自主移动机器人 (AMR) 是借助计算机视觉实现的最卓越技术发展之一。这些智能机器人可利用传感器和 AI 独立运行并做出实时决策,帮助企业缓解劳动力短缺、提高效率并推动可持续发展。
但部署 AMR 解决方案并非易事。全球 AIoT 解决方案提供商 ASUS IoT 产品总监 Bob Dang 表示:“在农业和采矿等行业,AMR 可能难以实施。”“在此类环境中,由于网络限制,AI 推断必须在边缘进行,但大多数硬件平台缺乏这方面的计算能力,或缺乏在恶劣的户外环境中运行所需的加固性能。”
好消息是,专为远程边缘性能而构建、性能强大的通用型工业电脑 (IPC) 现已推出。此类解决方案可帮助农业和采矿等领域的企业加速数字化转型,并赶上已经采用 AMR 技术的制造业和物流业同行。
利用自主移动机器人实现农业转型
法国一家大型水果生产商与 ASUS 物联网的合作体验就是一个出色示例。该公司面临农业类企业的多个常见痛点。由于依赖人工劳动,因此工作时长受到限制,只可在白天和良好天气条件下采伐,并且容易受到人员问题的影响。此外,该公司还急需提升土地使用效率,以提高作物产量并支持可持续农业实践。
这款自动化水果采摘解决方案可全天候运行,并帮助农业企业提升收获工作的稳定性和可预测性。此外,AMR 设备外形小巧,这也带来了重大运营优势。ASUS IoT 边缘计算部门产品经理 Sophia Lee 表示:“借助我们的 AMR 解决方案,植物或树木之间无需再留出便于员工及其工具通行的宽阔空间。这可提升土地利用率和作物产量,种植者无需增加果园和农田面积,即可种植更多树木和植物。”
在推出此创新解决方案的过程中,ASUS IoT 与英特尔的合作至关重要。“英特尔 CPU 和 GPU 是边缘 AI 的理想硬件平台。”Dang 表示。“客户非常需要基于英特尔软件工具套件(如英特尔® OpenVINO™)的计算机视觉解决方案,这使我们与英特尔的技术合作关系更具价值。”
工业环境中的 AMR
工业级计算机平台的一个显著优势是其灵活性,因为它们可以适应多种用例。例如,ASUS IoT 为采矿业开发了一款独立的 AMR 解决方案,该方案基于与自主采摘水果机器人相同的 IPC 单元。
此外,将控制器与其他应用、传感器和设备集成也始终是一项巨大挑战。例如,如果控制工程师希望将供应商的控制器连接到竞争对手的工业历史应用(该应用会压缩和检索 OT 系统数据),则与使用原始供应商软件相比,需要花费的时间和资金将显著增加。这迫使制造商始终采用特定供应商和专有进程间通信 (IPC) 系统,因此,制造商通常无法接触到其他供应商的技术进步。
令人惊奇的是,十多年前电信技术平台就已经可以做到这一点了。Teladoc Health 成立于 20 多年前,旨在利用该技术创建一个医疗服务专用平台,使医生能够不受地理位置或时区的限制为患者提供医疗服务。如今,通过采用远程医疗解决方案,任何农村地区都可以联系到其当地群众所需的任何专科医生。在过去三年中,采用率显著上升。
Jason Miao:即使目前亚洲部分国家的法规和法律仍然不允许进行远程医疗。但在新冠疫情期间,政府认为他们可能需要批准一些特殊情况,以便当时可以使用远程医疗。
Leonardo Alves de Melo:任何类型的基础设施,即使是最常见的,在这些地区都可能成为一个挑战难题。例如,在农村地区,医疗设备计算机要正常运行,需要能源、空调和良好的空气质量。为了交换信息,他们需要计算机和支持最小技术环境的能力。他们还需要具有最低限度稳定性的电信服务,因为通信至关重要。
我们可以想象信号来自企业或学校校园不同地方的情形。因此,具备将这些不同的信号整合到一个显示空间中的能力将显得尤为重要。控制室中的视频墙需要能够显示关于漏水的传感器数据、安全摄像头的视频源、警卫室的移动无线电信号以及其他任意数量的传入信号。有时,视频墙甚至需要捕捉和显示受保护的内容,并将其与实时的开放内容并列显示。在这些情况下,先进的人工智能工具、处理器和屏幕将充当智能聚合器,通过许多不同的协议和网络类型,将来自不同基带和 IP 信号的数据聚合在一起。
视频 1。OnLogic 的 David Zhu-Grant、华硕的 Jason Lu 和 Crystal Group 的 Chad Hutchinson 讨论在恶劣环境中成功集成加固型物联网设备的最佳方法,以及近期取得的进展。(资料来源:insight.tech)
哪些行业从加固型物联网设备中获益最多?
