e-works粗略統(tǒng)計，截止2018年3月，聲稱能提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務的國內(nèi)外廠商已經(jīng)超過150家，耳熟能詳且能直接說出名字的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不下30家。漫天飛舞的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可謂是亂花漸欲迷人眼，讓人看的眼花繚亂，很難讓人真正理解不同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺之間的本質(zhì)區(qū)別。帶著對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的思考，e-works特別策劃了題為“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺大盤點”的活動，希望能通過對業(yè)界主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的梳理來理清它們之間的區(qū)別，進而引導制造企業(yè)有針對性的推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的選型與實施。
一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺定義
工業(yè)與信息化部電子信息司副司長安筱鵬將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用一個簡單的公式進行表述，即“數(shù)據(jù)+模型=服務”。安司長認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過對企業(yè)的機器、業(yè)務系統(tǒng)、產(chǎn)品模型等過程數(shù)據(jù)進行廣泛的采集，將采集到的關鍵數(shù)據(jù)導入到工業(yè)化模型以實現(xiàn)業(yè)務功能的軟件化，最終為企業(yè)提供工業(yè)級應用服務，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程，為產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)、銷售和使用等全生命周期提供服務，從而實現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置。
e-works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)總編黃培博士則認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)，而不是工業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)。他認為，在企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)工業(yè)設備、信息系統(tǒng)、業(yè)務流程、產(chǎn)品與服務、人員之間的互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)IT網(wǎng)絡與工控網(wǎng)絡的互聯(lián)，實現(xiàn)從車間到?jīng)Q策層的縱向互聯(lián)；在企業(yè)與企業(yè)之間，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)上下游企業(yè)（供應商、經(jīng)銷商、客戶、合作伙伴）之間的橫向互聯(lián)；從產(chǎn)品生命周期的維度來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)產(chǎn)品從設計、制造到服役，再到報廢回收再利用整個生命周期的互聯(lián)。
e-works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)總編黃培博士則認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)，而不是工業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)。他認為，在企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)工業(yè)設備、信息系統(tǒng)、業(yè)務流程、產(chǎn)品與服務、人員之間的互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)IT網(wǎng)絡與工控網(wǎng)絡的互聯(lián)，實現(xiàn)從車間到?jīng)Q策層的縱向互聯(lián)；在企業(yè)與企業(yè)之間，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)上下游企業(yè)（供應商、經(jīng)銷商、客戶、合作伙伴）之間的橫向互聯(lián)；從產(chǎn)品生命周期的維度來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)產(chǎn)品從設計、制造到服役，再到報廢回收再利用整個生命周期的互聯(lián)。
圖 1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提供的白皮書中將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺從架構(gòu)上具體劃分為四個層次，即邊緣層、IaaS層、工業(yè)PaaS層和工業(yè)SaaS層。其中，IaaS層主要是為PaaS層提供云基礎設施支撐，以構(gòu)建滿足工業(yè)應用開發(fā)需求的硬件環(huán)境。工業(yè)與信息化部電子信息司副司長安筱鵬曾用三句話概括了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要支撐的應用功能。
