每年，财富500强工业公司因计划外停机造成的损失估计达1.5万亿美元¹。其中一个主要原因是工厂架构僵化，出现故障时难以更改。当单个系统发生故障时，其影响往往会沿着生产线蔓延，导致生产停滞。

随着需求变化和复杂性增加，制造商需要能够通过软件而非仅靠硬件重新配置的生产系统。然而，大多数传统自动化架构仍将行为锁定在固定配置中，使得变更过程缓慢、脆弱且成本高昂。这正推动着向软件定义制造的转变——在这种制造模式中，灵活性、韧性和智能性从设计之初就被融入系统之中。

为应对这一挑战，EXOR International、CORVINA和恩智浦共同开发了一个云-边缘自动化平台。通过将恩智浦的硬件和安全解决方案集成到EXOR International的MicroEdge边缘控制器系列以及CORVINA的云物联网平台中，此次合作为构建更具韧性、更高效的制造系统奠定了基础。

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挑战：僵化自动化的代价

现代制造业依赖于能够快速、精准运转的生产线。在这些高压环境下，容不得半点不确定性。单个传感器故障或协议不匹配就可能导致整个装配线停摆，造成巨大的运营瓶颈。

这些故障造成的财务影响是惊人的。研究表明，自2020年以来，单小时生产损失的成本增加了50%以上。对于一个普通的大型工业工厂而言，目前计划外停机每年造成的损失约为1.29亿美元。¹ 从许多方面来看，这些损失都可归因于系统僵化，无法动态响应故障。

工厂运营者面临一系列系统性挑战，这些挑战使传统自动化日益脆弱且改进成本高昂：

• 架构僵化：生产线出现故障时需要人工干预才能恢复，从而增加了停机时间。
• 集成复杂：基于不同工业协议和现场总线的多供应商环境会产生技术债务，限制互操作性，并制约可扩展性。
• 安全风险：随着工业系统互联程度加深，传统的运营技术环境面临日益增长的网络安全风险。
• 信息技术与运营技术脱节：工厂车间与云端之间数据不透明，导致无法实现实时设备群管理和预测性维护。

这些挑战共同增加了运营风险，并使制造商难以快速响应变化。

EXOR International和CORVINA需要一种能够实时动态适应的自动化架构——且不能影响其确定性、功能安全或信息安全。他们的团队需要一个能够协同运行实时控制、Linux应用和人工智能工作负载，同时通过云端保持协调的工业边缘计算平台。

这两家公司需要寻找一个能提供以下能力的技术合作伙伴：

• 实际生产条件下的确定性边缘执行能力
• 符合ISA/IEC 62443、CRA和NIS2等工业法规的设计安全架构
• 适用于单一平台上混合工作负载的可扩展计算能力
• 适合工业部署的长期生命周期支持
• 紧密的云-边缘协同，且无需云驱动控制

“此次合作从根本上改变了工厂的演进方式。我们与恩智浦携手构建了一个平台，其适应性由软件定义，而非锁定在硬件中——为工业自动化带来了真正的灵活性。”

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解决方案：从边缘到云端，构建软件定义工厂

要将这些需求转化为可部署的工厂架构，需要在芯片、边缘平台和云软件之间进行紧密的协同开发。EXOR International、CORVINA和恩智浦并未选择简单地在现有控制系统上层叠云服务，而是从一开始就将此挑战视为一个需要整体协调的系统来应对。

各团队共同设计了一个云-边缘自动化架构，将适应性转移至软件层面，同时保留了工厂车间所需的确定性、安全性和可靠性。实时控制仍保留在边缘侧本地执行，而云端智能则实现了设备群级别的可视化、编排和持续改进。

由此创建了一种软件定义工厂架构，它将EXOR International的MicroEdge工业网关、CORVINA的云物联网平台以及恩智浦的边缘计算、功能安全及模拟前端技术紧密集成。

EXOR International MicroEdge：工业边缘的实时智能

EXOR International与恩智浦共同将MicroEdge设计为一个模块化、可扩展的工业边缘平台，它连接了运营技术与信息技术，既可用作边缘控制器，也可用作完整的物联网网关。通过在数据源附近处理数据，MicroEdge提供了低延迟、确定性的性能，并能安全连接到CORVINA等云平台。

MicroEdge基于恩智浦i.MX 8和i.MX 94处理器构建，将实时控制、Linux应用和边缘分析功能整合到单个设备上，使其能够在不影响确定性的前提下处理混合工作负载。其模块化设计使制造商能够通过软硬件配置来扩展计算能力和连接。

