Um guia de fabricantes para computação de borda

Abaixo está o que abordaremos neste artigo detalhado sobre computação de borda na fabricação. Selecione um link se quiser pular para uma seção específica:

• Uma introdução à computação de borda na manufatura
• O que é computação de borda?
• O que é uma plataforma de computação de borda?
• O que é um dispositivo Edge?
• A relação entre a borda e a nuvem
• Casos de uso de computação de borda na manufatura
• Como o cenário de conectividade na manufatura está mudando

Uma introdução à computação de borda na manufatura

A estrutura de computação de ponta está chegando rapidamente a uma variedade de setores, à medida que os dispositivos da Internet das Coisas (IoT) se tornam mais comuns. Um dos casos de uso de computação de borda mais promissores é na fabricação, onde essas novas tecnologias podem potencialmente levar a enormes ganhos de produtividade.

Embora a IoT já esteja provando ser um facilitador crítico no chão de fábrica, as organizações agora procuram aprimorar ainda mais a capacidade de resposta de seus sistemas de fabricação. Para conseguir isso, essas organizações estão adotando a fabricação inteligente com computação de borda como seu principal facilitador.

A manufatura inteligente prevê um futuro em que os equipamentos de fábrica podem tomar decisões autônomas com base no que está acontecendo no chão de fábrica. As empresas podem integrar mais facilmente todas as etapas do processo de fabricação, incluindo projeto, fabricação, cadeia de suprimentos e operações. Isso facilita maior flexibilidade e reatividade ao participar de mercados competitivos. Habilitar essa visão requer uma combinação de tecnologias relacionadas, como IoT, IA/machine learning e Edge Computing.

A principal vantagem de coletar análises na borda da rede é a capacidade de analisar e executar dados em tempo real sem os custos de largura de banda que acompanham o envio desses dados para fora do local (para a nuvem ou o data center) para análise. A fabricação é sensível ao tempo em termos de evitar a produção de componentes fora de especificação, tempo de inatividade do equipamento, lesões do trabalhador ou morte. Para tarefas mais complexas e de longo prazo, os dados podem ser enviados para a nuvem e combinados com outras formas estruturadas e não estruturadas de dados. Como resultado, o uso dessas duas estruturas de computação separadas não é mutuamente exclusivo, mas sim uma relação simbiótica que aproveita os benefícios que cada uma oferece. Abaixo, aprofundamos os casos de uso e a relação entre nuvem e borda na fabricação.

Primeiro, definiremos os componentes de uma estrutura de computação de borda.

O que é computação de borda?

A computação de borda é uma estrutura de computação distribuída que aproxima a computação e o armazenamento de dados da fonte dos dados, melhorando o tempo de resposta e economizando largura de banda.

Simplificando, a computação de borda consiste em pegar o código que é executado na nuvem e executá-lo próximo ou em dispositivos locais. Os exemplos incluem dispositivos de gateway (como MachineMetrics Edge) ou até mesmo um PC ao lado de equipamentos habilitados para IIoT.

Com a computação de borda, menos dados precisam ser transmitidos para a nuvem. Isso é particularmente útil para coletar dados de alta frequência usados ​​para executar algoritmos de aprendizado de máquina. Como esses dados podem ser processados ​​na borda, eles podem ser acionados imediatamente. Por outro lado, se esses dados de alta frequência fossem transmitidos para a nuvem, processados ​​e, em seguida, atuados, haveria um efeito de latência. A computação de borda resolve esse problema.

Para entender a computação de borda, é útil pensar em uma solução de IoT como geralmente tendo três componentes:

• Coisas como dispositivos IoT, que geram dados de sensores.
• Informações você extrai desses dados.
• Ações você executa com base nesses insights para fornecer algum tipo de valor.

Com a computação de borda, você move os insights e ações componentes da nuvem para o dispositivo. Em outras palavras, você traz parte do código diretamente para o dispositivo, que é usado para processar e extrair insights dos dados e realizar alguma ação em resposta a eles.

Na fabricação, as coisas podem ser máquinas ou equipamentos em seu chão de fábrica. Informações podem, portanto, ser dados de máquina em tempo real. E um exemplo de uma ação pode ser uma operação de pausa da máquina devido à quebra antecipada da ferramenta.

O que é uma plataforma de computação de borda?

