Edge Computing ในภาคการผลิต: เหตุใดคลาวด์เพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอสำหรับการควบคุมการผลิตแบบเรียลไทม์

ผู้ผลิตจำเป็นต้องใช้ edge computing แทนคลาวด์สำหรับการควบคุมการผลิต เนื่องจากความหน่วง (latency) ของการส่งข้อมูลไป-กลับผ่านคลาวด์ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ที่ 50 ถึง 200 มิลลิวินาที ช้าเกินไปสำหรับการตัดสินใจที่ต้องเกิดขึ้นภายในเวลาไม่ถึง 10 มิลลิวินาที เครื่อง CNC ที่กำลังตัดชิ้นงาน ระบบตรวจสอบด้วยวิชันที่ตรวจจับที่ความเร็วสายการผลิต หรือระบบเซฟตี้ที่ต้องตอบสนองต่อสภาวะที่เกินค่าความคลาดเคลื่อน ไม่สามารถรอให้แพ็กเก็ตข้อมูลเดินทางไปยังศูนย์ข้อมูลระยะไกลแล้วย้อนกลับมาได้ Edge computing ประมวลผลข้อมูลนั้นที่หรือใกล้กับเครื่องจักร บนพื้นที่หน้างานในโรงงาน ซึ่งความหน่วงวัดกันในระดับไมโครวินาทีแทนที่จะเป็นมิลลิวินาที ส่วนคลาวด์รับผิดชอบทุกอย่างที่ไม่ต้องการการตอบสนองแบบเรียลไทม์ ได้แก่ การวิเคราะห์ข้อมูล การรายงาน การฝึกโมเดล AI และการจัดเก็บข้อมูลระยะยาว

Edge Computing ในบริบทของภาคการผลิตคืออะไร

Edge computing ในภาคการผลิต คือการติดตั้งขีดความสามารถด้านการประมวลผล การจัดเก็บข้อมูล และการประมวลผลข้อมูล ไว้ที่หรือใกล้กับสินทรัพย์การผลิต แทนที่จะอยู่บนคลาวด์หรือศูนย์ข้อมูลส่วนกลาง โหนด edge จะอยู่ใกล้กับเครื่องจักร ไม่ว่าจะเป็นบนพื้นโรงงาน ในตู้แร็กเซิร์ฟเวอร์ท้องถิ่น หรือฝังอยู่ในตัวอุปกรณ์เอง และประมวลผลข้อมูลในพื้นที่ก่อนตัดสินใจว่าจะส่งข้อมูลใดขึ้นไปยังระบบส่วนกลาง

Edge ไม่ได้มาแทนที่คลาวด์ แต่เป็นเลเยอร์ที่อยู่ระหว่างเครื่องจักรกับคลาวด์ ทำหน้าที่จัดการการตัดสินใจที่ต้องใช้เวลาอย่างเคร่งครัดในพื้นที่ ในขณะเดียวกันก็ส่งข้อมูลที่รวบรวมและประมวลผลแล้วไปยังระบบคลาวด์เพื่อการวิเคราะห์ การจัดเก็บ และการเปรียบเทียบข้ามโรงงาน

ในบริบทของโรงงาน edge ทำหน้าที่จัดการ: การตอบสนองของระบบเซฟตี้ วงจรป้อนกลับของการควบคุม CNC และ motion control การตัดสินใจตรวจสอบคุณภาพแบบเรียลไทม์ การประสานงานของ AGV และหุ่นยนต์ และการจัดการอลาร์ม ส่วนคลาวด์ทำหน้าที่จัดการ: แดชบอร์ด OEE การฝึกโมเดลบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ การรายงานการผลิต การเชื่อมต่อกับ ERP และการวิเคราะห์ข้อมูลข้ามไซต์

เหตุใดความหน่วงของคลาวด์จึงทำให้ไม่เหมาะกับการควบคุมการผลิตแบบเรียลไทม์

โครงสร้างพื้นฐานคลาวด์ทำงานบนเวลาการส่งข้อมูลไป-กลับผ่านเครือข่ายที่ไม่สอดคล้องกับข้อกำหนดการควบคุมในภาคการผลิต ความหน่วงที่เกิดขึ้นจากการส่งค่าที่อ่านได้จากเซนเซอร์ไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ ประมวลผล แล้วส่งคำสั่งกลับมา โดยทั่วไปอยู่ที่ 50 ถึง 200 มิลลิวินาทีภายใต้สภาพเครือข่ายที่ดี และจะเพิ่มขึ้นเมื่อเครือข่ายมีการใช้งานหนาแน่น

สถานการณ์การควบคุมการผลิต 3 กรณีต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดเรื่องนี้จึงสำคัญ

