工業互聯網邊緣智能發展現狀與前景展望

賈鍇

（上海市樹實科技（上海）有限公司，上海 200023）

在智能化技術、網絡化技術以及現代科學技術共同發展的背景下，世界各國紛紛開啟了工業改革計劃，其中美國的工業互聯網技術以及德國的工業4.0 計劃，都是為智能化生產的到來做好的相應規劃。隨著工業互聯網的發展，在工業生產以及生產鏈智能化終端設備逐漸增加的背景下，發現傳統云計算技術模式已經不能夠滿足整個工業鏈條互聯網的需求，出現了行動力下降的問題。

一、工業互聯網邊緣智能技術的研究目的

當今社會互聯網技術發展非常迅捷，工業互聯網技術發展是互聯網技術應用非常重要的環節。在互聯網、智能技術以及智能工業設備相互融合應用背景下，工業互聯網逐漸形成通過工業生產現場模塊、網絡模塊以及具體操作模塊的互聯網網絡連接，實現了對整個工業生產的串聯。在傳統的工業模塊當中，邊緣層是基礎層級，主要起到接入現場設備、協調管理現場設備的作用。隨著現代工業生產逐漸精細化，工業互聯網的智能化設備也逐漸增加，傳統的工業互聯網負載加重，其寬帶的消耗和壓力也逐漸增加，產生延時技術問題，影響了工業生產效率。在此背景下，相關專家提出了利用邊緣智能計算實現網絡發展中的應用管控，完成對工業生產的優化。

邊緣智能是邊緣計算在智能技術領域中的核心應用，在其進行應用分析過程中，邊緣智能建立了具備機器學習、高級網絡功能的智能化網絡，其本身也可以實現對網絡邊緣節點的優化處理。在網絡的綜合應用過程中，邊緣智能完成云端路徑上的計算和資源儲存，實現對網絡數據處理能力的優化。另外，工業生產業務數據海量且異構，需要實時管理多種數據流，也是邊緣計算的多項功能之一，從而提升工業互聯網技術的應用效果。

二、邊緣智能技術的應用現狀分析

（一）邊緣智能技術應用分析

1.協同計算技術。協同計算技術是邊緣智能技術應用的重要技術，在其技術的綜合應用過程中，主要完成云計算中心、邊緣節點、網關設計、邊緣設備應用、控制器裝置設計應用等多方面內容。

A 在協同計算中，云計算中心賬戶要完成邊緣設備的數據上傳工作。

B 在云導向技術的應用過程中，邊緣設備的管控非常重要。邊緣設備除了承擔模型推理和數據收集任務，還承擔在本地或近鄰設備上訓練和更新模型的任務。

C 在實際的協同技術應用過程中，還包括對自主學習通信技術進行研究，完成對服務質量、通信開銷的設計因素分析，提升邊緣設計應用效果，確保通訊服務模塊應用更加合理，最大程度提升智能網絡的應用效果。

2.資源隔離技術也是邊緣計算中非常重要的技術內容。網絡技術發展至今，完成資源隔離和保護是網絡建設十分關鍵的技術。資源隔離主要是針對當前網絡資源進行計算、儲存等進行技術分析。在實際的工業互聯網應用過程中，整個網絡內部的資源非常豐富，需要應用資源隔離技術進行核心優化。虛擬機技術具有大容量和安全性的特點，但是，虛擬機技術也有其本身的不足，主要弊端就是其運行速度相對比較慢。在未來的工業生產中，每天會產生大量的生產監控數據，由于檢測、控制、執行操作要求的時延一般小于10 ms。而在虛擬機技術運行過程中，啟動速度相對比較慢，一般需要在幾分鐘之內才可以完成啟動工作，一定程度上影響到啟動管理效果，也直接影響到了工業網絡運行效率。邊緣智能技術在應用于工業互聯網過程中，針對此問題進行了改進，其在虛擬化技術基礎之上研究了容器（Docker）技術，主要針對啟動開銷環節進行了優化改進。在容器（Docker）應用中，能夠支持應用程序在基于操作系統的虛擬化隔離環境中運行，極大減少了啟動運行時間，實現了應用效率升級，而且在其核心應用中，通過分層鏡像，打包和分發應用只需毫秒級時延。目前看，在未來邊緣智能網絡技術的應用和發展過程中，容器（Docker）將成為虛擬化技術的首選應用。

3.工業互聯網邊緣智能網絡結構應用分析。在工業互聯網邊緣智能技術的應用過程中，還可以完成對其網絡邊緣結構的綜合應用分析，提升互聯網技術的應用效果。當前工業互聯網邊緣智能網絡結構的綜合應用包括以下幾點內容：

A 在邊緣智能網絡中，其應用層的網絡結構主要包括可視化分析、供應鏈管理技術、預測性維護技術以及遠程升級技術應用。通過邊緣智能技術分析，可以實現對網絡技術的綜合優化控制，提升網絡的應用效果。

