概述
深南电路股份有限公司总部坐落于中国广东省深圳市，主要生产基地位于中国深圳、江苏无锡及南通，业务遍及全球，在北美设有子公司，欧洲设有研发站点。
深南电路始终专注于电子互联领域，致力于“打造世界级电子电路技术与解决方案的集成商”，拥有印制电路板、封装基板及电子装联三项业务，形成了业界独特的“3-In-One”业务布局，为客户提供专业高效的一站式综合解决方案。经过多年发展，公司已成为中国印制电路板行业的龙头企业，系国家火炬计划重点高新技术企业、印制电路板行业首家国家技术创新示范企业及国家企业技术中心，与全球领先的通信设备制造商及医疗设备厂商建立了长期稳定的战略合作关系。同时，作为中国电子电路行业协会的理事长单位及标准委员会会长单位，公司主导、参与了多项行业标准的制定。
随着第四次工业革命的热潮带来，智能制造站到了时代的风口，在全球范围内成为制造业的发展趋势。我国也启动了"中国制造2025"规划。在此背景下，深南电路的智能化工厂建设也全面铺开。
挑战
深南电路公司通过成立智能制造研究院、智能制造推进部加速工厂的智能化转型。智能工厂的前提是对工厂内各节点的设备信息、传感器数据进行及时的采集和处理，在数据采集的过程中，主要面临以下几个方面的问题：
- 设备协议的多样性：工厂的设备来自于不同的供应商，不同的厂商设备使用的协议不统一，与采用不同协议的设备建立通信并统一数据格式是重点和难点。
- 数据的可靠性：感知节点通常结构简单、资源受限，无法支持复杂的功能；感知节点及感知网络种类繁多，采用的通信技术多样，相关的标准规范不完善，存在网络波动等。
- 数据的规模性：工厂涉及到不同功能模块的众多传感器，按照时序来采集数据时，数据规模急剧扩大，对网络带宽和服务器的响应能力提出来很大的挑战。
解决方案
项目的实施过程中面临着联网终端数量大、设备协议不统一、数据规模庞大等问题，在综合考虑了多种技术框架后，本项目采用了基于边缘计算的云边协同架构解决物联网数据的连接、移动、处理、存储与分析。其中边缘端使用 EMQ 的边缘工业协议网关软件 Neuron 将不同工业协议统一成 MQTT 协议，然后将数据上报到边缘侧的轻量级消息服务器 NanoMQ，再由边缘流式处理引擎 eKuiper 订阅 NanoMQ 的消息，完成边缘侧的数据实时采集与分析过滤等功能；在云端则使用了集群部署的 EMQX 消息服务器承载海量物联网终端的 MQTT 连接。
数量众多的边缘侧传感器产生大量的数据，但是并不是所有的数据点信息都需要存储，不对其进行过滤清洗将对网络和存储能力造成较大压力。选择哪些数据、丢弃哪些数据都需要由边缘侧的服务节点完成。项目在边缘侧使用的 eKuiper 提供了轻量级物联网边缘分析功能，可以运行在各类资源受限的边缘设备上，采用了编写基于源 (Source)、SQL (业务逻辑处理)、目标 (Sink) 的规则引擎来实现边缘端的流式数据处理。eKuiper 从 NanoMQ 上接收订阅数据。作为面向边缘计算的 MQTT 消息引擎+多协议消息总线，NanoMQ 支持 MQTT 协议、 ZeroMQ 和 Nanomsg 等不同边缘常用总线协议，同时集成了 eKuiper 的监控功能，方便边缘端数据处理规则的启停。NanoMQ 的数据则来源于Neuron，Neuron 可以将各类物联网边缘网关硬件上的工业协议进行转换，统一成 MQTT 协议接入工业物联网平台。系统可以通过基于 Web 的管理控制台实现在线的网关配置管理。一个边缘端节点由 Neuron、NanoMQ 和多个 eKuiper 实例组成，根据现场的业务需求架设多个边缘端节点，完成边缘端的服务处理。
在云端的中心服务器节点，由于其承载大规模的 MQTT 客户端连接，所以应满足以下几点要求：
- 支持大规模路由，且消息路由的延迟低；
- 完整的互联网协议支持，包括 MQTT、MQTT-SN、CoAP、LwM2M、WebSocke t等；
- 支持多种安全认证方式；
- 实现高效的数据持久化能力；
- 具有消息处理能力。
考虑以上因素，项目选择了 EMQX 作为云端消息服务器，服务器的单节点可以支持 50 万到 100 万连接，同时其支持协议广泛，认证方式多样。EMQX 将接收到的消息分为不同的 Topic，由不同的 eKuiper 实例去订阅实现消息的处理。为了实现数据的快速处理，项目引入 Kafka 消息队列，解决消息产生速度快与持久化写入能力慢的冲突。
成果
通过边云协同的思路，将众多与生产过程密切相关的业务逻辑前移到边缘端的服务器处理，加快资料的处理与传送速度，减少延迟，为中心服务器节省了宝贵的空间和资源，使其服务能力提高了一个数量级。
项目的顺利落地，使公司具备了海量物联网数据的采集能力，同时数据的持久化为公司后续的数据建模、数据挖掘及 MES 业务拓展提供了坚实的基础。除此以外，项目也产生了很多立竿见影的收益，如应用 eKuiper 对生产过程中产品的上下限值进行实施监控，对不符合过程特性的产品及时报警，使工厂的相关管理人员可以及早介入，提高了产品的良率。
在系统本身层面，项目中使用的 Neuron、NanoMQ、eKuiper、EMQX 等组件可以实现高效对接，各组件提供了方便的 Web 交互页面，便于维护人员配置连接属性，监控连接状态，编写和启停相关的业务规则，减轻了项目的后期维护压力。