邊緣計算在智慧製造中的解決方案
一談到智慧製造，我們就會提到三個集成，即在生產製造領域的縱向集成，在價值鏈領域的橫向集成，以及產品全生命週期的數位化端到端集成。我們在這裡主要關注生產製造領域的縱向集成，即如何使現在的生產製造系統適應未來大規模的定制化生產的需求。
在生產製造領域，目前的傳統方式是採用分層的架構，其核心思想是：把複雜的問題逐一分層，每個部分解決一部分問題，最後構建一個整體的系統。傳統方式的特點是簡潔高效，但同時也會帶來資訊孤島等很多其他的問題。現在有了更強大的通訊和計算的能力，有了雲計算和人工智慧，我們能夠通過更豐富的資訊手段和計算能力來提升跨層次、跨領域的更深層次的優化。
基於以上觀點，我們認為未來的工業控制系統將會是一個以物聯網、雲計算、大資料分析為技術核心的開放平臺。在該領域的發展過程中，邊緣計算可以在工業控制系統中的IT與OT系統的融合方面得到充分的價值體現。
2、新一代自主可重構工業控制系統關鍵技術
我們利用邊緣計算水準解耦的思想構建了新一代自主可重構的工業控制系統的技術架構，如圖1所示。主要分為四個部分：最下層是泛在化感知層，利用物聯網的技術進行廣泛的資料獲取；上一層是將IT與OT融合的全互聯的製造網路；再向上，我們提出了一個叫做語義化資訊集成層，意義在於將大量的資訊和設備高效集成；下面三層的工作都是為了最終的製造應用來服務的，因此最上層也就是服務化製造應用層。
圖1 新一代自主可重構的工業控制系統的技術架構
2．1 泛在化感知
泛在化感知層的主要作用是採集現場的資訊並且進行控制。目前，工業應用面臨的主要挑戰：抗干擾、高即時、低功耗。
2．1．1 泛在化感知的新技術方向
（1）WIA－PA
在這方面中國科學院瀋陽自動化研究所（以下簡稱沈自所）在流程行業已經做出了一定的成績，建立了流程工業低速、低功耗的工業無線的標準WIA－PA。在802．15．4實體層基礎上，實現自我調整跳頻、多跳高即時傳輸技術、高精度同步技術，使得資料傳輸可靠性達99％以上，網路功耗在微安級。目前，WIA－PA已成為IEC國際標準。基於這項技術我們研製的相關產品在已經石油石化、電力、冶金等領域得到了廣泛的應用。
（2）WIA－FA
在離散領域，面向離散加工行業，沈自所研製了感測器、控制器、執行器之間互聯通信的高速無線網路技術WIA－FA。在802．11實體層基礎上，實現頻域輪詢、動態通道調度、聚合Ack技術，使得百點規模的資料傳輸時延低於10ms，可靠性達99．99％以上。目前，WIA－FA也已成為了IEC國際標準。
在生產製造領域，目前的傳統方式是採用分層的架構，其核心思想是：把複雜的問題逐一分層，每個部分解決一部分問題，最後構建一個整體的系統。傳統方式的特點是簡潔高效，但同時也會帶來資訊孤島等很多其他的問題。現在有了更強大的通訊和計算的能力，有了雲計算和人工智慧，我們能夠通過更豐富的資訊手段和計算能力來提升跨層次、跨領域的更深層次的優化。
基於以上觀點，我們認為未來的工業控制系統將會是一個以物聯網、雲計算、大資料分析為技術核心的開放平臺。在該領域的發展過程中，邊緣計算可以在工業控制系統中的IT與OT系統的融合方面得到充分的價值體現。
2、新一代自主可重構工業控制系統關鍵技術
我們利用邊緣計算水準解耦的思想構建了新一代自主可重構的工業控制系統的技術架構，如圖1所示。主要分為四個部分：最下層是泛在化感知層，利用物聯網的技術進行廣泛的資料獲取；上一層是將IT與OT融合的全互聯的製造網路；再向上，我們提出了一個叫做語義化資訊集成層，意義在於將大量的資訊和設備高效集成；下面三層的工作都是為了最終的製造應用來服務的，因此最上層也就是服務化製造應用層。
圖1 新一代自主可重構的工業控制系統的技術架構
2．1 泛在化感知
泛在化感知層的主要作用是採集現場的資訊並且進行控制。目前，工業應用面臨的主要挑戰：抗干擾、高即時、低功耗。
2．1．1 泛在化感知的新技術方向
（1）WIA－PA
在這方面中國科學院瀋陽自動化研究所（以下簡稱沈自所）在流程行業已經做出了一定的成績，建立了流程工業低速、低功耗的工業無線的標準WIA－PA。在802．15．4實體層基礎上，實現自我調整跳頻、多跳高即時傳輸技術、高精度同步技術，使得資料傳輸可靠性達99％以上，網路功耗在微安級。目前，WIA－PA已成為IEC國際標準。基於這項技術我們研製的相關產品在已經石油石化、電力、冶金等領域得到了廣泛的應用。
（2）WIA－FA
在離散領域，面向離散加工行業，沈自所研製了感測器、控制器、執行器之間互聯通信的高速無線網路技術WIA－FA。在802．11實體層基礎上，實現頻域輪詢、動態通道調度、聚合Ack技術，使得百點規模的資料傳輸時延低於10ms，可靠性達99．99％以上。目前，WIA－FA也已成為了IEC國際標準。