數(shù)字工廠、智能制造作為城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的主要單元，是不可或缺的場(chǎng)景應(yīng)用，而邊緣計(jì)算作為場(chǎng)景側(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算處理平臺(tái)，是鏈接物理實(shí)體以及云端平臺(tái)的樞紐。邊緣計(jì)算有著低時(shí)延、少帶寬、高安全性的優(yōu)勢(shì)，可以快速應(yīng)對(duì)局部性、實(shí)時(shí)、短周期數(shù)據(jù)的處理需求，助力城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的場(chǎng)景大規(guī)模部署實(shí)現(xiàn)需求；同時(shí)，可根據(jù)不同場(chǎng)景對(duì)AI算法、機(jī)理建模等方面的差異化特點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)算資源的均衡化配置，可以大大提高城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的投資成效。

傳統(tǒng)制造行業(yè)雖然針對(duì)生產(chǎn)過程逐步配備了一定數(shù)量的數(shù)字化、自動(dòng)化裝備和信息系統(tǒng)，使得制造效率得到有效提升。然而制造單元系統(tǒng)閉環(huán)控制能力薄弱，邊緣層裝備停留在數(shù)控化、自動(dòng)化層面，大量加工過程數(shù)據(jù)未得到充分集成與應(yīng)用，影響加工工藝的優(yōu)化迭代，質(zhì)量一致性和安全生產(chǎn)水平提升面臨瓶頸。在某種程度上，數(shù)字化工廠更多的是數(shù)控化工廠。數(shù)字工廠的內(nèi)涵最主要的是將“價(jià)值流”充分融入到自動(dòng)化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，從而構(gòu)建更加優(yōu)化與高效的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和內(nèi)外協(xié)同環(huán)境，即利用數(shù)據(jù)創(chuàng)造價(jià)值。

邊緣計(jì)算應(yīng)用數(shù)字工廠的價(jià)值體現(xiàn)是面向制造單元建立云邊端的邊緣應(yīng)用架構(gòu)，通過物理端數(shù)據(jù)采集，云端建模以及邊緣側(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，一方面將前道制造單元產(chǎn)生的加工信息實(shí)時(shí)傳遞到后續(xù)制造單元，另一方面實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)加工質(zhì)量，并快速調(diào)整加工工藝參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品最終質(zhì)量進(jìn)行有效控制，從而提升產(chǎn)品加工一致性。由于邊緣計(jì)算可以在制造單元側(cè)就近處理加工過程數(shù)據(jù)，解決實(shí)時(shí)性問題，并通過聯(lián)通邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，快速傳遞制造信息，使得上下游制造單元的信息共享，因此對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量改進(jìn)有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

邊緣計(jì)算應(yīng)用數(shù)字工廠的作用主要體現(xiàn)如下：

（一）創(chuàng)新應(yīng)用制造過程數(shù)據(jù)

采用邊緣應(yīng)用能夠利用制造過程關(guān)鍵單元物理側(cè)數(shù)據(jù)集、算法、模型夯實(shí)質(zhì)量基礎(chǔ)，突破工業(yè)算法賦能數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)賦能機(jī)理、工藝知識(shí)圖譜開發(fā)與智能應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，有利于制造知識(shí)的沉淀，其中核心是算法、來源是技術(shù)和技能，從而形成典型的制造過程數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用的新模式。

（二）輔助解決行業(yè)機(jī)理模型

邊緣計(jì)算應(yīng)用尤其面向特殊制造過程，能夠建立黑箱或者灰箱模型，輔助解決行業(yè)機(jī)理不清的難題。黑箱模型又稱經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，是一些?nèi)部機(jī)理尚未被人們所知的現(xiàn)象，但可以通過輸入-輸出關(guān)系建立起籠統(tǒng)的因果關(guān)系?；蚁淠Ｐ褪请y以通過模型完全提煉規(guī)律性信息和知識(shí)的模型，但可以通過將復(fù)雜的問題進(jìn)行簡(jiǎn)化近似求解。例如火化工行業(yè)中的固體推進(jìn)劑燃速與配方和裝藥生產(chǎn)過程的機(jī)理作用不清晰，需要通過輸入-輸出數(shù)據(jù)，建立兩者之間的近似模型，用于結(jié)果預(yù)測(cè)。

（三）規(guī)范智能制造單元標(biāo)準(zhǔn)

邊緣計(jì)算應(yīng)用通過建立導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，能夠更加精確地規(guī)范智能制造單元內(nèi)物聯(lián)感知、數(shù)據(jù)規(guī)范與算法、平臺(tái)架構(gòu)及安全防護(hù)的基本要求，從而保障智能制造單元的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施。