Uma plataforma de borda criada para fabricação permite coletar dados de sistemas industriais como PLCs, sistemas de controle digital, sensores ou historiadores e executar aplicativos localmente sobre os dados, como processamento de eventos, análise preditiva, modelos de aprendizado de máquina e muito mais - tudo em uma primeira implantação offline.

As plataformas de computação de borda gerenciam os aplicativos, dispositivos e conexões que operam na borda de uma rede. Aqui, dispositivos de borda e equipamentos conectados (“coisas”) podem se comunicar e executar tarefas em uma velocidade mais rápida do que aquelas alcançadas com computação em nuvem pura.

Lidar com muitos dispositivos de borda pode ser uma tarefa desafiadora. Uma plataforma de gerenciamento de borda centralizada alivia esse problema conectando os vários dispositivos de borda diferentes para garantir o gerenciamento adequado de toda a rede. Por exemplo, com uma plataforma de computação de borda, os fabricantes podem enviar atualizações de segurança em todos os dispositivos de borda e solucionar problemas, se necessário.

Em certo sentido, as plataformas de computação de borda simplesmente aproximam os recursos computacionais de uma nuvem das fontes de dados. Assim, as plataformas de borda simplesmente fazem o trabalho de uma plataforma de computação em nuvem, mas na borda. Isso reduz a pressão sobre os recursos de computação em nuvem e reduz a latência de dados entre o dispositivo de borda e o equipamento. Se o aprendizado de máquina e a IA são o caminho do futuro, a velocidade com que os dados podem ser armazenados e analisados ​​é vital.

O que é um dispositivo Edge?

Os dispositivos de borda são equipamentos que gerenciam o fluxo de dados entre uma rede local e a nuvem. Eles atuam como um gateway entre os equipamentos conectados em uma rede local e a plataforma de software usada para analisar os dados.

No contexto da fabricação inteligente, os dispositivos de borda fornecem mais do que um link entre redes separadas. Eles também incluem funcionalidades para aprimorar a segurança da IoT e a conversão de análises. Para expandir isso, os dispositivos de borda traduzem dados incompatíveis (se você tiver protocolos diferentes, por exemplo) para que dados de diferentes fontes possam ser agregados e compreendidos na nuvem.

O MachineMetrics Edge conecta facilmente máquinas ao serviço de nuvem MachineMetrics usando Wifi, conectividade celular ou uma ethernet conexão.

A distância física com uma rede tradicional significa tempos de transmissão mais longos para grandes pacotes de dados. Os dispositivos de borda permitem que as redes de dados provenientes das máquinas estejam muito mais próximas de onde os dados são armazenados e analisados. Isso permite um retorno muito mais rápido das informações ao usuário, o que é essencial quando se trata de casos de uso como análise preditiva em tempo real. Os dispositivos de borda e a computação de borda estão colocando mais armazenamento e poder analítico para consumir e agir nos dados, diretamente no local da máquina.

À medida que as infraestruturas de IoT crescem em complexidade (ou seja, mais locais de fábrica, dispositivos e redes), a necessidade de agregação e processamento de dados permanece importante. No entanto, o desafio é que os dispositivos na borda sofrerão com a comunicação de alta latência com a plataforma de computação em nuvem.

É para isso que os dispositivos de ponta e as plataformas de computação de ponta trabalham para resolver.

A relação entre Edge e Cloud

Temos um artigo completo sobre a diferença entre computação de borda e computação em nuvem na fabricação, então vamos mantê-lo curto.

A borda e a nuvem são duas tecnologias distintas, mas geralmente são usadas em conjunto devido aos seus pontos fortes de compensação. No centro do relacionamento, a computação de borda processa e age em dados sensíveis ao tempo, enquanto a computação em nuvem agrega dados em um local centralizado que não precisa ser acionado em tempo hábil.

Em uma infraestrutura IIoT completa, os fabricantes podem usar tanto a borda para coleta de dados em tempo real, análise preditiva e tomada de decisão autônoma, quanto a nuvem para análise de dados agregados, benchmarking e análise de tendências.

Esses benefícios e desvantagens continuam:

Casos de uso de computação de borda na fabricação

Vamos agora discutir razões práticas para o uso da computação de borda na fabricação. Há uma variedade de benefícios comerciais para garantir que todas as redes estejam conectadas adequadamente à nuvem, ao mesmo tempo em que são capazes de fornecer recursos de computação poderosos na borda.