B 在邊緣智能網絡中，還包括系統平臺層設計應用。在其設計應用過程中，完成了應用開發平臺設計、工業服務組件庫設計以及通用PaSS平臺設計等多方面的設計內容，通過提升邊緣智能網絡的設計管控，提升設計效果。

C 在邊緣層設計應用過程中，可以完成對協議解析設計、數據預處理控制設計、設備接入設計、資源編排設計以及規則分析等多項模塊的設計應用。另外，在邊緣層進行設計應用過程中，其主要完成協同計算核心技術應用、資源隔離技術應用、數據加密技術應用以及5G 和智能化技術的應用，確保其技術的應用更加合理，也能夠最大程度上提升整個邊緣智能網絡的應用質量[1]。

D 在整個工業邊緣智能互聯網技術的應用過程中，還包括對現場層的設計應用分析，主要包括各項工業設備的聯合應用，在現場層進行傳感網絡設計優化，完成對傳感器、機械臂、設備儀表以及能源模塊的技術應用控制，提升工業生產效果。

另外，邊緣智能技術還可以實現對網絡安全的應用管控，完成隱私數據加密、公鑰加密以及網絡加密應用，最大程度提升網絡技術應用的安全管控。在傳統的工業網絡使用過程中，一旦出現數據泄露問題將會直接影響到工業生產安全。邊緣智能網絡應用采用Rivest的同態加密算法，在其加密應用過程中，可以實現數據傳輸、數據處理以及數據儲存階段的數據應用保護，進一步提升了邊緣智能網絡的數據加密效果，對于現代化工業安全生產發展有非常重要的意義。

（二）工業互聯網邊緣智能的具體應用

工業互聯網邊緣智能網絡實現了對傳統工業網絡的升級，在邊緣智能網絡應用過程中，實現了高精度工業互聯網的優化發展，提升了互聯網技術的應用效果。在工業生產過程中，采用邊緣網關負責設備聯通和數據預處理業務，在本地對實時數據進行預分析，只將與結果相關的少量高價值數據上傳到云端，完成對設備運行的智能化管控，提升工業互聯網數據的綜合應用效果。

首先，在邊緣智能網絡的應用過程中，能夠完成對生產設備預測性的維護。在整個工業生產鏈條當中，流水線以及相關技術設備的應用是關鍵環節。工業生產中，設備具有一定使用壽命，并且設備本身也存在故障問題，而智能網絡工業生產鏈條聯系更加緊密，一個設備發生故障問題，將會影響到整個生產鏈條的運行。通過邊緣智能網絡的數據分析，實現對生產設備故障預測，提前做好設備維護工作，能夠極大程度地減少設備故障造成的損失。

其次，傳統的工業互聯網技術應用，其管控的設備相對比較多，數據傳輸過程中產生時延，影響到設備的使用效果。相關技術研究表明，邊緣智能計算能使偏差檢測、二次規劃、姿態調整等步驟的時間延遲滿足工業制造需求（<10 ms）。

再次，引入邊緣智能技術對機械臂生產應用過程進行計算分析，可以提高高精度機械臂工業生產效率。工業機械臂是一種現代化的工業設備，具有自動生產、智能操控等特點。利用邊緣計算技術本身良好的數據計算功能，通過對數據綜合計算優化更好地完成對機械臂運行誤差的實際控制，從而實現對高精度機械臂的生產管控。

三、邊緣智能技術的發展前景

當前工業互聯網邊緣智能正處在發展與挑戰的并存的機遇期，從當前對工業互聯網邊緣智能技術研究分析來看，其一，邊緣智能網絡正朝著更多的業務方向發展，不僅局限于工業生產控制領域，在整個工業業務承接，工業業務創新領域中也在應用邊緣智能技術[3]。其二，邊緣智能網絡本身也存在一定的不足，如，工業互聯網邊緣智能網絡當中存在海量異構數據、其業務的需求包括非常多的種類，需要管控多項設計應用模式，還存在相應不足的問題，影響對網絡數據的處理效果，所以利用邊緣智能技術提升互聯網綜合管控能力和數據應用效果還有很大的發展空間。其三，在邊緣智能網絡應用背景下，“產學研用”聯盟作用開始凸顯。現代工業生產過程中，智能化產業鏈模式已經開始逐漸形成，而邊緣智能也從單一的生產鏈條向更多的整個工業生產產業鏈發展。工業生產中智能化設備逐漸增加，數據傳輸、業務建模、協議轉換、安全防護等多個層面形成了高質量的標準趨勢。“產學研用”聯盟的發展，有利于邊緣智能技術無限開發，加速實現邊緣智能在整個工業產業鏈條中的應用，促進智能化產業的加速到來。

結束語

本文筆者針對工業互聯網智能制造邊緣技術的應用進行分析研究，文章中簡要從邊緣智能技術發展現狀以及技術發展趨勢的角度總結邊緣智能技術在工業互聯網的應用情況和邊緣智能技術在工業互聯網的應用途徑。