Представляем платформу Intel® IoT Unified Edge Framework

Использование консолидации рабочих задач для эффективного масштабирования решений промышленного Интернета вещей.

Представляем платформу Intel® IoT Unified Edge Framework с возможностью консолидации рабочих нагрузок, которая позволяет эффективно масштабировать решения для промышленного Интернета вещей.

Краткий обзор

Цифровая трансформация, известная как промышленный Интернет вещей, создает новые и сложные задачи для многих отраслей. Фрагментированные решения, ограниченные стандарты, слаборазвитые модели безопасности и нецелесообразные подходы к поддержке цифровых ресурсов являются факторами, которые могут помешать организациям масштабировать эффективные решения для промышленного Интернета вещей. Также очень важными факторами успеха являются унификация и/или объединение информационных и эксплуатационных технологий организаций.

Учитывая растущее количество периферийных устройств, постоянно увеличивающийся объем данных и существующие инфраструктурные ограничения, особенно важно упростить требования к масштабированию. Две ключевые концепции для достижения этих целей — это консолидация и оркестрация рабочих нагрузок. Объединив эти две концепции и определив единую периферийную инфраструктуру, организации смогут масштабировать промышленный Интернета вещей без особых затрат, сократить капитальные расходы и повысить безопасность. Корпорация Intel упростила этот процесс, предоставив платформу Intel® IoT Unified Edge Framework. Она создана, чтобы помочь организациям консолидировать рабочие нагрузки на периферии и эффективно масштабировать свои решения для промышленного Интернета вещей.

В этой статье подробно рассказывается о платформе Intel® IoT Unified Edge Framework и представлен практический пример применения, который демонстрирует, как ведущая в своей отрасли компания Georgia Pacific использовала этот инновационный подход для получения положительных результатов.

Области расширения возможностей

Промышленный Интернет вещей преобразует эксплуатационные технологии, увеличивая их эффективность, повышая надежность и сокращая объем отходов. Облачные технологии — это мощный инструмент для выполнения рабочих нагрузок эксплуатационных технологий, однако иногда они могут не оправдать ожиданий при использовании в сфере промышленного Интернета вещей. Такие проблемы, как задержки в плоскости управления, массивные объемы удаленных данных и их объединение (с сохранением контекста), требуют дополнительных возможностей. Постоянное развитие периферийных вычислений предоставляет такие возможности и позволяет решить эти проблемы. Однако на периферии есть и другие важные проблемы, которые необходимо решить:

  • Периферийные стеки становятся сложнее. Из-за отсутствия стандартов управления для контроля этих систем часто приходится выполнять действия вручную. Зачастую эту задачу можно решить силами самого предприятия или сторонних компаний, что приводит к применению нестандартных системных подходов, которые в свою очередь увеличивают стоимость и сложность работ, а также снижают надежность систем.
  • Также одной из главных проблем является объединение информационных и эксплуатационных технологий. Раньше широко распространенной практикой было использование эксплуатационных технологий в виде замкнутой системы без интеграции информационных технологий. Но сейчас этого уже недостаточно. На современном рынке с высокой конкуренцией дублирование инфраструктуры не является идеальным решением.

Корпорация Intel совместно с рядом компаний, входящих в рейтинг 100 лучших промышленных предприятий, создала платформу Intel® IoT Unified Edge Framework с целью решения этих проблем. Она состоит из перечня дисциплин и правил, которые любой клиент может использовать, чтобы развертывать масштабируемое и управляемое решение для Интернета вещей, имеющего реальную ценность для бизнеса.

Платформа Intel® IoT Unified Edge Framework закладывает основу для создания комплексных решений для Интернета вещей. Она включает в себя правила по выбору подходящих компонентов для поддержки потребностей бизнеса и обеспечению последовательности, масштабируемости и полноты архитектуры решений для Интернета вещей в масштабах предприятия. Платформа также включает в себя эталонную архитектуру, которую клиенты могут внедрять, используя предпочитаемые ими компоненты.

В конечном итоге эта платформа корпорации Intel помогает получить четкое представление о ценности стандартизации в каждой из дисциплин платформы, а также о доступных покупателям вариантах. Это позволяет им принимать обоснованные решения о том, что подходит для их бизнеса лучше всего.