第一，數(shù)據(jù)采集是基礎。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣層，其本質(zhì)是利用泛在感知技術對多源設備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人員信息等要素進行實施高效采集和云端匯聚。
第二，工業(yè)PaaS是核心。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺層，其本質(zhì)是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺上構(gòu)建一個可擴展的操作系統(tǒng)，為工業(yè)應用軟件開發(fā)提供一個基礎平臺。
第三，工業(yè)APP是關鍵。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用層，其主要功能是為面向特定工業(yè)應用場景，激發(fā)全社會資源推動工業(yè)技術、經(jīng)驗、只是和最佳實踐的模型化、軟件化、在封裝，讓用戶可以通過對工業(yè)APP的調(diào)用實現(xiàn)對特定制造資源的優(yōu)化配置。
二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用支撐能力
通過梳理業(yè)界專家對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的定義，我們可以總結(jié)出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要具備的基本功能：
第一，能實現(xiàn)將不同來源和不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進行廣泛采集；
第二，具備支撐海量工業(yè)數(shù)據(jù)處理的能力；
第三，能通過工業(yè)機理和數(shù)據(jù)科學實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實現(xiàn)對工業(yè)知識的沉淀和復用；
第四，能夠提供開發(fā)工具及環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)APP的開發(fā)、測試和部署。
第一，能實現(xiàn)將不同來源和不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進行廣泛采集；
第二，具備支撐海量工業(yè)數(shù)據(jù)處理的能力；
第三，能通過工業(yè)機理和數(shù)據(jù)科學實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實現(xiàn)對工業(yè)知識的沉淀和復用；
第四，能夠提供開發(fā)工具及環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)APP的開發(fā)、測試和部署。
從當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平看，能完全滿足以上四個層級功能的國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還比較少，但針對某些行業(yè)應用，領先的廠商基本能做到四個層級功能的全覆蓋。比如在燃氣輪機、醫(yī)療等領域，由于較高的市場占有率和多年的數(shù)據(jù)積累使得GE、西門子能充分構(gòu)建基于這些數(shù)據(jù)運行特點的算法和模型，通過工業(yè)機理和數(shù)據(jù)科學實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實現(xiàn)對工業(yè)知識的沉淀和復用。同時還能夠提供開發(fā)工具及環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)APP的開發(fā)、測試和部署。但對于當前大多數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺而言，由于行業(yè)影響力和技術支撐能力有限，基本上只能做到數(shù)據(jù)采集和分析，很難提供基于PaaS平臺的應用開發(fā)能力。同時缺乏強力的合作伙伴也很難形成工業(yè)APP應用開發(fā)生態(tài)。
為了全面的了解當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展情況，我們將以前面談到的四個層次功能為基礎，采用對標的方法對當前主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行功能梳理和解讀。
1．國外主流廠商及平臺
(1)GE ——Predix
按照Predix白皮書公布的信息，Predix平臺的四大核心功能是鏈接資產(chǎn)的安全監(jiān)控、工業(yè)數(shù)據(jù)管理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析，云技術應用和移動性。平臺架構(gòu)共分為三層，分別為邊緣連接層、基礎設施層和應用服務層。其中，邊緣連接層主要負責收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫耍黄脚_層主要提供基于全球范圍的安全的云基礎架構(gòu)，滿足日常的工業(yè)工作負載和監(jiān)督的需求；應用服務層主要負責提供工業(yè)微服務和各種服務交互的框架，主要提供創(chuàng)建、測試、運行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)程序的環(huán)境和微服務市場。
