离散制造业边缘计算 解决方案白皮书 中国信息通信研究院 工业互联网产业联盟 2020年4月 声 明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟 联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 致 谢 本白皮书由中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）牵头、工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、广州中国科学院沈阳自动化研究所分所、树根互联技术有限公司、和利时科技集团有限公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、阿里巴巴网络技术有限公司、北京亚控科技发展有限公司、华中科技大学、中国联合网络通信有限公司网络技术研究院、北京邮电大学等联合撰写发布。 白皮书编写组成员：时晓光、王哲、罗松、宋华振、史扬、肖金超、胡晓晶、陈冰、王永辉、李天辉、刘学东、武兆宝、张硕、吕华章、刘秋妍、卢铁林、程晓磊、郎平、刘金娣、薛俊礼。 白皮书编写过程中，编写组就离散制造业边缘计算关键问题先后征询了高新民、朱森第、于海斌、余晓晖、续合元、王爱华、曹蓟光、张恒升、黄颖等专家意见，并结合意见对白皮书进行了多次修改和完善。 在此一并感谢所有参与本白皮书编写，以及为本白皮书编写提供指导和建议的专家、企业和机构。 前 言 数字化浪潮正席卷传统离散制造业，逐步优化了生产车间的工艺条件和生产流程，在这个过程中，边缘计算快速兴起并体现出特有优势。边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放体系，就近提供智能化服务，满足离散制造业在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，其为离散制造业的数字化、网络化、智能化转型提供了强大助力。 同时，针对离散制造业的转型升级需求，其边缘计算解决方案在不断发展成熟，相关生态构建和产业布局也正在全球加速展开。在此关键时期，中国信息通信研究院联合工业互联网产业联盟共同发布《离散制造业边缘计算解决方案白皮书》，把握离散制造业目前发展面临的挑战及边缘计算当前的应用现状，研判边缘计算为工业现场带来的真正价值，提出离散制造业边缘计算实施架构及技术体系，探索边缘计算解决方案实践，最后结合当前现状给出了离散制造业边缘计算技术和产业化发展建议。 目 录 一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值............. 1 （一）离散制造业迎来新的发展机遇 ................................... 1 （二）离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求分析 .... 2 1.制约离散制造业转型发展的关键因素 ........................ 2 2.边缘计算带来的工业现场价值 .................................... 4 （三）离散制造业边缘计算应用基本情况 ........................... 7 1.边缘控制器层 ............................................................... 8 2.边缘网关层 ................................................................. 10 3.边缘云层 ..................................................................... 10 二、离散制造业边缘计算实施架构及技术体系 ......................... 11 （一）离散制造业边缘计算实施架构 ................................. 11 （二）离散制造业边缘计算关键技术 ................................. 12 1. 边缘智能 ................................................................... 12 2. 异构计算 ................................................................... 13 3. 互联互通技术 ........................................................... 14 4. 微服务 ....................................................................... 14 5. 计算迁移 ................................................................... 15 三、离散制造业边缘计算解决方案实践 ..................................... 15 （一）汽车生产制造领域边缘计算解决方案实践 ............. 16 1. 面临问题和挑战 ....................................................... 16 2. 边缘计算解决方案实践 ........................................... 18 3. 实践效果 ................................................................... 19 （二）电子制造领域边缘计算解决方案实践 ..................... 20 1. 面临问题和挑战 ....................................................... 20 2. 边缘计算解决方案实践 ........................................... 21 3. 实践效果 ................................................................... 23 （三）工程机械领域边缘计算解决方案实践 ..................... 23 1. 面临问题和挑战 ....................................................... 24 2. 边缘计算解决方案实践 ........................................... 25 3. 实践效果 ................................................................... 26 （四）船舶制造领域边缘计算解决方案实践 ..................... 26 1. 面临问题和挑战 ....................................................... 26 2. 边缘计算解决方案实践 ........................................... 29 3. 实践效果 ................................................................... 31 （五）定制家具领域边缘计算解决方案实践 ..................... 31 1. 面临问题和挑战 ....................................................... 31 2. 边缘计算解决方案实践 ........................................... 32 3. 实践效果 ................................................................... 33 四、离散制造业边缘计算发展趋势及建议 ................................. 34 （一）离散制造业边缘计算未来展望 ................................. 34 （二）离散制造业边缘计算技术和产业化发展建议 ......... 35 1.产业化发展建议 ......................................................... 35 2.技术及标准发展建议 ................................................. 36 图表目录 图1 边缘计算通用架构 ....................................................................... 9 图2 离散制造业边缘计算实施参考架构 ......................................... 11 图3 智能产线终端架构 ..................................................................... 19 图4 电子生产数字化车间解决方案架构 ......................................... 22 图5 智能生产系统架构 ..................................................................... 26 图6 船舶舾装件制造行业个性化定制和自组织生产系统框架 ...... 30 图7 定制家具生产系统解决方案架构 ............................................. 33 离散制造业边缘计算解决方案白皮书（2019年） — 1 — 一、离散制造业发展面临的挑战及边缘计算的应用价值 （一）离散制造业迎来新的发展机遇 在全球已经掀起的新一轮工业转型浪潮中，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目标，在此背景下，离散制造业转型面临巨大发展机遇。当前，在产品规划、设计、制造、运营等生产过程中，离散制造业产品、生产装备、工艺流程等已经逐步实现了数字化和网络化，且智能传感和人工智能等技术不断发展成熟，因此，离散制造业的全面转型已经具备了基础条件。而边缘计算作为工业互联网工厂内网的关键技术以及连接工厂内外网的有效手段，是推动离散制造业转型发展的重要使能技术。 离散制造业与流程制造业相比，生产环节更加分散，生产设备更加多样，更容易通过软件改造工艺流程，而流程制造业因为其本身自动化水平已经很高，生产环节较为成熟封闭，且主要由硬件决定生产流程和产能，因此针对离散制造业的边缘计算解决方案率先在工业互联网应用中落地实施，边缘计算的功能和特点能够在实施过程中更易实现和展示，本白皮书也重点从离散制造业入手，进行边缘计算解决方案的分析。 随着新的发展模式不断成熟，对高质量发展的需求不断增加，未来离散制造业生产方式将朝着智能化方向提升，个性化定制、网络化协同、智能化生产、服务化延伸成为引领制造业高端化的重要