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(kāi)放性，但現(xiàn)在是很有機(jī)會(huì)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(duì)并不敏捷，無(wú)論是自動(dòng)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(chǎng)的工程團(tuán)隊(duì)，單機(jī)軟件時(shí)代，其部署、升級(jí)，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(diǎn)，而我們可以利用邊云協(xié)同去做一些事情。

　　邊緣計(jì)算是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要抓手，融合OT和IT。在具體實(shí)踐落地時(shí)，通常包括以下內(nèi)容：邊緣節(jié)點(diǎn)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(jì)算-OT和IT融合的重要抓手

　　邊緣計(jì)算KubeEdge在順豐的應(yīng)用實(shí)踐

　　在應(yīng)用實(shí)踐層面，順豐選擇了KubeEdge開(kāi)源邊緣計(jì)算平臺(tái)，在Kubernetes原生的容器編排和調(diào)度能力之上，作為邊緣節(jié)點(diǎn)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(yàn)，逐步形成了業(yè)界領(lǐng)先的邊緣計(jì)算和邊云協(xié)同主架構(gòu)落地實(shí)踐體系。

　　圖：KubeEdge開(kāi)源框架

　　在這個(gè)過(guò)程中，順豐建立了泛在感知能力，包括像直連或者通過(guò)邊緣節(jié)點(diǎn)跨層級(jí)獲取多源異構(gòu)的設(shè)備數(shù)據(jù)，有效打通現(xiàn)場(chǎng)的一些OT生產(chǎn)系統(tǒng)，并構(gòu)建我們?cè)谖锪骱凸��?yīng)鏈領(lǐng)域泛生產(chǎn)要素物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，無(wú)論是在全國(guó)各大分揀中心，或者陸運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，不斷嘗試探索。

　　順豐對(duì)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(guò)數(shù)字化監(jiān)控與智能化管理，助力標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營(yíng)與自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化效益管控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人員效能的提升，即通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，以完成核心業(yè)務(wù)的數(shù)字化和價(jià)值化，助力集團(tuán)運(yùn)營(yíng)持續(xù)改善。

　　作者簡(jiǎn)介

　　胡典鋼，順豐物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)順豐物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)及產(chǎn)品化工作。在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域從業(yè)10余年，有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。已出版專著《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：平臺(tái)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐》、《TestStand工業(yè)自動(dòng)化測(cè)試管理》。

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