圖2 Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)
Predix平臺主要通過一個名為Predix機器的功能模塊采集工業(yè)數(shù)據(jù)，這是一個能嵌入到工業(yè)控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡中的軟件棧，其嵌入方式主要由三種：
1)部署在網(wǎng)關。對于支持通用工業(yè)通訊協(xié)議（如modbus，opc等）或TCP/IP等IT通訊協(xié)議的設備，Predix機器可以通過設備自身所支持的協(xié)議直接與設備進行通訊，在這種應用場景中，Predix機器往往部署在網(wǎng)關上，而網(wǎng)關起到設備與云之間的通訊連接作用；
2)部署在控制器。Predix機器直接部署在設備的控制單元中，這樣做能夠削弱機器軟件與硬件之間的聯(lián)系，實現(xiàn)連接、可升級性、兼容性、遠程訪問等，使獨立運行或在單獨網(wǎng)絡中運行的工業(yè)設備能夠直接連接到云端，完成數(shù)據(jù)采集與實時分析；
3)部署在傳感器節(jié)點。在這一應用場景中，傳感器部署在生產(chǎn)現(xiàn)場，完成數(shù)據(jù)采集，直接將數(shù)據(jù)上傳至云端，在云端完成其他的數(shù)據(jù)處理操作。
為了實現(xiàn)對大量采集來的工業(yè)數(shù)據(jù)進行處理和分析，進而優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過程。Predix平臺提供包括設備服務、數(shù)據(jù)服務、分析服務在內(nèi)的一系列服務。具體實現(xiàn)過程：
Predix先通過設備服務為設備建模，再利用數(shù)據(jù)服務將采集的設備運行數(shù)據(jù)與來自其他的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)（包括設備模型、ERP數(shù)據(jù)）相結(jié)合，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特點存儲到不同類型的數(shù)據(jù)庫中，最后采用分析服務對數(shù)據(jù)進行分析，進而輸出分析結(jié)果。目前，Predix提供兩種類型的數(shù)據(jù)分析：操作數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)分析。其中，操作數(shù)據(jù)分析實質(zhì)是實時數(shù)據(jù)分析，對設備的狀態(tài)變化進行實時分析與響應；歷史數(shù)據(jù)分析是對海量歷史數(shù)據(jù)進行分析，進而建立設備預防性維護模型。
面對當前不同行業(yè)數(shù)據(jù)的分析需求，Predix分析服務提供開發(fā)框架，一個基于微軟Cloud Foundry框架的PaaS開發(fā)平臺，利用這個開發(fā)平臺，企業(yè)可以根據(jù)需求自主開發(fā)算法和模型，在通過配置、抽象以及擴展模型用于管理分析算法的執(zhí)行。由于多年在航空、能源、電力、醫(yī)療等行業(yè)的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累，Predix平臺內(nèi)部集成了一些針對飛機發(fā)動機引擎、醫(yī)療數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)的算法和模型。除此之外，GE及合作伙伴還基于Predix平臺開發(fā)部署了一系列工業(yè)APP應用，包括計劃和物流、互聯(lián)產(chǎn)品、智能環(huán)境、現(xiàn)場人力管理、工業(yè)分析、資產(chǎn)績效管理、運營優(yōu)化等。
個人認為，Predix平臺基本實現(xiàn)了對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺四大功能的全覆蓋，屬于比較典型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。就目前而言，Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺無論是在技術架構(gòu)的領先性、功能服務的全面性、行業(yè)應用的覆蓋度，以及業(yè)界的影響力等方面都要領先與同行，屬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的旗艦和標桿。
(2)西門子——MindSphere
如果需要為Predix選擇一個行業(yè)對手，我認為非MindSphere莫屬。MindSphere是西門子推出的基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，自2016年4月發(fā)布以來受到了行業(yè)的廣泛關注。MindSphere之所以有著強大的行業(yè)影響力就在于西門子不但在構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念，而且有著比較廣泛的行業(yè)應用實踐，包括一系列數(shù)字化工廠和無人工廠都是以MindSphere平臺為核心構(gòu)建。
圖3 MindSphere基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)
對工業(yè)設備的數(shù)據(jù)采集，西門子提供了一個MindConnect的工具盒子，可以讓設備輕松連接入網(wǎng)。在這里可以找到Nano這種即插即用的工具，而配套的網(wǎng)關、軟件也都使得連接變得容易，并且可以輕松集成到MES軟件上。當然，這個即插即用目前是有限制條件的，要么設備支持西門子S7的通訊協(xié)議，要么支持OPC UA這個新一代通訊協(xié)議。當然Nano應該只是一個面向既有產(chǎn)品的過渡手段，而對于西門子新自動化設備而言，這種工具干脆就會直接成為數(shù)字化設備的一部分。