David Zhu-Grant:它覆盖的范围相当广泛,包括制造业、仓储物流、智慧农业、智慧城市、采矿和能源。这些行业所处的环境从非常寒冷到非常炎热不等;车辆会受到振动、撞击或冲击;从射频发射的角度来看,也会产生相当多的电气杂讯。
Jason Lu:随着越来越多的物联网设备投入使用,它们被部署在不同的环境中。例如,麦当劳汽车餐厅中的物联网设备可能需要在冬季零度以下的环境中使用,而显示屏外壳内的温度在夏季可能高达 70°C。用于显示菜单的 LCD 显示屏也需要具备防雨雪功能。水滴可能造成户外触摸屏受损,而且还可能导致误触,从而触发不必要的操作。加固型物联网设备专门为在这种环境以及其他环境下运行而设计。
在这些更严苛的环境中,您认为最大的部署挑战是什么?
Chad Hutchinson:工业应用环境中经常会有沙子和灰尘。例如,在采矿业,非常细的煤粉会钻进角落和缝隙,从而导致冷却系统和电气连接中断。在现场,冷却是一个绝对重要的问题。另一方面,您会认为电子产品不会介意在寒冷的环境中运行,但如果温度降到 40 摄氏度或更低,商用电子产品也不愿意在这种环境中工作。然后还会有盐雾浓度高的海上环境。我们看到物联网设备会部署在石油钻井平台等场所中,这是非常脏污的环境,同时也是湿度很高的环境。
David Zhu-Grant:它们被称为非地毯环境:虽然仍是室内,但并不类似于办公环境。您仍然可以发现极端温度和空气中的悬浮颗粒。正如 Chad 所说,灰尘确实会影响冷却,从电路板的角度来看也会影响可靠性。电气干扰是另一个大问题。许多仓库和工厂都安装了频繁启动和关闭的大型机械,例如空调设备,这可能会造成电磁干扰问题。
对制造业来说,一个好消息是硬件专家和工业网络安全专家开始携手合作,利用专门构建的 OT 安全设备来应对这些挑战。这些灵活的高性能解决方案不仅为制造商提供了所需安全保护,而且培养了充满活力的新型业务关系。
合作关系如何提升 OT 网络安全
典型案例:CASwell 与一家工业网络安全公司和英特尔合作,为一家大型半导体制造商开发 OT 安全解决方案。该制造商过去使用 IT 基础设施来保护制造设备,但意识到这种方法再也无法为其所在的高风险行业提供所需的安全等级。在寻找专用安全解决方案的过程中,该公司联系了这家网络安全公司,这家公司是专注于应对 OT 融合挑战的行业专家。
CASwell 及其合作伙伴在 OT 网络安全(包括开发工业用途入侵防御系统 (IPS))方面拥有丰富的经验。由于拥有日本汽车行业的业务,该安全服务提供商还拥有庞大的制造协议数据库,便于其保护各种工业设备。但是,该半导体制造商提出了一项独特而又具有挑战性的要求:它需要一台配备 96 个以太网端口的安全设备,以便通过单一设备保护多个网络分段。
CASwell 与网络安全合作伙伴合作,共同设计了一个解决方案。在英特尔工程团队的支持下,CASwell 找到了实施前所未有的 96 端口配置的方法,满足了客户的需求。大量以太网端口实现了高效且易于管理的网络微分段,这是一种将 OT 网络分割成多个子网络的基础安全做法。这提高了威胁可见性,并可阻止网络犯罪分子将恶意软件从一个工作负载传播到另一个工作负载,这是运行数千个流程的工厂面临的重要问题。
