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中國北京，2021年9月14日——我們正在經歷的工業4.0是新興數字化技術創新驅動的結果，透過採用資料分析、自主機器人和人工智慧等新興的技術創新，生產製造正變得“智慧化”。這些資料驅動型的技術可提升整個價值鏈的生產力和績效，同時需要在生產製造的現場部署資訊科技（IT）系統——邊緣計算。在某些場景下，這種新增加的邊緣IT可能會增加自動化系統宕機的風險，選擇專為生產製造環境設計的IT機櫃並投資購置適用的電源和製冷基礎設施可以解決製造環境中邊緣IT系統所面臨的獨特挑戰。
近日，全球能源管理與自動化領域的數字化轉型專家施耐德電氣釋出名為《工業4.0：採用高彈性的邊緣計算確保最小化宕機風險》的白皮書。與典型的IT環境不同，製造環境面臨獨特的挑戰，比如惡劣的環境條件和安全問題，這給在這些環境中負責IT系統的人員帶來了巨大的壓力。在本白皮書中，我們討論了製造業的生產環境和宕機成本，並介紹了在工業4.0時代實現“智慧”工廠的技術創新。我們比較了不同邊緣計算基礎設施解決方案的可用性，並闡述該領域的最佳實踐，以幫助企業最大限度降低宕機風險。
生產製造宕機成本高昂，需要確保關鍵流程“始終線上”
過去十年的統計資料顯示，生產製造的宕機可能導致企業每小時損失巨大，如汽車工業宕機的平均損失高達每小時 130 萬美元，所有的製造業每次宕機事件的平均成本為1.7萬美元。製造環境中的自動化系統宕機會影響生產效率、盈利水平和客戶體驗，甚至會損害製造商的品牌聲譽。
施耐德電氣預計，在工業4.0時代，由於製造流程高度自動化且互相整合，因此宕機的成本將更高。因此，為了防止宕機，企業需要進行正確的投資以確保其關鍵流程“始終線上”。
IT和OT的融合使技術創新成為可能，但同時也面臨著邊緣部署挑戰
工業4.0中的主要新興技術創新如影片分析、數字孿生、人工智慧、自主機器人、3D列印、資料分析、增強現實等，是基於資料的，並要求製造環境具備全新的工業網際網路（IIoT）和計算能力水平。IT人員需要重新審視其 IT 部署策略，透過更多的資料收集、聚合、處理和分析來支援這些技術，並將計算能力部署到更靠近使用者或“裝置”的位置。
IT和OT透過融合實現智慧企業控制
工業領域的IT人員需要整合資訊科技（IT）和操作技術（OT），並將邊緣IT部署到自動化層級的較低級別（如控制級別、製造執行系統級別和ERP級別），以支援影片分析和自主機器人等技術。隨著邊緣IT進入製造環境，IT人員在防範IT系統故障方面將面臨更大壓力，因為這些故障可能導致自動化系統宕機。
此外，在工業環境中部署邊緣IT系統也具有獨特的挑戰性。與一般的IT環境不同，將邊緣IT部署為生產車間現場的資料中心時會遇到以下挑戰和要求：
- 可用性：當邊緣IT與生產製造過程串聯時，邊緣IT系統的故障可能導致自動化系統宕機，從而中斷生產。
- 潛在的環境風險：製造廠房的周邊環境條件通常很難控制。溫度和溼度浮動範圍通常很廣，粉塵顆粒或其它汙染物較多，發生漏水、振動、碰撞和滋擾事件的機率較高。
- 空間限制：在製造環境中部署邊緣IT常常存在空間限制，尤其是對現有工廠進行改造時。這意味著可能沒有能放置機櫃的專用空間。
- 物理安全性：與辦公樓和商業環境不同，製造環境可能難以限制人員訪問已安裝的IT資產。工廠車間的人員可以隨意接觸到位於同一車間內的IT裝置。
- 可管理性：IT裝置通常遍佈整個製造環境。此外，一般的工廠車間很少會有專門的IT人員來監控和管理邊緣IT。
- 網路安全：工業網際網路的普及也伴隨著比以前更多的網路安全風險。
彈性邊緣計算解決方案，幫助企業最大限度降低宕機風險
為應對這些挑戰並最大限度降低宕機風險，IT人員需要將彈性邊緣計算解決方案引入製造環境。彈性解決方案利用了過去幾十年來在典型IT環境中採用的最佳實踐。在製造環境中部署時，為幫助IT人員實現高彈性的邊緣計算，這些解決方案還需要採用獨特的最佳實踐：
- 選擇專為製造環境設計的 IT 機櫃：專用IT機櫃可以有效應對上述許多挑戰，例如環境風險、空間限制和物理安全性。
- 使用有效的電源保護和製冷方法：不間斷電源（UPS）和空調等適當的電源保護和製冷基礎設施系統可以最大限度降低宕機風險。
- 採用網路安全最佳實踐：工業網際網路（IIoT）的複雜性意味著必須在組成自動化系統的元件及其嵌入式網路系統中設計網路安全功能。
- 投資購置監控和管理軟體：典型IT環境的最佳實踐是從集中區域或遠端來監控和管理邊緣計算。
- 利用合作伙伴生態系統提供完整的邊緣IT解決方案：使用開放技術並藉助成熟的合作伙伴生態系統的力量，在他們的幫助下建立完全整合的微型邊緣計算資料中心。
完全整合的邊緣計算解決方案示例
透過以上分析，我們可以得出生產製造宕機對於工業行業利益相關者而言是一筆巨大的損失。影片分析、數字孿生、人工智慧和自主機器人技術等與工業4.0相關的新興技術創新將提高生產效率、產品質量並減少裝置故障等。透過整合IT和OT並將邊緣IT部署為現場資料中心，可以實現這些技術創新。但是，將邊緣IT引入自動化層級的較低層級（如感測器/執行器和控制）將增加製造過程的宕機風險。施耐德電氣《工業4.0：採用高彈性的邊緣計算確保最小化宕機風險》白皮書提供的最佳實踐可以幫助工業IT人員透過彈性邊緣計算將風險降至最低，並解決諸如惡劣環境、網路安全、物理安全和可管理性等獨特的行業難題。
《工業4.0：採用高彈性的邊緣計算確保最小化宕機風險》白皮書，是施耐德電氣基於豐富的行業觀察和實踐經驗而得出的結論，其釋出為實現工業4.0時代的彈性邊緣計算部署提供了清晰的思路。施耐德電氣在工業、IT行業及邊緣計算領域已深耕數十年，有著領先的洞察與實踐，並一直在創新中求發展。在為使用者提供具有出色可用性和可靠性的產品及解決方案的同時，施耐德電氣也傾盡全力，為業內人士儘可能提供更多知識共享的平臺和機遇。施耐德電氣持續透過免費提供白皮書和工具，與業界分享有益的見解。
《工業4.0：採用高彈性的邊緣計算確保最小化宕機風險》白皮書如下：