MindSphere平臺主要依托Nano這一網(wǎng)關型硬件產(chǎn)品，向上與MindSphere的云端進行連接，向下與西門子的眾多具有以太網(wǎng)通訊能力的硬件產(chǎn)品、以及支持通用協(xié)議的其他品牌產(chǎn)品進行通訊，完成數(shù)據(jù)采集與傳輸。如果設備的通訊協(xié)議比較特殊，用戶可以基于Nano中的開源軟件自行開發(fā)設備通訊與數(shù)據(jù)采集程序。
下面我們具體介紹MindSphere是如何實現(xiàn)與設備之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸，主要的方式可歸結(jié)為四種：
1)MindConnect Nano
MindConnect Nano實質(zhì)上是一款嵌入式工控機，通過預先進行配置的方式與MindSphere進行連接通訊。在硬件上支持的接口主要包括USB、PCIe插槽、串口以及以太網(wǎng)口。支持的通訊協(xié)議包括西門子S7系列的以太網(wǎng)通訊協(xié)議以及OPC UA。Nano能夠通過安全的網(wǎng)絡連接向MindSphere傳輸加密數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)安全。Nano只能與MindSphere共同使用。
從Nano的產(chǎn)品介紹中可以看出，它扮演的角色類似于位于云平臺和現(xiàn)場設備之間的工業(yè)網(wǎng)關，既完成數(shù)據(jù)采集（包括建立通訊），又完成數(shù)據(jù)向云端的加密傳輸。而且Nano這一工業(yè)網(wǎng)關只能用于MindSphere體系中。
2)MindConnect IOT 2040
這款產(chǎn)品的定位還是作為工控設備與物聯(lián)網(wǎng)的連接器，因為這款產(chǎn)品本身秉承了SIMATIC系列產(chǎn)品的工藝設計，保證了在工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下的可靠性，這一點能夠彌補Arduino等物聯(lián)網(wǎng)開源硬件在工業(yè)強度等級上的不足，相當于給性能強大的物聯(lián)網(wǎng)硬件穿上一身安全服。
3)MindConnect Software
從功能上推斷可能就是Nano中提供的免費開源軟件。通過這個開源的軟件用戶可以自行開發(fā)所需要的通訊協(xié)議，與設備建立連接，采集數(shù)據(jù)。比如有些設備并不支持OPC UA工業(yè)通信標準，也不支持西門子S7系列的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，在這種情況下，企業(yè)就可以利用MindConnect Software進行自主的通訊協(xié)議開發(fā)。
4)SIMATIC系列及其他西門子產(chǎn)品
西門子的自動化產(chǎn)品中有很多通訊模塊，比如以太網(wǎng)通訊模塊，甚至有些CPU模塊中就帶有以太網(wǎng)通訊的功能，因此，MindSphere可以通過Nano直接與西門子的這類產(chǎn)品進行集成，實現(xiàn)通訊與數(shù)據(jù)采集。
對于數(shù)據(jù)的分析，MindSphere白皮書介紹比較簡單，只是在介紹了MindSphere融合了自己開發(fā)的Sinalytics分析平臺。這個平臺與Predix平臺非常類似，整合了遠程維護、數(shù)據(jù)分析及網(wǎng)絡安全等一系列現(xiàn)有技術和新技術，還能夠?qū)C器感應器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行整合、保密傳輸和分析。不過西門子提供的資料表明，Sinalytics分析平臺主要是提升對燃氣輪機、風力發(fā)電機、列車、樓宇和醫(yī)療成像系統(tǒng)的監(jiān)控能力。
但經(jīng)過2017年的發(fā)展，西門子已經(jīng)對MindSphere平臺的數(shù)據(jù)分析和應用開發(fā)能力做了重大優(yōu)化。西門子通過與IBM進行合作，將Watson Analytics融入到MindSphere中，為MindSphere提供了多個分析工具，包括預測分析、規(guī)范分析和認知分析。在2017年漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子展示約50種工業(yè)APP，包括了降低安全風險，提升互聯(lián)設備和工廠的可用性等功能。除此之外，西門子正在與源訊、埃森哲、Evosoft、SAP和微軟，以及亞馬遜云服務（AWS）和Bluvision等新的合作伙伴進行合作，強化工業(yè)APP產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。
MindSphere平臺向下提供數(shù)據(jù)采集API，即支持開放式通訊標準OPC UA，也支持西門子和第三方設備的數(shù)據(jù)連接；向上提供開發(fā)API，方便合作伙伴和用戶開發(fā)應用程序。MindSphere平臺應用開發(fā)也是基于Cloud Foundry框架構(gòu)建，即搭建完整的大數(shù)據(jù)預處理、存儲及分析的技術框架，也融合了西門子以前在若干個領域積累的分析模型與算法，也提供開放的接口，便于用戶嵌入滿足個性化需求的分析算法模型。
個人認為，MindSphere平臺是目前最貼近制造企業(yè)工業(yè)自動化應用需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。西門子本身就是一家制造企業(yè)，生產(chǎn)制造一些關鍵的工業(yè)自動化設備。因此，既能準確的把握制造企業(yè)的應用需求，也能通過對工業(yè)設備的技術和生態(tài)掌控構(gòu)建滿足制造企業(yè)需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。這決定了MindSphere平臺必然是當前制造企業(yè)的優(yōu)先關注對象和應用實施的首選。