英特尔 CPU 提供了该解决方案所需的低延迟边缘计算性能。CASwell 及其合作伙伴的 IPS 软件在安全设备上运行,并实时检查网络分段上的数据包是否有恶意活动。此外,该 IPS 软件还可利用虚拟修补技术来保护运行未修补软件的旧设备。它会根据已知漏洞检查 OT 网络数据,在可疑流量到达易受攻击设备之前将其阻止,从而防止攻击。
此外,CASwell 设计的安全设备还可确保高可用性,并能够承受工业环境中的恶劣条件。加固型设计和热保护可支持比标准 IT 服务器和防火墙设备更高的工作温度,而冗余电源则可防止意外停机。
此外,这种灵活性也意味着 OT 安全应用的潜力远远超越了半导体行业。例如,CASwell 安全设备的用例涵盖汽车制造、关键基础设施 (CI) 安全以及化学和制药厂等敏感制造运营。
在这方面,该公司与英特尔的技术合作始终发挥了关键作用。Lin 表示:“如果没有英特尔的支持,该解决方案根本不会存在。他们提供了一套功能强大且用途广泛的 CPU 和网络控制设备,为我们向客户交付的不同产品组合带来了极大的灵活性。借助英特尔在开发过程中提供的可靠技术支持,我们才能为合作伙伴提供量身定制的 ODM 解决方案,满足他们的关键任务型 OT 应用需求。”
OT 网络安全解决方案的未来
随着 OT 网络保护需求不断增长,CASwell 与其合作伙伴之间的这种协作会变得越来越普遍。
Lin 表示:“IT 安全市场相对稳定,但 OT 网络安全是一个增长潜力巨大的新兴市场。我们认为,与系统集成商和软件开发商建立合作关系将创造无限可能。”
对工业领域,特别是刚刚开始进行制造流程数字化转型的企业来说,这是个好消息。随着 OT 系统集成商及其技术合作伙伴随时准备交付定制化解决方案,这些组织将获得日益成熟的 OT 网络安全市场带来的优势。
Lin 表示:“针对 OT 网络的攻击不断增加,但 OT 网络安全提供商正在做出响应。未来,各企业将能利用日益全面的安全解决方案,从简单保护转向主动防御。”
客户喜欢远程技术带来的便捷性和个性化,但这可能会给企业主带来管理挑战。他们使用的平板电脑、销售点设备、自助服务终端、传感器和数字标牌都是由不同制造商生产的,用于运行设备的系统也难以与企业采用的技术实现良好同步。这给发现故障、确保外设的及时更新和安全制造了难题。随着 Android 设备涌入市场,问题变得愈加严重,如果不派遣技术人员到现场,使用 Windows 和 Linux 终端的管理人员几乎无法解决问题。
除了为零售业和酒店业提供服务外,端点管理还可用于维持制造工厂运营的平稳运行,因为工厂里的停机事件可能会造成数百万美元的损失。它可以帮助医疗机构配备病人监护设备,在医疗场景中,延误或故障可能会以生命为代价。随着机器学习和 AI 带来新功能,端点管理技术的采用范围有望扩大。
例如,Flytech 计划利用 AI 进行预防性维护。Gilbert-Wines 表示,正在开发的其他解决方案包括管理计算机视觉应用,这将有助于提高零售结账扫描的准确性并防止内损。“我们正在加大投入,推动这些解决方案的发展,因为未来取决于消费者的选择,以及如何为面向移动且非常敏捷的新一代开发人员赋能。”