CNC และ motion control. การกลึงงานที่มีความแม่นยำสูงต้องการวงจรป้อนกลับที่ทำงานในช่วง 1 ถึง 10 มิลลิวินาที ระบบควบคุมที่พึ่งพาคลาวด์ไม่สามารถปิดวงจรป้อนกลับได้ในความเร็วระดับนี้ เครื่องจักรจะเลยจุดที่ต้องแก้ไขไปแล้วก่อนที่คำสั่งจะมาถึง

การตรวจสอบคุณภาพด้วยวิชันที่ความเร็วสายการผลิต สายการผลิตที่ทำงานที่ 200 ชิ้นต่อนาที ทำให้ระบบวิชันมีเวลาเพียง 300 มิลลิวินาทีต่อชิ้น การตัดสินใจในการตรวจสอบ ไม่ว่าจะเป็นผ่านหรือไม่ผ่าน คัดออกหรือปล่อยผ่าน ต้องเกิดขึ้นภายในช่วงเวลานั้น ซึ่งรวมถึงการจับภาพ การประมวลผล การจำแนกประเภท และการสั่งการอุปกรณ์ การส่งข้อมูลไป-กลับผ่านคลาวด์จะกินเวลาไปเป็นสัดส่วนที่มากของช่วงเวลานั้นก่อนที่การประมวลผลจะเริ่มต้นด้วยซ้ำ

ระบบเซฟตี้ การ์ดป้องกันเครื่องจักร ตรรกะการหยุดฉุกเฉิน และการหลีกเลี่ยงการชนของ AGV ทำงานด้วยเวลาตอบสนองที่วัดกันในระดับมิลลิวินาที ระบบที่ได้รับการรับรองด้านความปลอดภัยต้องไม่มีการพึ่งพาเครือข่ายในเส้นทางการตอบสนอง โหนด edge เป็นผู้ดำเนินการตอบสนองด้านความปลอดภัย ส่วนคลาวด์จะรับบันทึกเหตุการณ์ภายหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว

เกิดอะไรขึ้นเมื่อผู้ผลิตข้ามเลเยอร์ edge ไป

ผู้ผลิตที่พยายามควบคุมการผลิตแบบเรียลไทม์ผ่านการเชื่อมต่อคลาวด์ จะเผชิญกับความล้มเหลว 3 รูปแบบ

การพึ่งพาเครือข่ายที่ไม่เสถียรกลายเป็นความเสี่ยงต่อการผลิต ระบบควบคุมที่พึ่งพาคลาวด์ เมื่อสูญเสียการเชื่อมต่อเครือข่าย จะสูญเสียความสามารถในการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ไปด้วย สถาปัตยกรรมที่ยึด edge เป็นหลักจะยังคงทำงานต่อไปได้แม้เครือข่ายขัดข้อง เพราะการประมวลผลเกิดขึ้นในพื้นที่ เมื่อเครือข่ายกลับมาใช้งานได้ การเชื่อมต่อคลาวด์จะกลับคืนมา และข้อมูลที่บัฟเฟอร์ไว้จะซิงค์กันโดยอัตโนมัติ

ต้นทุนแบนด์วิดท์สูงเกินคาด พื้นที่หน้างานในโรงงานที่มีเซนเซอร์ 500 ตัว สร้างข้อมูลที่ 100 ค่าต่อวินาที จะผลิตข้อมูลได้ถึง 50,000 จุดต่อวินาที การส่งข้อมูลทั้งหมดขึ้นคลาวด์จะใช้แบนด์วิดท์และพื้นที่จัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์เป็นจำนวนมาก การประมวลผลที่ edge จะกรอง รวบรวม และบีบอัดข้อมูลก่อนส่ง โดยมีเพียงเหตุการณ์ที่มีนัยสำคัญและตัวชี้วัดที่รวบรวมแล้วเท่านั้นที่จะถูกส่งขึ้นไปยังคลาวด์

ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของ OT ขัดแย้งกับการเชื่อมต่อคลาวด์โดยตรง เครือข่ายเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT) จำเป็นต้องแยกตัวออกจากการรับส่งข้อมูลเครือข่ายภายนอก เพื่อปกป้องระบบการผลิตจากภัยคุกคามทางไซเบอร์ การเชื่อมต่ออุปกรณ์การผลิตเข้ากับแพลตฟอร์มคลาวด์โดยตรง เป็นการข้ามการแยก OT/IT ที่มาตรฐานความปลอดภัยกำหนดไว้ โหนด edge จะอยู่ภายในเครือข่าย OT ประมวลผลข้อมูลในพื้นที่ และส่งข้อมูลที่ประมวลผลแล้วผ่านอินเทอร์เฟซที่ควบคุมได้ไปยังเครือข่าย IT และคลาวด์