(3)ABB——Ability
ABB集團全球CEO史畢福將ABB Ability工業(yè)云定義為從設備、邊緣計算到云服務的跨行業(yè)、一體化的數(shù)字化解決方案。具體來說，ABB Ability工業(yè)云平臺就是“邊緣計算+云”架構(gòu)，邊緣設備負責工業(yè)設備的接入，對關鍵設備的參數(shù)、值和屬性進行數(shù)據(jù)采集，由ABB Ability邊緣計算服務進行數(shù)據(jù)的處理和展現(xiàn)，最上層云平臺用來對工業(yè)性能的高級優(yōu)化和分析。
圖4 ABB Ability工業(yè)云平臺架構(gòu)
從發(fā)布產(chǎn)品白皮書看，ABB Ability可按照“金字塔型”劃分為四個層次，分別是底層的設備與傳感器，中間層的自動化系統(tǒng)、端到端的工業(yè)/企業(yè)數(shù)字化解決方案，以及最上層的開放的工業(yè)云平臺。從四層架構(gòu)體系看基本涵蓋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺定義的功能。
1)底層的設備與傳感器
ABB主要業(yè)務是電力和自動化，ABB Ability工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺也是圍繞產(chǎn)業(yè)業(yè)務構(gòu)建。對于底層的數(shù)據(jù)采集，ABB主要是通過傳感器來完成。早在2016年，ABB就推出的智能傳感器解決方案，將低壓電機與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而實現(xiàn)對電機的連續(xù)監(jiān)測。傳感器可以便捷地貼附在電機上，將電機震動、溫度、負載和能耗等關鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕Ｒ坏┤魏螀?shù)偏離標準值，它就會發(fā)出警報，從而使操作人員在電機發(fā)生故障前采取預防措施。
通信連接由每臺傳感器內(nèi)置的藍牙，通過工作人員的智能手機或者ABB網(wǎng)關解決方案實現(xiàn)。云服務器進行數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生有用信息，并將其直接發(fā)送到工作人員的智能手機或客戶終端。通過用戶終端，工作人員可以獲得趨勢數(shù)據(jù)、運行時間以及負載數(shù)據(jù)等，用以優(yōu)化運行維護計劃。這些狀態(tài)與性能數(shù)據(jù)可以幫助工廠降低電機整個生命周期的總體成本，從而延長電機的工作時間和使用壽命，并提升電機性能和效率。
2)中間層的自動化系統(tǒng)
ABB Ability工業(yè)云平臺的自動化執(zhí)行環(huán)節(jié)是由ABB Ability系統(tǒng) 800xA來完成的，這是一款集DCS（分布式控制系統(tǒng)）、電氣控制系統(tǒng)，以及安全系統(tǒng)于一體的協(xié)同自動化系統(tǒng)，幫助客戶提高工程效率、操作員效率和資產(chǎn)利用率。該系統(tǒng)包括800xA DCS、 800xA安全、800xA電氣控制。
3)端到端的工業(yè)數(shù)字化解決方案
ABB Ablility工業(yè)云平臺支持的行業(yè)應用包括：面對資產(chǎn)密集型行業(yè)的績效管理解決方案；針對流程工業(yè)的控制系統(tǒng)；面向機器人、電機和機械設備的遠程監(jiān)測服務；用于建筑、海上平臺和電動汽車充電基礎設施的控制解決方案；以及滿足數(shù)據(jù)中心能源管理和遠洋船隊航線優(yōu)化等需求的專業(yè)領域的解決方案。
4)開放的工業(yè)云平臺
ABB已經(jīng)與微軟達成戰(zhàn)略合作，將依托于微軟的Azure平臺提供工業(yè)云服務。ABB與IBM Watson已經(jīng)展開合作，計劃為 ABB Ability平臺提供工業(yè)數(shù)據(jù)計算和分析能力。在中國市場，ABB則與華為合作，聯(lián)合研發(fā)機器人端到端的數(shù)字解決方案，實現(xiàn)機器人遠程監(jiān)控、配置和大數(shù)據(jù)應用。
對ABB Ability工業(yè)云平臺的體系架構(gòu)進行分析，其基本涵蓋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的四個基本功能，但在工業(yè)分析能力和應用開發(fā)能力方面還有待完善。同時，ABB也正在通過與微軟、IBM、華為這些信息技術領導廠商合作，強化平臺對工業(yè)數(shù)據(jù)的處理和分析。ABB Ability工業(yè)云平臺最適用的仍然是電力自動化，并在交通、數(shù)據(jù)中心、智能建筑、采礦業(yè)、石油化工以及制造業(yè)得到了廣泛應用。
(4)菲尼克斯電氣——ProfiCloud
菲尼克斯電氣專注做電子電氣接口與連接，從世界上第一片組合式接線端子開始，到現(xiàn)在可以為客戶提供連接器、殼體、功能安全、工控機、照明、標識、電源、防雷等全系列選擇。菲尼克斯電氣提供的ProfiCloud技術可以讓PROFINET的用戶在不添加任何硬件成本的情況下，輕松實現(xiàn)安全、快捷的底層設備間的互聯(lián)互通。
圖5 ProfiCloud工業(yè)云平臺
對于實現(xiàn)設備之間的互聯(lián)，ProfiCloud工業(yè)云平臺主要通過一種叫做ProfiCloud耦合器的設備安全地將本地PROFINET網(wǎng)絡連接到ProfiCloud云平臺上，同時也使ProfiCloud服務可以在PROFINET中使用。對于遠程的設備則可以采用分布式控制器通過互聯(lián)網(wǎng)與ProfiCloud相聯(lián)接。它就像PROFINET網(wǎng)絡中的一個本地設備一樣可以直接使用，無需進一步的配置或編程。在ProfiCloud平臺上遠程的PROFINET子站甚至都不需要控制器，所有的控制命令都可以由本地PROFINET控制器發(fā)出，這樣為客戶節(jié)約了大量硬件成本。