原因如下:AGV 和 AMR 可能表面上相似,但它们的功能却大不相同。AGV 只能遵循固定路径,并且需要安装磁带和磁轨才能正常工作。它们能够用于仓库中的简单运输任务,但是可完成的其他任务却不多。另一方面,AMR 可以在复杂环境中独立运行,在边缘处理大量传感器数据,并实时决定采取何种行动。这些高级功能意味着 AMR 可以在多个行业找到使用案例。
Axiomtek 与制造商合作设计、测试和部署基于其 AMR 构建器程序包的定制化解决方案。车体配备光学雷达、超声波传感器和高带宽立体摄像头。该公司的开发支持团队设计了额外的高分辨率视频通道并升级系统的主处理器单元,以应对额外的视频处理工作负载,确保边缘快速、可靠的性能。
Axiomtek 的工程师还纳入一个 Wi-Fi/LTE/5G 模块,以便 AMR 连接到站点的 IT 网络并提供实时状态更新。私密 5G 高速、低延迟和大规模的图像传输可实现精准定位,从而更轻松地进行数据分析和远程操作。最后,他们定制设计了一种外形超紧凑的车身,但仍然足够坚固耐用,可承载超过 100 公斤的载荷并能在恶劣的制造环境中可靠运行。AMR 的规格包括:
带存储的抗振动 5 GMS(5 到 500Hz,X/Y/Z 方向;随机,运行)
户外应用的工作温度为 -20C 至 +70C
用于无线通信和远程/车队管理的远程信息处理
AMR 解决方案已在制造商的工厂成功推出,并且在充满挑战的物理环境中满足了对性能的所有预期,即可在设备两侧狭窄的 5 厘米的空间中有效导航。
“AMR 设计往往很困难,因为涉及的复杂度非常高:您拥有多个传感器和组件、人工智能计算机视觉和边缘处理软件,当然还需要集成和控制所有这些,” Axiomtek 产品解决方案经理 Jerry Huang 表示。“通过使用从一开始就将这些元素打包在一起的 AMR 构建器解决方案,开发人员和系统集成商可以显著减少设计和集成工作,并且更快地上市。”(视频 1)
视频 1。Axiomtek AMR 构建器程序包包括传感器、软件、控制器和开发支持。(资料来源: Axiomtek)
Axiomtek 认为与英特尔的技术合作有助于简化开发流程。“英特尔制造的先进硬件非常适合 AMR 应用的,” Axiomtek 的工程总监 Ryan Chen 表示。“他们的处理器在计算机视觉和边缘处理任务方面表现出色,英特尔® 实感™ 摄像头是我们解决方案不可或缺的组成部分,因为它们提供的高分辨率、低延迟视频正好符合 AMR 的目标检测需求。”
“英特尔为 AMR 开发提供了功能强大的软件开发工具套件,特别是 OpenVINO 以及用于自主移动机器人的边缘洞察 (EI for AMR)”,Axiomtek AMR 产品经理 Cynric Chiu 表示。“这些软件工具对于帮助我们将解决方案推向市场并缩短客户的开发时间至关重要。”
未来的 AMR
在未来几年,系统集成商、原始设备制造商和系统架构师将能够利用简化的 AMR 开发,将更多的定制化解决方案推向市场。但 AMR 不会变得更加普遍,它们还会不断发展,Chiu 表示:
“未来的自主移动机器人将比我们现在的机器人更加主动。
我们期待下一代 AMR 包括人工智能驱动的学习和预测性维护等功能。这些 AMR 也不会孤立存在。它们将成为已开始发展并且连接日益紧密的 AIoT 技术网络的一部分,无论在何处部署 AMR,这种协同作用都将带来更大的价值。”