Ценность консолидации рабочих нагрузок

Важной дисциплиной для такой модернизации является консолидация рабочих нагрузок. Консолидация новых и старых систем в средах периферийных вычислений поможет решить несколько задач, а также сократить совокупную стоимость владения во многих отношениях. Приведем следующие примеры:

  • Используя платформу, которая обеспечивает оркестрацию рабочих нагрузок, организации могут сократить расходы на инфраструктуру, сделать системы функционально безопасными, а также упростить процесс управления ими.
  • Сокращая количество компонентов, организации могут оптимизировать работу, повысить продуктивность, сократить затраты и упростить процессы.
  • Организации могут снизить как капитальные, так и эксплуатационные расходы за счет существенного сокращения количества уникальных устройств, которые нужно держать наготове для технического обслуживания, а также уменьшения связанных с ними затрат на обучение и поддержку персонала.
  • Еще одним преимуществом консолидации рабочих нагрузок является сокращение расходов, связанных с устареванием систем. Консолидируя рабочие нагрузки, чтобы одно устройство применялось для нескольких целей, организации могут уменьшить количество устройств, которые нужно будет модернизировать или заменить в будущем.

Компания Georgia Pacific сотрудничает с корпорацией Intel в рамках этой инициативы и является одним из первых предприятий, кто начал цифровую трансформацию.

Платформа Intel® IoT Unified Edge Framework состоит из двух основных компонентов, показанных в виде многоуровневой онтологии системы на рисунке как часть инфраструктуры периферийных вычислений:

  • Периферийные вычислительные устройства: эти устройства обычно называют шлюзами для Интернета вещей. Они обладают достаточной производительностью, чтобы выполнять функции нескольких решений для Интернета вещей (на каждом из них установлены системы на базе процессоров Intel® Core™ i7). Периферийные вычислительные устройства используются рядом с датчиками, получая данные непосредственно от них, а также взаимодействуют с исполнительными механизмами для выполнения конкретных действий. Периферийные вычислительные устройства стандартизируются ИТ-специалистами и включают в себя аппаратное и программное обеспечение. Фактически ИТ-специалист выбирает устройство с определенными аппаратными компонентами, операционной системой Ubuntu*, а также набором программного обеспечения, позволяющего применять его для нескольких целей.
  • Периферийный сервер: для консолидации данных, поступающих от различных периферийных вычислительных устройств, или для выполнения тяжелых рабочих нагрузок, таких как видеоаналитика, необходимы локальные серверы с эффективными возможностями обработки (на базе процессоров Intel® Xeon®). Такие локальные серверы устраняют зависимость от поставщиков облачных услуг, обеспечивая высокую степень доступности информации, низкий уровень задержек, а также меньшее энергопотребление при передаче данных.

Преимущества консолидации рабочих нагрузок

Как описано в предыдущем разделе, основная цель консолидации рабочих нагрузок заключается в сокращении совокупной стоимости владения и обеспечении следующих преимуществ:

  • Уменьшение площади, занимаемой системным оборудованием: вместо специализированного периферийного вычислительного устройства для каждого конкретного решения можно использовать одно, более производительное устройство, которое выполняет функции нескольких решений/компонентов Интернета вещей.
  • Простота развертывания и управления: сокращая число устройств, используемых для отдельных решений, организации могут значительно уменьшить количество устройств, которыми нужно управлять, и, как результат, снизить объем работ.
  • Повышение безопасности: организации могут минимизировать площадь атаки своей сети, сокращая количество аппаратного, микропрограммного и программного обеспечения.
  • Упрощение интеграции систем и доступа к данным: платформа необходима, чтобы обеспечить совместное использование различных рабочих нагрузок на одном устройстве. Это позволяет упростить развертывание и интеграцию решений. Шина данных предприятия получает данные, предоставляемые с помощью разных решений.
  • Повышение надежности основных систем управления процессами: минимизация дублирования запросов и уменьшение нагрузки на критически важные (но устаревающие) системы управления.
  • Отсутствие зависимости от поставщика: клиенты могут получать данные от каждого решения, а поставщики должны адаптироваться к аппаратному обеспечению, определяемому клиентом.
  • Оптимизация использования комплексных вычислений на периферии: повышение эффективности использования ресурсов периферийных устройств, с помощью которых можно выполнять малое количество функций.
  • Ускорение внедрения технологий Интернета вещей: помощь компаниям с цифровой трансформацией.