ผู้ผลิตตัดสินใจอย่างไรว่าอะไรควรทำงานที่ edge หรือที่คลาวด์

กรอบการตัดสินใจนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านความหน่วงและปริมาณข้อมูล

การควบคุมแบบเรียลไทม์ (ต่ำกว่า 10 มิลลิวินาที) ต้องทำงานที่ edge เสมอ ซึ่งรวมถึงการป้อนกลับของการควบคุมเครื่องจักร ระบบเซฟตี้ และตรรกะอลาร์มในพื้นที่

การเฝ้าติดตามแบบใกล้เคียงเรียลไทม์ (10 ถึง 500 มิลลิวินาที) ทำงานที่ edge พร้อมซิงค์ข้อมูลกับคลาวด์ ซึ่งรวมถึงการตัดสินใจตรวจสอบด้วยวิชัน การประสานงานของ AGV และการแจ้งเตือนพารามิเตอร์กระบวนการผลิต

งานประมวลผลเชิงวิเคราะห์ (ระดับวินาทีถึงนาที) ทำงานบนคลาวด์หรือแพลตฟอร์มข้อมูลแบบ on-premises ซึ่งรวมถึงการคำนวณ OEE การรายงานผลตามกะการทำงาน การประมวลผลโมเดลบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ และการประมวลผลธุรกรรม ERP

งานที่มีรอบเวลานาน (ระดับชั่วโมงถึงวัน) ทำงานบนคลาวด์ ซึ่งรวมถึงการฝึกโมเดล AI การเปรียบเทียบมาตรฐานระหว่างโรงงาน และการวิเคราะห์เพื่อวางแผนกำลังการผลิต

สถาปัตยกรรมที่สร้างคุณค่าได้มากที่สุด คือการเชื่อมโยงทั้ง 4 เลเยอร์เข้าด้วยกัน เครื่องจักรสร้างข้อมูล edge ประมวลผลสิ่งที่ต้องการการตอบสนองทันที แพลตฟอร์ม on-premises จัดการการวิเคราะห์แบบใกล้เคียงเรียลไทม์ และคลาวด์จัดการทุกสิ่งที่ได้ประโยชน์จากการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลแบบรวมศูนย์ในระดับขนาดใหญ่

FAQ

Edge Computing ในภาคการผลิตคืออะไร

Edge computing ในภาคการผลิต คือการติดตั้งขีดความสามารถด้านการประมวลผลและการประมวลผลข้อมูล ไว้ที่หรือใกล้กับสินทรัพย์การผลิตบนพื้นที่หน้างานในโรงงาน แทนที่จะอยู่บนคลาวด์ส่วนกลางหรือศูนย์ข้อมูลระยะไกล ระบบนี้ประมวลผลข้อมูลที่มีความเร่งด่วนด้านเวลาในพื้นที่ ไม่ว่าจะที่ตัวเครื่องจักร ในตู้แร็กเซิร์ฟเวอร์ระดับพื้นโรงงาน หรือในฮาร์ดแวร์อุตสาหกรรมแบบฝังตัว แล้วส่งผลลัพธ์ที่รวบรวมแล้วไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์หรือ on-premises เพื่อการวิเคราะห์และจัดเก็บ Edge computing จัดการการตัดสินใจที่ต้องการเวลาตอบสนองระดับมิลลิวินาที ส่วนคลาวด์จัดการการวิเคราะห์ข้อมูล การรายงาน และงานที่ความหน่วงไม่ใช่ข้อจำกัด

เหตุใดความหน่วงของคลาวด์จึงเป็นปัญหาต่อการควบคุมการผลิตในโรงงาน

ความหน่วงของการส่งข้อมูลไป-กลับผ่านคลาวด์ ซึ่งเป็นเวลาที่ข้อมูลเดินทางจากเครื่องจักรไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์แล้วส่งคำสั่งกลับมา โดยทั่วไปอยู่ที่ 50 ถึง 200 มิลลิวินาทีภายใต้สภาพเครือข่ายปกติ ในขณะที่ระบบควบคุมการผลิตสำหรับการกลึง CNC, motion control, ระบบเซฟตี้ และการตรวจสอบคุณภาพแบบเรียลไทม์ ต้องการเวลาตอบสนองอยู่ที่ 1 ถึง 10 มิลลิวินาที โครงสร้างพื้นฐานคลาวด์ไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดเหล่านี้ได้ Edge computing ประมวลผลข้อมูลในพื้นที่ ซึ่งเวลาการส่งข้อมูลไป-กลับผ่านเครือข่ายไม่ใช่ข้อจำกัดอีกต่อไป

