Khám phá điện toán biên và điện toán sương mù trong nhà máy thông minh

Tin học truyền thống và với điện toán đám mây đang chuyển dịch không ngừng về hướng công nghiệp và máy móc. Nền tảng IoT thế hệ mới SUSIEtec của KONTRON cho sự hội tự giữa IT và OT. Điện toán đám mây đã trở thành một chủ đề nóng trong ngành CNTT liên tục trong hơn một thập kỷ qua. Và trong một nghiên cứu thị trường đã thống nhất cao: Sự cường điệu về điện toán đám mây công cộng và lai sẽ không giảm đi trong vài năm tới. Ví dụ, IDC dự đoán rằng vào năm 2021, khoảng 90% các công ty trên toàn thế giới sẽ sử dụng nhiều dịch vụ và nền tảng đám mây. Các nhà phân tích của Forrester kỳ vọng thị trường điện toán đám mây công cộng sẽ tăng lên 178 tỷ đô la vào năm 2018 (146 tỷ đô la vào năm 2017) và mức tăng trung bình là 22%/ năm.

Một xu hướng công nghiệp rất thời sự khác là công nghệ thông tin (IT) và công nghệ điều hành (Công nghệ vận hành hoạt động, viết tắt là OT) đang phát triển cùng nhau. Với khả năng thu nhỏ gia tăng, sức mạnh tính toán ngày càng mạnh lên, số lượng dữ liệu ngày càng bùng nổ theo cấp số qua Internet vạn vật (IoT), và việc áp dụng rộng rãi các tiêu chuẩn Ethernet và Web, CNTT cổ điển - và đi liền với nó là điện toán đám mây - đang tiến gần lại nhanh hơn về hướng công nghiệp và máy móc. Kết quả là chúng ta đã và đang phải làm việc điên cuồng hơn để làm cho các tiêu chuẩn CNTT phù hợp với máy móc và nhà máy. Tầm nhìn của một kết nối liền mạch từ sàn nhà máy đến lớp văn phòng, từ máy đến người quản lý, cuối cùng cũng đang trở thành hiện thực.

 

2018-06-17 181942_copy_copy

Giới hạn vật lý của Điện toán đám mây:
Ngay cả CNTT hiện đại cũng có giới hạn vật lý của nó. Chúng bao gồm, trên tất cả, đó là độ trễ, thông qua đó việc điều khiển máy không thể chạy trong thời gian thực. Những thách thức khác bao gồm lượng dữ liệu lớn , truyền tải an toàn, xử lý và phân tích dữ liệu này trên điện toán đám mây và sự phản ứng kịp thời trở lại nơi nguồn dữ liệu sinh ra. Ngoài ra, câu hỏi đặt ra là các băng thông để truyền dữ liệu lên điện toán đám mây công cộng và độ sẵn sàng, không chỉ của cơ sở hạ tầng điện toán đám mây, mà còn ở các đường dẫn truyền dẫn. Cuối cùng, các vấn đề an ninh cũng đóng một vai trò quyết định cho việc đồng ý hay chống lại giải pháp điện toán đám mây công cộng: trong bối cảnh Industry 4.0, chúng ta ít đề cập hơn đến việc bảo vệ dữ liệu cá nhân. Tuy nhiên, điều quan trọng đối với nhiều công ty công nghiệp dữ liệu của họ là tài sản quí giá (ví như dầu lửa) không cho phép rời khỏi công ty hoặc được chuyển sang một nền tảng điện toán đám mây khác chịu sự điều chỉnh của luật pháp nước ngoài.

Phạm vi mới nhờ điện toán biên (Edge Computing):
Tuy nhiên, sẽ rất ý nghĩa về một khái niệm điện toán đám mây gần gũi hơn với các máy, vì những lợi ích của kết nối chúng mang đến nhiều lợi ích hơn. Chính vì vậy kiến trúc mới đã được đề xuất, một mặt tận dụng những lợi thế của điện toán đám mây, nhưng mặt khác lại đáp ứng các yêu cầu của nẩy sinh trong ngành công nghiệp "ở trên biên của mạng": Điện toán Biên (Edge Computing) được sinh ra. "The Edge" - Tiếng Anh "Edge" - với biên là nơi các cảm biến tạo ra dữ liệu hay cơ cấu tác động (can thiệp) là nơi dữ liệu được trả về. Điện toán Biên có nghĩa là cung cấp khả năng xử lý dữ liệu và năng lực lưu trữ gần với nguồn dữ liệu trước khi nó đi vào mạng,

Điều này giúp thu thập nhanh, đánh giá và phân tích tại chỗ. Điều khiển máy trở nên xác định dựa trên dữ liệu thu được, tức là với thời gian đáp ứng được xác định trước, định thời được, và phản ứng kịp thời trong một thời gian có thể định nghĩa. Ngày càng nhiều khả năng tính toán và dung lượng lưu trữ trong không gian nhỏ hơn bao giờ hết với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn cho phép triển khai giải pháp trên các bo mạch nhúng và các mô-đun hoặc máy tính công nghiệp. Bằng cách kết nối với mạng Ethernet theo chuẩn TSN nhạy cảm thời gian, việc điều khiển cả mạng máy móc có thể thực hiện được.

Để đảm bảo giữ độ trễ thấp, các máy chủ nhúng sẽ được sử dụng, từ đó tạo tiền đề cho việc xây dựng một hệ thống điện toán đám mây dùng riêng. Trong các máy chủ nhúng được kết nối với nhau và các thiết bị biên thông qua mạng Ethernet TSN, dữ liệu thu thập được lưu trữ, phân tích và lọc trong đám mây cục bộ, để chỉ những dữ liệu được cô đọng có thể được chuyển sang bất kỳ đám mây công cộng bổ sung nào một cách hiệu quả. Tại giao diện giữa máy chủ nhúng và đám mây công cộng, độ trễ không còn là yếu tố cơ bản và độ sẵn sàng của điện toán đám mây công công trở lên ít quan trọng hơn.

