工业互联网｜从边缘智能迈向边缘自治

为了推进工业互联网的健康发展，各国纷纷定义工业互联网标准架构。如美国推出了工业互联网体系架构简称为 IIRA（Industrial Internet Reference Architecture），注重跨行业的通用性和互操作性，提供一套方法论和模型，以业务价值推动系统的设计，把数据分析作为核心，驱动工业联网系统从设备到业务信息系统的端到端全面优化。

德国的工业互联网架构简称为 RAMI4.0（Reference Architecture Model Industrial 4.0）即工业 4.0 参考架构模型。基于高度模型化的理念构建三维架构体系，通过垂直轴层（Layers）、左水平轴流（Stream）、右水平轴级（Levels）三个维度，构建并连接了工业 4.0 中的基本单元——工业 4.0 组件。理论上，任何级别的企业，都可以在这个三维架构中找到自己的业务位置。中国工业互联网体系架构由中国信息通信研究院联合制造业、通信业、互联网等企业于 2016 年 2 月共同发起成立的中国互联网产业联盟制定，目前已经更新到了 2.0 版本。包括业务视图、功能架构、实施框架三大板块，形成以商业目标和业务需求为牵引，进而明确系统功能定义与实施部署方式的设计思路，自上向下层层细化和深入。在工业互联网平台中定义了边缘计算：

工业互联网平台中的边缘层提供海量工业数据接入、转换、数据预处理和边缘分析应用等功能。

一是工业数据接入，包括机器人、机床、高炉等工业设备数据接入能力，以及 ERP、MES、WMS 等信息系统数据接入能力，实现对各类工业数据的大范围、深层次采集和连接。

二是协议解析与数据预处理，将采集连接的各类多源异构数据进行格式统一和语义解析，并进行数据剔除、压缩、缓存等操作后传输至云端。

三是边缘分析应用，重点是面向高实时应用场景，在边缘侧开展实时分析与反馈控制，并提供边缘应用开发所需的资源调度、运行维护、开发调试等各类功能。

实施框架中也定义了边缘层，实施框架是工业互联网的操作方案，以传统制造体系的层级划分为基础，适度考虑未来基于产业的协同组织，实施框架按“设备、边缘、企业、产业”四个层级开展系统建设。

其中边缘层对应车间或产线的运行维护功能，关注工艺配置、物料调度、能效管理、质量管控等应用。

工业互联网的标准制定主要依赖于一些联盟组织，如美国的工业互联网联盟（IIC）发布的 IIRA，德国工业 4.0 平台组织中的德国电气和电子工业联合会发布的 RAMI4.0，以及中国工业互联网产业联盟（AII）。这些联盟组织主要从工业互联网自身需求出发，引用或者制定边缘计算相关的标准体系，同时各联盟组织也和边缘计算相关的标准组织联合，如 ECC 已与工业互联网产业联盟（AII）、工业互联网联盟（IIC）、SDNFV 产业联盟、中国自动化学会（CAA）、Avnu Alliance 等组织建立正式合作关系，在标准制定、联合创新、商业推广等方面开展全方位合作。

2018 年，CCSA 工业互联网特设组（ST8）召开会议，通过了包括“工业互联网边缘计算”系列在内的多项国、行标立项建议以及研究课题“工业互联网边缘计算技术研究”立项建议。其中包括“边缘计算总体架构与要求”“边缘计算边缘节点模型与要求”等标准项目组，通过标准化加速促进工业企业 IT 与 OT 的融合。2019 年 2 月，工业互联网产业联盟发布了《工业互联网标准体系（版本 2.0）》，包括了边缘计算标准，主要包括边缘设备标准、边缘智能标准、能力开放标准三个部分。边缘设备标准主要规范边缘云、边缘网关、边缘控制器等边缘计算设备的功能、性能、接口等要求。

边缘智能标准主要规范实现边缘计算智能化处理能力技术的相关标准包括虚拟化和资源抽象技术、实时操作系统、分布式计算任务调度、边云协同策略和技术等。能力开放标准主要规范基于边缘设备的资源开放能力、接口、协议等要求，以及边缘设备之间互通所需的调度、接口等要求。2020 年 5 月，中国信息通信研究院召集多个企业和科研机构共同发起“边缘计算标准件计划”，探索边缘计算标准设备与开放平台的标准符合度评测，推动供给侧与需求侧的精准对接。

除此以外，工业互联网产业联盟还有包括“边缘计算智能化处理技术要求”等 7 个标准在内的系列标准。标准需要借助项目进行推进，工业互联网智能制造边缘计算也受到了国家各部委的高度重视。工信部在 2017 年和 2018 年连续设立了一系列智能制造综合标准化与新模式应用项目。2017 年，中国科学院沈阳自动化研究所承担的“工业互联网应用协议及数据互认标准研究与试验验证”，从工业互联网边缘计算模型、工业互联网数据统一语义模型、工业互联网互联互通信息安全要求等 7 个方面对工业互联网智能制造边缘计算标准的制定进行了探索。2018 年，工信部工业互联网创新发展工程系列项目中，针对工业互联网边缘计算，专门设立了“工业互联网边缘计算测试床”“工业互联网边缘计算基础标准和试验验证”等 8 个项目。

在 2018 年度科技部国家重点研发计划“网络协同制造和智能工厂”重点专项中，专门针对边缘计算设置了“工业互联网边缘计算节点设计方法与技术”“典型行业装备运行服务平台及智能终端研制”“基于开放架构的云制造关键技术与平台研发”等多个项目。在标准和项目相互促进过程中，工业互联网边缘计算也取得了较大的发展，以 ECC 的成立为分界点，工业互联网边缘计算发展大体可以分为 3 个阶段：边缘互联、边缘智能，以及边缘自治。2016 年以前，中国边缘计算的研究处于 1.0 阶段，主要解决边缘互联问题，即海量异构终端实时互联、网络自动部署和运维等问题。

（编辑：辽源站长网）

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