ProfiCloud設備的接入非常簡單，工程師只需在ProfiCloud云端服務器上通過UUID（設備通用唯一識別碼）添加ProfiCloud設備，并將分布在不同區(qū)域的PROFINET IO子站、交換機和云耦合器“連接”在一起就完成了設置工作，然后就可以像使用本地PROFINET設備一樣對遠程設備進行組態(tài)和編程。
除ProfiCloud工業(yè)云平臺之外，菲尼克斯電氣還有開放式控制平臺PLCnext，PLCnext可以讓各類工具軟件如Visual Studio、 Eclipse、Matlab Simulink、PC Worx等并行工作成為現(xiàn)實，并共享數(shù)據(jù)信息資源。通過將PLCnext開放式控制平臺與ProfiCloud工業(yè)云平臺的結(jié)合，使得來自產(chǎn)品開發(fā)、設備工程、生產(chǎn)部門的團隊可以在新產(chǎn)品開發(fā)階段就跨部門合作，協(xié)同配合，以便更快速地使用生產(chǎn)設備。同時還可以結(jié)合第三方數(shù)據(jù)，如天氣數(shù)據(jù)、匯率數(shù)據(jù)等，這樣的功能能為某些風力發(fā)電、光伏發(fā)電、水利設施及生產(chǎn)制造企業(yè)帶來便利。
除了支持ProFinet協(xié)議的工業(yè)設備的接入，ProfiCloud工業(yè)云平臺也可以將智能手機、智能手表等移動智能設備集成為虛擬的PROFINET設備，通過智能終端可以隨時讀取操作人員的心率傳感器、重力感應傳感器、電子羅盤傳感器、三重陀螺儀傳感器、溫濕度氣壓傳感器等數(shù)據(jù)。菲尼克斯電氣認為，在未來在智能工廠內(nèi)部，參與生產(chǎn)的將不僅僅是高端智能制造設備，人機交換也不僅僅是簡單的通過按鈕和開關，智能穿戴設備和連接智能世界的通訊技術將帶來更加高效便利的生產(chǎn)制造模式。
在安全方面，為保障工業(yè)設備之間的通信安全，ProfiCloud工業(yè)云平臺中的設備之間的通信都采用了TLS（安全傳輸層協(xié)議）方式加密，簡單而安全的通訊機制可以讓用戶輕松控制分布在世界各地的設備及系統(tǒng)。
個人認為，與Predix、MindSphere這些能廣泛支持異構(gòu)工業(yè)協(xié)議設備之間互聯(lián)有所不同，ProfiCloud工業(yè)云平臺主要支持以ProFinet工業(yè)協(xié)議為主的工業(yè)設備互聯(lián)。同時對照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的四大功能，ProfiCloud的重點在設備的接入和互聯(lián)，以及數(shù)據(jù)的采集和分析，在平臺開發(fā)能力和構(gòu)建工業(yè)APP產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面還有待進一步的完善。
(5)施耐德電氣——EcoStruxure
EcoStruxure是施耐德電氣推出的新一代物聯(lián)網(wǎng)平臺。該平臺將原有的三大解決方案融合到一起，包括電力行業(yè)的能效管理解決方案PowerStruxure，機器制造行業(yè)的能效管理解決方案MachineStruxure，工廠的能效管理解決方案PlantStruxure，實現(xiàn)了從多維Struxure 向EcoStruxure平臺的統(tǒng)一。
圖6 EcoStruxure工業(yè)物聯(lián)平臺架構(gòu)
從字面上來講，E代表了能效，CO代表了控制，EcoStruxure就是我們能效管理平臺的總稱。顧名思義，EcoStruxure平臺的主要功能就是實現(xiàn)對企業(yè)的能源效率進行有效的管理以降低企業(yè)的運營成本。
EcoStruxure物聯(lián)網(wǎng)平臺共分三層，包括互聯(lián)互通的產(chǎn)品、邊緣控制以及應用、分析與服務。
1)互聯(lián)互通的產(chǎn)品層
EcoStruxure物聯(lián)網(wǎng)平臺通過在斷路器、變頻器和制動器等關鍵設備中嵌入傳感器、計算系統(tǒng)、IP網(wǎng)絡和邊緣分析等功能，可以實現(xiàn)對設備的發(fā)現(xiàn)和加載、設備的配置和通信、設備數(shù)據(jù)的收集和存儲，并具備在設備層級進行本地分析、便捷配置和升級更新的能力。
針對產(chǎn)品的互聯(lián)互通，施耐德電氣推出了Altivar Machine變頻器和Altivar Process變頻器。其中，Altivar機器變頻器設計用于滿足智能機器的各種要求，并且能夠在簡單和復雜應用中給予原始設備制造商對于變頻器的選擇指向。Altivar Process變頻器不只是一臺變頻器，而是一款智能型互聯(lián)互通產(chǎn)品，企業(yè)可以通過移動端訪問有關信息，從而實時做出業(yè)務決策。
2)邊緣控制層
EcoStruxure物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)位于本地或云端運營的控制、管理、自動化和優(yōu)化的各種構(gòu)件。包括SoMachine、Mondicon M580 ePAC控制器、Foxboro、Triconex、機器自動化。
SoMachine軟件：是一款集成Vijeo-Designer軟件的開放、高效的專業(yè)軟件解決方案。它集成用于運動控制設備的配置和傳送工具，具備對現(xiàn)場總線配置程序、專家診斷功能和故障調(diào)試功能，以及維護和可視化等多重功能。