Tiêu chuẩn CNTT cho công nghệ vận hành của Nhà máy thông minh:

Một bước quan trọng hướng tới một ngành công nghiệp kết nối mạng không chỉ dừng lại ở việc sử dụng các tiêu chuẩn CNTT đã được thiết lập. OPC UA (OPC Unified Architecture to IEC 62541) là một tiêu chuẩn trung lập của nhà cung cấp cho việc giao diện giữa các máy nhằm đảm bảo giao tiếp thông suốt giữa các thành phần OT và IT khác nhau. Mạng nhạy cảm thời gian với chuẩn IEEE 802.1 TSN cho phép kết nối mạng Ethernet hội tụ đảm bảo lưu lượng truyền thông xác định song hành giữa các bộ điều khiển với thiết bị CNTT. Hai yêu cầu thiết yếu của phía vận hành đã được đáp ứng. Ngược lại, khi dùng một đám mây công cộng nhằm đáp ứng tất cả các nhu cầu của hoạt động máy sản xuất liên quan đến đến các yêu cầu cốt tử về độ trễ thấp và an ninh cao, là cả một vấn đề.

 

Điện toán Biên (Edge Computing) và Điện toán sương mù (Fog Computing) là gì?

Cho đến thời gian gần đây Điện toán Biên và Điện toán sương mù được sử dụng như các thuật ngữ khác nhau cho cùng một khái niệm công nghệ, ngày nay đã hình thành một sự phân biệt rõ ràng hơn khi sử dụng. Điện toán Biên có nghĩa là sức mạnh xử lý đầu tiên tại thiết bị IoT. Điện toán sương mù có nghĩa là xử lý tổng hợp dữ liệu tại chỗ, chẳng hạn trong một đám mây nhúng. Do đó, Điện toán sương mù hoạt động tương quan với Điện toán đám mây như sương mù với mây, theo nghĩa sương mù là "gần mặt đất", nghĩa là nhiệm vụ tính toán phân tán từ Điện toán biên được đóng gói gần điểm xuất phát, trong khi đám mây ở xa không thể nắm bắt hữu hình.

Điện toán đám mây cũng đóng vai trò lớn trong môi trường Industry 4.0: Phân tích khối lượng dữ liệu hầu như không giới hạn với công cụ trí tuệ doanh nghiệp và công cụ dữ liệu lớn, không gian lưu trữ gần như không giới hạn, tài nguyên được sử dụng theo yêu cầu, truy cập toàn cầu. Hiện nay Microsoft đang phát triển các dịch vụ biên của Azure IoT để tạo ra cái gọi là "cặp song sinh kỹ thuật số", hình ảnh ảo của máy móc, qua đó kiểm soát chúng trong đám mây công cộng có thể hiểu được (một thuật ngữ khác cho Digital Twins là SDM, Máy định nghĩa bằng phần mềm). Một khi có kết nối dữ liệu hiệu năng cao với máy, điều khiển có thể thực hiện thông qua điện toán đám mây. Trong trường hợp chủ động dừng kết nối hoặc thậm chí sẩy ra gián đoạn lâu hơn trong kết nối, dữ liệu cuối cùng được truyền qua đám mây có sẵn dưới dạng "mất đám mây" (hoặc thùng chứa) cho thiết bị biên, hoạt động an toàn liên tục của máy được đảm bảo thông qua trí thông minh cục bộ. Khi điện toán đám mây trở nên khả dụng trở lại, dữ liệu cập nhật nhất từ thiết bị biên được tải lên đám mây, phân tích, phân tích và điều khiển trở lại thiết bị biên, đưa máy và song sinh số của chúng trở lại cùng mức.

Khi kiểm soát quy trình sản xuất trong bối cảnh chiến lược chuyển đổi số hoá như Industry 4.0 và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), một lưu ý rằng ranh giới hiện tại giữa IT (Công nghệ thông tin) và OT (Công nghệ hoạt động) phải được giải quyết dần dần để cải thiện hiệu suất, đảm bảo chi phí và khả năng quản lý của cơ sở hạ tầng trong tương lai. Các tiêu chuẩn như TSN và OPC UA đóng một vai trò rất quan trọng. TSN đang ở lớp vận chuyển là phần tử kiến trúc chính cho sự hội tụ của IT và OT. OPC UA cho phép dòng thông tin liên tục, an toàn và đáng tin cậy giữa các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp và do đó cũng góp phần quyết định vào sự hội tụ của cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp. Sự tách biệt chặt chẽ giữa công nghệ hoạt động tại cơ sở và công nghệ thông tin ở phía trên cùng của kim tự tháp do đó bắt đầu hội tụ, các silo bị phá vỡ. Nhiều lĩnh vực cấp trường, chẳng hạn như điều khiển máy, cho đến gần đây dường như không thể truy cập được đối với các công nghệ dựa trên Giao thức Internet, hiện đang phải đối mặt với một kỷ nguyên thay đổi.

AMECO là nhà phân phối chính thức của KONTRON (CHLB ĐỨC) có thể cung cấp phần cứng thích hợp, cũng như các giải pháp đám mây tích hợp sẵn cho Azure IoT-Edge, ví dụ như các phần mềm, dịch vụ và dịch vụ tư vấn khác.

2018-06-08 0814112018-06-02 173259

 

Liên hệ: AMECO Ltd
Địa chỉ: R 2010, 151A Nguyễn Đức Cảnh, Hà nội Việt Nam
Tel: 024-36627943.