OT Edge Computing คืออะไร

OT edge computing คือ edge computing ที่ติดตั้งอยู่ภายในเครือข่ายเทคโนโลยีปฏิบัติการ (OT) ของโรงงานผลิตหรือโรงงานอุตสาหกรรม เครือข่าย OT เป็นตัวขับเคลื่อนระบบที่ควบคุมกระบวนการผลิตทางกายภาพ ได้แก่ PLC, SCADA, เครื่อง CNC, หุ่นยนต์ และ AGV โหนด OT edge จะประมวลผลข้อมูลจากระบบเหล่านี้ในพื้นที่ ภายในเครือข่าย OT ที่แยกตัวออกมา โดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับโครงสร้างพื้นฐานคลาวด์ภายนอกสำหรับการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซที่ควบคุมได้ระหว่างเครือข่าย OT กับระบบ IT หรือคลาวด์ ซึ่งบังคับใช้การแบ่งแยกเครือข่ายตามที่มาตรฐานความปลอดภัยในภาคอุตสาหกรรมกำหนดไว้

อะไรที่ทำงานที่ edge เทียบกับคลาวด์ในโรงงานอัจฉริยะ

ในโรงงานอัจฉริยะ edge computing จัดการการควบคุมแบบเรียลไทม์ (การป้อนกลับของ CNC ระบบเซฟตี้ การประสานงานของ AGV) การตัดสินใจตรวจสอบแบบใกล้เคียงเรียลไทม์ (การตรวจสอบคุณภาพด้วยวิชัน การแจ้งเตือนกระบวนการผลิต) และการกรองและบีบอัดข้อมูลในพื้นที่ ส่วนแพลตฟอร์มคลาวด์จัดการแดชบอร์ด OEE การฝึกโมเดลบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ การรายงานการผลิต การเชื่อมต่อกับ ERP และการวิเคราะห์ข้อมูลข้ามโรงงาน เส้นแบ่งคือความหน่วง งานที่ต้องเกิดขึ้นภายในเวลาต่ำกว่า 500 มิลลิวินาที จะทำงานที่ edge ส่วนงานที่รองรับได้ในระดับวินาทีหรือนานกว่านั้น จะทำงานบนคลาวด์

เกิดอะไรขึ้นเมื่อโรงงานสูญเสียการเชื่อมต่อคลาวด์ในสถาปัตยกรรมแบบ edge

ในสถาปัตยกรรมที่ยึด edge เป็นหลัก การควบคุมการผลิตจะยังคงดำเนินต่อไปได้แม้สูญเสียการเชื่อมต่อคลาวด์ เพราะการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ทำงานในพื้นที่บนโหนด edge พื้นที่หน้างานในโรงงานไม่ต้องพึ่งพาการเชื่อมต่อคลาวด์ในการทำงาน ข้อมูลที่เกิดขึ้นระหว่างที่เครือข่ายขัดข้องจะถูกบัฟเฟอร์ไว้ในพื้นที่ และซิงค์กับระบบคลาวด์เมื่อการเชื่อมต่อกลับมาใช้งานได้ ในทางกลับกัน สถาปัตยกรรมที่พึ่งพาคลาวด์โดยไม่มีการประมวลผลที่ edge จะสูญเสียความสามารถในการตัดสินใจแบบเรียลไทม์ทันทีที่เครือข่ายล่ม

Edge Computing ส่งผลต่อความปลอดภัยทางไซเบอร์ของโรงงานอย่างไร

Edge computing ช่วยเสริมความปลอดภัยทางไซเบอร์ของ OT ด้วยการเก็บข้อมูลการผลิตแบบเรียลไทม์ไว้ภายในเครือข่าย OT ที่แยกตัวออกมา แทนที่จะส่งข้อมูลโดยตรงไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ภายนอก โหนด edge จะประมวลผลข้อมูลในพื้นที่ และส่งเฉพาะข้อมูลที่รวบรวมหรือกรองแล้วผ่านอินเทอร์เฟซที่ควบคุมได้ไปยังเครือข่าย IT และคลาวด์ สถาปัตยกรรมนี้รักษาการแยก OT/IT ตามที่มาตรฐานความปลอดภัยในภาคอุตสาหกรรม เช่น IEC 62443 กำหนดไว้ ในขณะเดียวกันก็ยังคงเปิดให้การวิเคราะห์บนคลาวด์เข้าถึงข้อมูลการผลิตผ่านช่องทางข้อมูลที่มีการกำกับดูแลได้