什么是闭环制造？如何利用融合型基础架构方案完成工业制造效率闭环？

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大幅降低升级成本

工业制造商希望充分利用工业4.0（也称为工业物联网IIoT）的效率和洞察，因此他们必须转换其基础电子架构，以支持网络边缘的智能化运营。通过部署就绪的融合型基础架构计算解决方案，可联通分布在各处的开发团队和组织的实时通信和决策过程，从而提高生产力、改进产品并降低运营成本。这种新兴模式被称为闭环制造。

毫无疑问，加入物联网（IoT）的工业系统预期带来比以往更高的生产力和效率。但要满足这些预期，必须对来自这些机器的传感器数据进行分析并迅速执行适当操作，使系统保持最佳运行状态。要实现此类实时分析功能，必须将网络计算智能迁移到工业物联网的边缘。

通过将数据中心等级处理性能和网络添加到工厂车间，所实现的优势不仅仅是高速分析。如图1所示，将网络化计算资源移近传感器节点将产生雾层，雾层可以降低向云发送大量数据时产生的网络传输成本，这是因为可以在边缘过滤非必要系统信息。同样地，互连的边缘计算平台还可最大限度减少高价值重要环境所面临的攻击面，因为通过外部网络暴露的潜在敏感数据将大大减少。

图1.除精确分析外，通过使数据中心级别的计算更靠近网络边缘，可帮助降低网络传输成本，并最大限度减少高价值环境中的攻击途径。（来源：科罗拉多大学计算机科学系）

这些架构及其支持的功能需使用像COM Express Type 7服务器模块这样的融合型基础架构解决方案，此类解决方案可提供企业的网络和安全功能，同时支持运营性部署方面的确定性、成本和热量约束。

部署就绪的此类融合型基础架构平台将为新兴技术模式奠定基础，这种模式将改变自动化以及整个行业：闭环制造。

图2.闭环制造将将制造供应链中所有组成部分的信息互连，以便更有效地制造更优产品。（来源：TrackVia）

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COM EXPRESS服务器模块帮助完成设计和制造闭环

闭环制造流程的基础是利用来自组织或供应链中各组成部分的运营数据，从而使其他人更容易了解相关情况、提高效率并更明智应对产品生命周期中的各种变化。例如，闭环制造可在最高级别上结合研发、产品工程设计、制造、销售和营销以及服务部门的专业见解，提供可用于改善下一代产品的反馈。 

不但如此，还可以在设计和制造级别应用这些流程，降低成本、加快产品入市时间并提高整体效率，但这一切只有在开发、测试和制造执行系统（MES）能够快速通信的情况下才能实现。而这正是融合型基础架构平台发挥重要作用的地方。

与物联网一样，闭环制造拓扑基本上依赖于“南-北”通信架构，因为来自运营环境的一些数据最终将与企业资源规划（ERP）、客户关系管理（CRM）和其他业务系统集成在一起。此外，同物联网类似，当受网络边缘附近横向分布式智能支持时，工程团队和生产团队的闭环制造流程更加有效。

图3显示了现代软件和系统工程中涉及的主要利益相关方和流程，反映了如何使用敏捷开发实践来加速新型物联网产品和功能的发布。这些框架取决于每个开发中心在彼此间进行无缝通信、及从所依赖系统中提取有用数据的能力，而这些能力可以通过像康佳特 (congatec)的conga-B7AC和conga-B7XD这样的服务器模块实现。

图3.融合型基础架构解决方案（如COM Express Type 7服务器模块）支持对多个设计和制造团队的开发数据进行开放式访问，以实现更具迭代性和灵活性的工程设计。（来源：Scaled Agile，Inc.）

conga-B7AC和conga-B7XD是COM Express Type 7模块，采用95毫米 x 125毫米Basic规格尺寸（图4）。conga-B7AC基于英特尔凌动c3000(SoCs)处理器平台，具有多达16个内核；而conga-B7XD支持从四核奔腾D处理器到16核英特尔至强D-1500系列的广泛可扩展计算选项。