綜上，企業(yè)在數(shù)字化工廠建設(shè)過程中，需要在數(shù)控化、自動(dòng)化等機(jī)器設(shè)備硬裝備和MES、SCADA等信息系統(tǒng)軟裝備同步建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用邊緣計(jì)算技術(shù)，建設(shè)制造邊緣的節(jié)點(diǎn)云，解決產(chǎn)品關(guān)鍵制造過程中數(shù)據(jù)的采、存、管、用，形成以數(shù)據(jù)和算法為核心的創(chuàng)新應(yīng)用能力，助力產(chǎn)品質(zhì)量提升，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造。

二、邊緣計(jì)算應(yīng)用數(shù)字工廠的現(xiàn)狀和問題

（一）邊緣計(jì)算應(yīng)用數(shù)字工廠的現(xiàn)狀分析

1. 國(guó)外情況分析

企業(yè)層面，谷歌公司采用“Cloud IoT Edge”將強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)功能擴(kuò)展到數(shù)十億臺(tái)邊緣設(shè)備，比如機(jī)器人手臂、風(fēng)力渦輪機(jī)和石油鉆塔，這樣就能夠?qū)碜云鋫鞲衅鞯臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，并在本地進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)。

標(biāo)準(zhǔn)層面，有關(guān)邊緣計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化工作正逐漸受到各大標(biāo)準(zhǔn)化組織的關(guān)注，主流的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛成立相關(guān)工作組，開展邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化工作。2017年ISO/IECJTC1SC41 成立了邊緣計(jì)算研究小組，以推動(dòng)邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化工作。2017年IEC發(fā)布了VEI（Vertical Edge Intelligence）白皮書，介紹了邊緣計(jì)算對(duì)于制造業(yè)等垂直行業(yè)的重要價(jià)值。

2. 國(guó)內(nèi)情況分析

企業(yè)層面，邊緣計(jì)算技術(shù)與應(yīng)用處于發(fā)展初期階段，但是各地企業(yè)在邊緣計(jì)算方面已經(jīng)展開廣泛探索，目前邊緣計(jì)算主要處于技術(shù)研究、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以及相對(duì)簡(jiǎn)單場(chǎng)景的預(yù)商用階段。

英特爾和阿里云聯(lián)合在重慶瑞方渝美壓鑄有限公司打造的工業(yè)邊緣計(jì)算平臺(tái)，采用了英特爾開發(fā)的深度學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)采集到協(xié)議轉(zhuǎn)換的軟件，以及阿里云開發(fā)的基于 Yocto 的操作系統(tǒng)（AliOS Things)、數(shù)據(jù)接入云端Link Edge。該平臺(tái)可以運(yùn)行在工業(yè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)本地，并將結(jié)果聚合并存儲(chǔ)在邊緣服務(wù)器上，再通過阿里云的LinkEdge實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云。

標(biāo)準(zhǔn)層面，2016年11月30日，我國(guó)邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC，Edge Computing Consortium）在北京成立。2016年和2017年分別出版了國(guó)內(nèi)的《邊緣計(jì)算參考架構(gòu)》1.0 和2.0版本，梳理了邊緣計(jì)算的測(cè)試床，提出了邊緣計(jì)算在工業(yè)制造、電力能源、智慧城市、交通等行業(yè)應(yīng)用的解決方案。

在上海，工業(yè)邊緣應(yīng)用亦處在起步階段。邊緣應(yīng)用主要面向工廠設(shè)備進(jìn)行流數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理，更多的是關(guān)注端的應(yīng)用，或者說是面向工廠中的設(shè)備，不是面向工廠中的產(chǎn)品。由于沒有建立起完善的云邊端協(xié)同機(jī)制，所以在對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量?jī)r(jià)值的提升上貢獻(xiàn)度較低。以航天領(lǐng)域?yàn)槔?/strong>上海航天企業(yè)以產(chǎn)品加工過程中的問題為導(dǎo)向，通過產(chǎn)學(xué)研用合作模式，初步建立了云邊端協(xié)同的模式，并同步建立了邊緣應(yīng)用的行業(yè)導(dǎo)則，目前正在持續(xù)的深化應(yīng)用中。詳見附件一，基于航天領(lǐng)域的邊緣應(yīng)用架構(gòu)圖。

（1）數(shù)據(jù)采存層：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備的組網(wǎng)、測(cè)試業(yè)務(wù)的在線采集、實(shí)時(shí)采集以及邊緣計(jì)算，形成“邏輯統(tǒng)一、物理分散”的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理能力。

（2）數(shù)據(jù)管理分析層：建立業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)到數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)無縫連接。