История успеха — Georgia Pacific

Компания Georgia Pacific является одним из ведущих мировых производителей ткани, целлюлозы, упаковочных, строительных материалов и связанных с ними химических веществ. Компания Georgia Pacific активно инвестирует в цифровые технологии с целью повышения эффективности производства, устойчивости, безопасности сотрудников и качества продукции более чем на 150 производственных площадках, расположенных в Северной Америке.

Достижения в области технологий позволили создать широкий спектр решений для промышленного Интернета вещей, которые могут изменить производственные процессы. Но чтобы сохранить конкурентоспособность, организации должны иметь возможность быстро и без лишних затрат масштабировать эти решения. При этом быстрое внедрение решений для промышленного Интернета вещей привело к фрагментации рынка и разнообразию технологических вариантов. Многие поставщики решений развертывают комплексный стек со специализированными периферийными вычислительными устройствами. В результате этого приходится управлять множеством разнородных, закрытых решений, каждое из которых требует цифрового обслуживания, интеграции, защиты и поддержки.

Изначально компания Georgia Pacific была довольна своими решениями для промышленного Интернета вещей. Однако она пришла к выводу, что такой разрозненный подход усложняет масштабирование решений, когда нужно расширить возможности промышленного Интернета вещей. Компания Georgia Pacific поняла, что поддержка множества разнородных решений для промышленного Интернета вещей со временем становится все более дорогостоящей и трудоемкой. Долгосрочные расходы на поддержку быстро растут и подрывают основные стимулы для реализации решений. Усложнение получившегося решения также может снизить надежность исходных систем, таких как системы управления производством, и привести к их нестабильной работе.

С помощью корпорации Intel компания Georgia Pacific консолидировала рабочие нагрузки на более производительных периферийных вычислительных устройствах и инкапсулировала вычислительные службы с помощью контейнеров и виртуальных машин. Это позволило компании управлять наборами решений для промышленного Интернета вещей и развертывать их в требуемом масштабе.

Масштабировать решения для промышленного Интернета вещей без консолидации аппаратного обеспечения и более эффективного подхода к управлению рабочими нагрузками — это невероятно трудно. Одно лишь обслуживание и поддержка вычислительных ресурсов крупного промышленного предприятия является очень сложной задачей. Она станет еще сложнее, если увеличить число узлов, требующих высокого уровня производительности и минимизации простоев.

Основываясь на опыте развертывания платформы Intel® IoT Unified Edge Framework на производственном объекте компании Georgia Pacific в Маскоги, объединенная команда специалистов корпорации Intel и компании Georgia Pacific определила, каким образом платформа помогает резко сократить количество ресурсов (как рабочей силы, так и аппаратного обеспечения), необходимых для развертывания и поддержки систем промышленного Интернета вещей и их масштабирования.

Местные специалисты смогли консолидировать вычислительные рабочие нагрузки, выполняемые на трех различных решениях для промышленного Интернета вещей, от трех разных поставщиков в единый стандартизированный вычислительный стек. Решения требовали различного количества каналов ввода-вывода от полевого шлюза и вычислений с помощью периферийного сервера.

Приведенные ниже консолидированные рабочие нагрузки являются типичными решениями для промышленного Интернета вещей, которые сейчас развертываются в компании.

  • Служба обнаружения аномалий на базе компьютерного зрения: эта система использует стационарные камеры для выявления изменений в производственной среде. Например, она может применяться, чтобы следить за материалами, которые могут быть помещены в непредусмотренных для этого зонах, из-за чего возникают опасные производственные факторы, такие как слепые зоны или загромождение выхода; выявлять поврежденные средства защиты оборудования; определять, исправно ли работает оборудование; заранее распознавать события, которые могут повлиять на качество и надежность.
  • Система безопасности для обнаружения объектов на базе искусственного интеллекта: эта система снижает риски возникновения угроз безопасности, например, используя искусственный интеллект, чтобы выявлять пешеходов в зонах с интенсивным движением мобильного оборудования, а также улучшая возможности визуального контроля с помощью освещения и/или автоматизированных ворот.
  • Система датчиков температуры и влажности дальнего действия: эта система позволяет модернизировать датчики и подключить заводское оборудование, которое ранее было убыточным, слишком затратно к сети. Поскольку такие ресурсы часто находятся за пределами основных производственных площадок, информация с этих датчиков может обеспечить дополнительный визуальный контроль за эксплуатационными параметрами, что позволит повысить надежность и эффективность. Это всего лишь краткий пример возможностей трех указанных выше рабочих нагрузок, которые, если использовать их вместе, позволят изменить производственные процессы и повысить эффективность и устойчивость производства, а также безопасность условий труда и качество продукции.