Mondicon M580 ePAC控制器：是一款基于工業(yè)以太網(wǎng)的可編程自動化控制器，其核心優(yōu)勢在于通過最先進的ARM架構(gòu)微處理器將標準的以太網(wǎng)嵌入自動化控制器，并且將它應用到現(xiàn)場總線、控制總線和內(nèi)部的背板總線等所有的通訊中，以及所有的設備和模塊，例如配電、低壓電路板、能源管理功能等，從而形成一個完整的、真正意義上的開放網(wǎng)絡，實現(xiàn)無縫的連接和通訊的優(yōu)化。
Foxboro DCS：Foxboro系列控制與 I/O 設備能夠無縫集成現(xiàn)場總線功能，包括現(xiàn)場總線基礎、在現(xiàn)場的現(xiàn)場總線基礎控制、HART、PROFIBUS、Modbus。Foxboro DCS無縫完整集成的控件與一套功能強大的工具相結(jié)合。
Triconex 過程安全解決方案：為工廠提供全套的安全關鍵解決方案和全生命周期安全管理理念與服務，保持企業(yè)安全可靠穩(wěn)定運行與盈利增效的同步。
機器控制：可以實現(xiàn)對機器的協(xié)調(diào)控制或同步控制，適用于各種自動化系統(tǒng)和行業(yè)，包括各種自動化包裝機器、物料搬運、暖通空調(diào)控制、泵控、材料加工控制等。
3)應用、分析與服務層
EcoStruxure平臺提供對基于開放IP協(xié)議備最寬泛的容納能力，能實現(xiàn)云連接，為控制、監(jiān)視、遠程聯(lián)網(wǎng)和資產(chǎn)管理的應用、分析與服務的交付提供支持，這些全部都構(gòu)建在微軟Azure物聯(lián)網(wǎng)套件之上。
個人認為，EcoStruxure平臺的應用定位比較清晰，主要是提供電力系統(tǒng)及設備的互聯(lián)、狀態(tài)監(jiān)控和效率優(yōu)化。從功能上講，首先能支持較為寬泛的電力系統(tǒng)及設備的互聯(lián)，同時對設備的數(shù)據(jù)進行采集和分析。實現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能三個基本功能，即設備互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集和存儲、數(shù)據(jù)分析及工業(yè)性能優(yōu)化。但不提供基于PaaS的開放平臺，也不支持企業(yè)自主開發(fā)工業(yè)APP。
(6)艾默生——PlantWeb
2016年艾默生推出了經(jīng)過擴展升級的Plantweb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)，這是一個基于標準的可擴展硬件、軟件、智能設備和服務組合，它將數(shù)字智能進一步擴展到整個制造企業(yè)，并為現(xiàn)場應用提供了一個全面的框架，幫助制造商在安全性、可靠性、生產(chǎn)力和能源方面實現(xiàn)最佳績效。
圖7 PlantWeb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)
從整體架構(gòu)劃分，最下面一層是數(shù)據(jù)層，主要是利用艾默生廣泛的測量儀表實現(xiàn)對工業(yè)運行狀態(tài)的全面感知，包括傳統(tǒng)的溫壓液位、閥位監(jiān)測、振動監(jiān)測和腐蝕監(jiān)測等。中間層是傳輸安全層，主要解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲，以及通過應用網(wǎng)關實現(xiàn)異構(gòu)設備的互聯(lián)和數(shù)據(jù)接入。接入端安全傳輸運用一系列網(wǎng)絡安全技術和設備將各類儀表采集的數(shù)據(jù)單向傳輸?shù)絀T平臺供互聯(lián)網(wǎng)和云端使用，同時防止外部數(shù)據(jù)侵入企業(yè)過程運營平臺。最上層是應用層，該層集成各種設備監(jiān)控軟件，可以對設備的健康狀態(tài)、運營績效和能耗進行分析與優(yōu)化。而且還可以支持移動應用，通過云服務將整個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的信息傳遞給專家，從而提供遠程服務。
PlantWeb主要功能模塊：
- 普適測量：包括新推出的本安型溫度傳感器、腐蝕監(jiān)測傳感器、中壓電氣保護及氣體泄漏探測設備。
- Secure First Mile：艾默生的Secure First Mile是一種數(shù)據(jù)安全手段，使客戶能夠有選擇地將高度安全的數(shù)據(jù)從受保護的控制和操作系統(tǒng)（OT）連接到云環(huán)境（IT）中的運營績效應用。
- 信息平臺：集成各種設備狀態(tài)監(jiān)測軟件，每一個品種的設備監(jiān)測就是一個獨立的應用軟件，因此可以從單個設備資產(chǎn)類別監(jiān)測軟件開始，逐步擴展到更多種類的資產(chǎn)設備監(jiān)測。Plantweb Insight信息平臺可獨立于現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)和DCS 運行，并為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供接入點。
- 顧問系統(tǒng)：集成的分析專家應用軟件，用于設備資產(chǎn)健康、性能建模和全廠范圍內(nèi)的能源優(yōu)化。目前包括機械設備顧問,、工廠性能顧問和能源顧問三個應用，可擴展到跨多個工廠的數(shù)千臺設備，用于整個企業(yè)范圍的設備和能源分析。Plantweb Advisor顧問系統(tǒng)可以在現(xiàn)場、公司內(nèi)部云平臺或第三方云服務系統(tǒng)中運行。
- 設備管理平臺：它可將多個業(yè)務系統(tǒng)中的設備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)整合到一起，并根據(jù)企業(yè)管理人員的不同需求將數(shù)據(jù)推送到他們的電腦和移動設備上。