MicroEdge支持：

• 使用恩智浦的实时框架进行确定性控制，以满足时间敏感型工作负载的需求
• 通过恩智浦提供的Yocto层支持Linux和Docker环境下的容器化工作负载
• 原生支持主流工业协议，包括EtherCAT®、PROFINET®、EtherNet/IP™、OPC UA和Modbus
• 通过IO-Link和可配置的模拟接口实现传感器直连

广泛的协议支持简化了与现有工厂环境的集成。恩智浦的模拟前端技术通过内置诊断功能增强了传感器互操作性，支持现场级韧性。信息安全仍是基础，通过安全启动、设备标识和基于角色的访问控制，支持OTA升级并满足工业网络安全要求。

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CORVINA：无损实时控制的云编排

CORVINA提供了云编排层，用于连接和协调整个工厂车间内外的各种设备。作为一个工业物联网平台，它汇聚并管理来自各种边缘设备的数据，实现了可扩展的设备群和生命周期管理。

CORVINA并非从云端驱动实时控制，而是提供中央可视化、远程配置和分析功能，同时将时间关键型决策保留在边缘侧本地执行。这使得预测性维护、异常检测和持续优化成为可能——且不会给实时操作带来延迟或风险。

采用的恩智浦技术

i.MX 8M Plus应用处理器

集成了神经处理单元(NPU)，用于运行现场级AI推理和机器学习工作负载

i.MX 94应用处理器

提供复杂的软件定义工厂任务所需的安全、可靠且高性能的处理能力

NAFE13388 (模拟前端)

一款高度可配置的8通道24位组件，支持完全可编程的模拟接口，实现精确的传感器数据采集

EdgeLock®安全

内置硬件安全机制，确保系统韧性，并为满足IEC-62443合规要求奠定基础

成果：打造坚韧、灵活的工厂运营

该解决方案为工厂车间带来了切实的成效，包括：

• 更强大的信息安全与功能安全：基于硬件的安全机制、安全标识和基于角色的访问控制，提升了工厂车间的网络安全标准。该平台采用EdgeLock®安全技术，并符合ISA/IEC 62443要求，在满足法规合规性的同时，支持安全的远程访问和生命周期管理。
• 更快的恢复速度与更高的运营效率：基于云的编排实现了主动监测、预测性维护和远程重新配置。因此，工厂的计划外停机时间和维护成本可分别降低50%和25%。²
• 更高的生产灵活性：可根据运营需求，将软件定义配置动态部署到边缘设备。异构处理资源允许实时优化工作负载，支持灵活、按需的生产模式。
• 更安全、更智能的用户访问：通过AI驱动的用户身份识别，增强了基于角色的访问控制，使系统能够识别用户、动态分配权限，并根据角色调整HMI功能。内置的监测和审计功能通过实时跟踪访问和活动，提高了安全性、明确责任界定并增强合规性。

除了运营方面的优势，该解决方案还支持可持续发展目标。更智能的编排和更高效的边缘处理，使工厂能够将能耗降低35%。³ 基于高效的i.MX处理器运行，该架构相较于传统工业系统进一步降低了功耗。

“此次合作展示了当芯片、边缘平台和云软件协同设计时所能实现的巨大潜力。恩智浦的职责是提供一个安全、长生命周期的基础，让工业合作伙伴能够在软件方面进行创新，同时将控制权保留在其应有的位置——边缘。”

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未来展望

此次合作标志着向软件定义制造更广泛转型的开端。EXOR International、CORVINA和恩智浦将持续演进该平台，通过扩展边缘智能、增强云编排以及为工业生命周期提供长期支持，推动其不断发展。

我们将共同助力工厂在生产需求和技术持续变革的背景下，实现更快的适应速度、更安全的运行，并保持韧性。

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信息来源

¹ 《2022年停机的实际代价》

² 《制造业预测性维护：基于物联网数据的AI成本节约之道》

³ 《工厂节能通用人工智能工作流程：十个案例研究》

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EXOR International

EXOR International是一家意大利全球工业自动化创新企业，致力于设计和制造先进的HMI、控制、边缘计算及工业物联网解决方案。凭借近50年的专业经验，EXOR International为制造商提供直观的硬件、软件和云平台，推动全球范围内的效率提升、连接增强和工业4.0转型。

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CORVINA

CORVINA是一家工业物联网和数字化平台供应商，致力于帮助制造商和机械制造商连接、监测和管理机械、数据及服务。其基于云的解决方案可实现远程设备控制、实时洞察、预测性维护和服务化，将信息技术与运营技术相融合，以提高效率并赋能新的商业模式。

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