（3）數(shù)據(jù)服務(wù)層：包括業(yè)務(wù)算法開發(fā)、機(jī)理模型賦能開發(fā)，建立數(shù)據(jù)與算力的結(jié)合，方便數(shù)據(jù)賦能、數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)等能力的形成。

（4）數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景層：發(fā)布數(shù)據(jù)產(chǎn)品、完成數(shù)字化交付，結(jié)合可視化技術(shù)形成場(chǎng)景級(jí)數(shù)據(jù)應(yīng)用、變現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值。

（二）邊緣計(jì)算應(yīng)用數(shù)字工廠遇到的問題瓶頸

1. 投入產(chǎn)出見效慢，模式復(fù)制推廣難

工業(yè)邊緣應(yīng)用更多的是解決工廠內(nèi)部的疑難雜癥，從數(shù)據(jù)的采集、工業(yè)算法的選取，到機(jī)理模型的建立是一個(gè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)固化以及優(yōu)化的過程，整個(gè)過程繁瑣而漫長(zhǎng)，難以在短期內(nèi)見到效果。同時(shí)又因?yàn)楣I(yè)專業(yè)眾多、業(yè)務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜導(dǎo)致模式的可復(fù)制性不高，哪怕是同樣的加工專業(yè)也會(huì)由于加工對(duì)象不同，影響加工質(zhì)量的特征也會(huì)不盡相同，所以想要建立一個(gè)可以快速復(fù)制推廣模式難度較高。

2. 專業(yè)化、數(shù)字化復(fù)合型人才缺口大，商業(yè)模式不健全

邊緣應(yīng)用在推廣過程中，面臨著軟件服務(wù)商有算法沒數(shù)據(jù)、制造企業(yè)有數(shù)據(jù)沒算法的境況。邊緣應(yīng)用要想快速復(fù)制，需要培養(yǎng)大量專業(yè)化與數(shù)字化相結(jié)合的復(fù)合型人才，才能讓軟件服務(wù)商與企業(yè)制造方更好的在同一頻道上對(duì)話，縮短探明機(jī)理的過程。

三、推動(dòng)邊緣應(yīng)用在數(shù)字化工廠建設(shè)的政策建議

（一）推動(dòng)制造企業(yè)以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為抓手，以用促建，提升場(chǎng)景應(yīng)用價(jià)值為導(dǎo)向

企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心是業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)型，業(yè)務(wù)模式面向場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)，因此需要建立健全業(yè)務(wù)場(chǎng)景轉(zhuǎn)型的體系架構(gòu)，支撐企業(yè)產(chǎn)品化、專業(yè)化能力提升。

（二）創(chuàng)新商業(yè)模式，推動(dòng)裝備制造商、軟件服務(wù)商以及企業(yè)制造方聯(lián)合創(chuàng)新

由于業(yè)務(wù)場(chǎng)景中工藝專業(yè)知識(shí)至關(guān)重要，因此在數(shù)據(jù)采集方面需要裝備制造商和軟件服務(wù)商提前介入，充分考慮到需要采集的特征參數(shù)，并在裝備出廠前完成傳感器布置以及數(shù)據(jù)接口預(yù)留，從而避免在后續(xù)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)傳感器布置難、特征數(shù)據(jù)采集難的等現(xiàn)象，給場(chǎng)景應(yīng)用帶來極大不便。

（三）鼓勵(lì)有條件的企業(yè)開放場(chǎng)景和數(shù)據(jù)，打造實(shí)訓(xùn)中心

由于工業(yè)場(chǎng)景的復(fù)雜性，使得邊緣應(yīng)用推廣難度較大。為解決這一問題，需要建立面向不同行業(yè)的實(shí)訓(xùn)中心，讓不同行業(yè)內(nèi)邊緣應(yīng)用條件較好的企業(yè)開放數(shù)據(jù)和場(chǎng)景，并形成完善的建設(shè)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，這樣邊緣應(yīng)用的模式才能快速的復(fù)制和推廣。

（四）邊緣應(yīng)用是突破軟件國(guó)產(chǎn)化的重要手段

軟件本質(zhì)是數(shù)據(jù)和算法的耦合。通過邊緣應(yīng)用，讓制造業(yè)務(wù)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)和算法見底。只有數(shù)據(jù)和算法見底了，過程機(jī)理模型才能具備清晰的條件。面向不同行業(yè)，將見底的數(shù)據(jù)、算法和模型進(jìn)行耦合封裝，就此形成具有行業(yè)特色的軟件，這樣國(guó)產(chǎn)軟件化的道路才會(huì)更加的堅(jiān)實(shí)有力。