• Melhor tempo de atividade do equipamento :uma falha em um subsistema, componente ou o impacto da execução de um componente em um estado degradado, por exemplo, pode ser previsto em tempo real, continuamente refinado à medida que mais dados são analisados ​​e usado para aprimorar o uso operacional e a programação de manutenção.
• Custos de manutenção reduzidos :a análise aprimorada da manutenção necessária também significa que mais reparos podem ser concluídos nas primeiras visitas, fornecendo aos mecânicos instruções detalhadas sobre as causas de um problema, qual ação é necessária e quais peças são necessárias, reduzindo o custo do reparo.
• Menor estoque de peças de reposição :os modelos de análise de borda podem ser adaptados aos requisitos de um dispositivo ou sistema individual. Isso pode significar a leitura de sensores diretamente associados a determinados componentes e/ou subsistemas. Guiado pelo valor de negócios desejado de uma organização, o modelo de borda pode definir como o dispositivo ou sistema deve ser configurado de maneira ideal para atingir uma meta de negócios, tornando o estoque de peças de reposição muito mais eficiente a um custo mínimo.
• Prevenção de falhas críticas :ao adquirir, monitorar e analisar dados sobre componentes, a análise de borda pode identificar uma causa antes que seu efeito se materialize, permitindo detecção e prevenção de problemas mais cedo.
• Monitoramento baseado em condição :Com a convergência de TI e OT, os fabricantes podem acessar os dados da máquina, permitindo que monitorem a condição de seus equipamentos no chão de fábrica, mesmo que estejam usando equipamentos legados.
• Novos modelos de negócios :talvez o mais importante, a análise de borda pode ajudar a moldar novos modelos de negócios para capturar novas oportunidades. Por exemplo, ele pode melhorar os sistemas de gerenciamento de peças just-in-time usando análise de automonitoramento que prevê quais componentes irão falhar e quando – acionando notificações de substituição de peças em toda a cadeia de valor. Isso permite a criação de um cronograma de manutenção “conforme necessário”, reduz o tempo de inatividade e o estoque de peças e resulta em um modelo mais eficiente.

Como o cenário de conectividade na manufatura está mudando

Sabemos que o objetivo da IoT industrial é aplicar análises avançadas a grandes quantidades de dados de máquina, tudo com o objetivo de reduzir o tempo de inatividade não planejado, reduzir o custo geral de manutenção de máquina e aproveitar os recursos de aprendizado de máquina. A nuvem tem sido fundamental para tornar possível esse tipo de aquisição, transferência e análise de dados em massa.

A computação e análise de borda está simplesmente levando esse conceito a um novo nível, reduzindo a distância física entre as máquinas e o próprio processamento de dados. Para empresas que estão espalhadas à distância e adquirem dados de várias fontes, essa proximidade ajuda a lidar com várias realidades:

• Problemas de conectividade relacionados à distância, bem como ao custo da transferência de dados contínua em massa para um local centralizado.
• Disponibilidade da análise em nível operacional, permitindo que usuários em vários níveis tomem decisões rapidamente.
• Disponibilidade dos dados em tempo real, para uma tomada de decisão mais rápida (e até autônoma)
• Garantir a segurança dos dados e a integridade da rede.

Todas essas realidades, quando tratadas pela computação de borda, permitem que os fabricantes reduzam custos e aumentem a eficiência. Além disso, os fabricantes agora podem ter uma transferência de dados confiável com poucos erros e riscos à segurança. Sem mencionar que isso também permite a personalização e a fabricação de pequenas tiragens com o mesmo valor que uma produção em grande escala teria. Com a computação de borda, tudo isso está disponível com manutenção flexível e simplificada de todos os dispositivos.

Quando a velocidade dos dados estiver na ordem do dia e a conectividade precisar ser sólida, a borda será a solução que os fabricantes devem procurar. A aplicação de algoritmos de IA e aprendizado de máquina para visualizar, diagnosticar e prever problemas em tempo real é uma meta que pode ser alcançada mais prontamente com proximidade, velocidade e uma rede sólida. Visualizações em tempo real e notificações preditivas permitem que sua equipe tome ações corretivas imediatas e mantenha suas máquinas funcionando sem medo de perder dados cruciais.

A manufatura industrial está à beira de uma revolução graças ao potencial da computação de ponta. Combinados com uma nova geração de dispositivos inteligentes de ponta de IoT, os aplicativos de computação de ponta transformarão completamente a fabricação nas próximas décadas para aumentar a eficiência e a produtividade, além de controlar os custos.