图4.conga-B7AC（左）和conga-B7XD（右）为COM Express Type 7 Basic服务器模块，基于英特尔凌动、奔腾D或至强处理器，适用于融合型基础架构应用。（来源：congatec, Inc.）

与COM Express Type 6中的音频和视频接口不同，COM Express Type 7引脚增加了四个万兆以太网（GbE）接口，最多可支持32个PCI Express（PCIe）通道以用于微服务器和需使用高带宽通信的其他应用。该规范还集成了一系列可与OT平台兼容的其他I/O接口，例如2x SATA通道、8x GPIO通道（与SDIO共享）、2x串行通道（与CAN共享）、LPC总线（与eSPI共享）以及SPI和I²C总线。

板载的英特尔处理器使conga-B7AC和conga-B7XD能通过集成服务器级功能，如英特尔虚拟化技术（英特尔VT-x），来实现开放式通信和闭环制造愿景。英特尔VT-x是融合型基础架构解决方案配备的关键特性，允许将多个工作负载整合到多核边缘处理平台(如conga-B7AC和conga-B7XD)的各个核心。这对于闭环制造尤为重要，因为关键性OT功能可与同一硬件上的企业工作负载相隔离，甚至可以运行自己的专用操作系统（例如实时操作系统RTOS而不是基于Linux或Windows操作系统）。

平台中集成的其他英特尔处理器技术亮点是英特尔可信执行技术（英特尔TXT）和英特尔软件保护扩展（英特尔SGX）硬件扩展，这些技术分别有助于在基于英特尔凌动C3000和英特尔至强D 1500的同一系统上确保敏感软件应用程序与其他可执行程序隔离。

同样重要的是，conga-B7AC和conga-B7XD皆支持工业等级，工作温度范围可达-40ºC至+85ºC。因此，服务器模块可部署在恶劣的制造环境中，将嵌入式系统与核心企业网络连接起来。这可实现快速的迭代设计和制造流程，在此类流程中，工程团队可以快速访问其他相关信息，提高开发效率、缩短产品上市时间并改善整体产品质量（图5A和5B）。

图5A和5B. conga-B7AC和conga-B7XD等融合型基础架构解决方案分别支持-40ºC至+85ºC和-20ºC至+80ºC的工业级温度范围。这使得工程团队可以通过在产品开发生命周期早期利用关键设计信息来开发迭代式闭环制造流程。（来源：Intland Software和MDPI）

比如，质量服务提供商IQS报告指出，通过使用闭环设计实践，将工程变更通知的处理时间从15天缩减到3天，同时将其准确性从78%提高到97%。当然，好处远不止如此。

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借助COM EXPRESS TYPE 7实现变革性制造效率

各种规模和类型的组织都在积极实施物联网战略，以监控和更新现场部署的设备。但在进行深思熟虑的部署后，这些组织也可以成为物联网技术的产消者（生产者和消费者），并利用该技术来优化产品的设计和制造。

融合型基础架构解决方案，例如congatec的conga-B7AC和conga-B7XD COM Express Type 7服务器模块，能成为边缘微服务器/网关构建模块，可支持各种IT和OT功能所需的智能计算和网络连接。这些模块可搭配特定应用需求的载板，保护了投资回报率（ROI），因为可通过更换处理器模块，提供更强大的COM Express Type 7入市解决方案。

对于希望平衡产品功能过时挑战并扩展新功能的企业而言，这是一个重大优势。例如，最新一代的英特尔至强可扩展处理器集成了英特尔高级矢量扩展512（英特尔AVX 512）指令集以及最多两个融合“乘法-加法”(FMA）单元，可提供必需的浮点性能以支持复杂神经网络和机器学习算法。这些技术可在未来进一步提高闭环制造效率，而COM Express架构提供了实现这些自动化水平的路线图。

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