Основываясь на опыте первоначального развертывания, специалисты оценили экономию средств по сравнению со старым подходом:

Предполагаемая экономия средств Снижение затрат Способствующие факторы и примечания
Обслуживание и поддержка От 30% Сокращение потребности в обучении и объема работ по поиску и устранению неисправностей; упрощение процессов интеграции, внесения исправлений, модернизации и т. д.
Аппаратное обеспечение От 30% Первоначальные затраты с заменой в течение 5–7 лет
Производительность и сокращение времени простоя 10% Увеличение среднего времени безотказной работы и наработки до ремонта (только в отношении трудозатрат)
Первоначальное развертывание (единоразовое) От 40% Развертывание образов и рабочих нагрузок, создание сетей, монтаж и активация

Все устройства, необходимые для выполнения этих рабочих нагрузок, ИТ-специалисты контролируют как стандартные устройства с помощью обычных инструментов управления. При этом стандартные безопасные образы ОС для периферийных вычислительных устройств и среды виртуализации располагаются на периферийном сервере. Это помогает объединить информационные и эксплуатационные технологии.

Для управления данными используется брокер MQTT (транспорт телеметрии очередей сообщений) на разных уровнях, позволяющий GP собирать информацию с устройств интернета вещей и устраняющий зависимость от поставщиков. Это позволяет компании собирать агрегированные/обогащенные данные для извлечения из них аналитической информации.

Кроме того, с помощью платформы, которая выполняет оркестрацию рабочих нагрузок, компания Georgia Pacific может эффективно управлять ресурсами своей инфраструктуры, развертывая рабочие нагрузки на наиболее доступных узлах в нужное время.

Платформа Intel® IoT Unified Edge Framework помогает компании Georgia Pacific с цифровой трансформацией. Используя платформу корпорации Intel, компания Georgia Pacific ускоряет более устойчивое развертывание новых решений для промышленного Интернета вещей, упрощает масштабирование таких решений на своих производственных объектах, а также минимизирует затраты на эксплуатацию и обслуживание этой новой платформы.

Заключение

Как ясно показывает пример компании Georgia Pacific, платформа Intel® IoT Unified Edge Framework предоставляет дисциплины и правила, которые необходимы организациям, чтобы создавать и эффективно масштабировать комплексные решения для промышленного Интернета вещей. Используя платформу корпорации Intel для консолидации и оркестрации рабочих нагрузок на периферии, а не продолжая поддерживать множество все более сложных и дорогостоящих решений для Интернета вещей, организации могут повысить свою безопасность, производительность и надежность, сократив при этом капитальные расходы и совокупную стоимость владения.

Авторы

Дейв Неттуно (Dave Nettuno)
Компания Georgia Pacific
Разработчик архитектуры компании для Интернета вещей

Кит Феннел (Kit Fennell)
Компания Georgia Pacific
Руководитель по развитию инновационных технологий

Далибор Лабудович (Dalibor Labudovic)
Компания Georgia Pacific
Интенер-разработчик систем

Маркос Э. Карранса (Marcos E. Carranza)
Корпорация Intel
Старший разработчик архитектуры решений для Интернета вещей

Сесар Мартинес Спессот (Cesar Martinez Spessot)
Корпорация Intel
Технический директор
Старший разработчик архитектуры решений для Интернета вещей

Лакшми Таллуру (Lakshmi Talluru)
Корпорация Intel
Старший Директор по цифровой трансформации

Дженнифер Фрида (Jennifer Frieda)
Корпорация Intel
Руководитель по работе с клиентами