- 移動應用：DeltaV 移動應用使用戶能夠安全地遠程監(jiān)測他們的過程，并接收自定義的過程警報通知。AMS Trex設備通訊器是一款適合維護技術人員使用的堅固耐用的工具，適用于嚴酷工況環(huán)境，在不干擾生產(chǎn)的情況下隔離并修復問題。AMS Asset View基于職能的警報系統(tǒng)確保了負責可靠性的員工接收到重要且相關的警報，以確保對生產(chǎn)至關重要的資產(chǎn)處于正常運行狀態(tài)。
- 遠程支持服務：指支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的云服務，可用于實時監(jiān)測重要設備資產(chǎn)的健康狀況、能源消耗以及其它和運營相關的應用�？梢詫τ脩舻脑O備資產(chǎn)、運營性能、具有優(yōu)先級的維修以及設備狀態(tài)趨勢進行連續(xù)監(jiān)測，并提供報告。
- 微軟云服務和物聯(lián)網(wǎng)方案：艾默生將基于云的Microsoft Azure 物聯(lián)網(wǎng)套件進行了標準化，以實現(xiàn)Connected Services遠程支持服務，使得Plantweb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)能夠提供一個安全、靈活的平臺，從而與企業(yè)內(nèi)部云網(wǎng)絡和第三方云服務連接。
艾默生的產(chǎn)品線主要包括工業(yè)閥門、儀器儀表，以及面向過程與離散制造業(yè)的工業(yè)控制化系統(tǒng)，如DCS、SCADA等。這些產(chǎn)品大多部署于工業(yè)生產(chǎn)的各個狀態(tài)監(jiān)控節(jié)點，這決定了艾默生有能力從企業(yè)的生產(chǎn)過程中獲得實時的傳感器數(shù)據(jù)，為艾默生構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了堅固發(fā)展基礎。
個人認為，從技術上講，PlantWeb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)屬比較成熟的平臺，也是當前比較領先的面向流程行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案�？梢酝ㄟ^遍布工業(yè)生產(chǎn)過程的工業(yè)閥門、儀器儀表和工業(yè)自動化控制系統(tǒng)采集工業(yè)數(shù)據(jù)，并對工業(yè)數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的配置優(yōu)化。
(7)霍尼韋爾工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
霍尼韋爾將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)定義為一個六層的立體架構(gòu)，由下而上包括實時感知層、數(shù)據(jù)連接層、接口層、云服務層、分析計算層以及應用層。霍尼韋爾的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以用‘1-2-3’來表示，即1個生態(tài)平臺、2種數(shù)據(jù)連接方式、3種應用。
圖8 霍尼韋爾工業(yè)物聯(lián)平臺架構(gòu)
在霍尼韋爾的六層架構(gòu)中，感知層、邊界設備和網(wǎng)關主要實現(xiàn)設備的互聯(lián)網(wǎng)，霍尼韋爾主要通過Sentience工業(yè)軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、分析和挖掘，該平臺包含有數(shù)據(jù)的安全協(xié)議和數(shù)據(jù)分析軟件，是連接工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)連接層、接口層和云服務層的重要工具。其連接方式主要通過兩種方式：
1)通過已有的現(xiàn)場實時監(jiān)測設備、自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)來獲取，如智能傳感器、智能變送器、油氣行業(yè)灌區(qū)的液位儀、油氣的超聲波流量計等。這些設備本身就攜帶大量的數(shù)據(jù)，可以通過設備連接到霍尼韋爾的物聯(lián)網(wǎng)平臺上。
2)將現(xiàn)場的設備直接通過OPC UA送到云端的數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析。OPC UA是霍尼韋爾數(shù)據(jù)連接和管理的協(xié)議，它提供了一種開放的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的連接，既可以帶上下文，也有相應的數(shù)據(jù)安全。
在數(shù)據(jù)分析和應用層面，霍尼韋爾主要通過數(shù)字智能的分析平臺，該平臺可以幫助客戶采集所需的數(shù)據(jù)，進行可視化的發(fā)展趨勢分析，得以與其他用戶協(xié)作，預測和防止設備故障，并能夠采取行動做出業(yè)務決策。除此之外，霍尼韋爾還提供自己開發(fā)的面向移動工業(yè)應用的APP軟件，確保了工廠的經(jīng)理、主管等運營人員與企業(yè)時刻保持互聯(lián)。
在應用開發(fā)層面，霍尼韋爾提供Matrikon OPC UA軟件開發(fā)工具包，這是一個不受平臺、操作系統(tǒng)或大小限制的集成工具包，能夠幫助用戶快速、輕松地實現(xiàn)工業(yè)軟件系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。
霍尼韋爾工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展愿景是“至聯(lián)致遠”，個人認為這個戰(zhàn)略口號蘊含的是對連接手段和數(shù)據(jù)獲取的重視。在應用開發(fā)層面，霍尼韋爾目前只為企業(yè)提供基于OPC UA的軟件開發(fā)包，以支持異構(gòu)設備的接入。但霍尼韋爾正在通過搭積木式的方式不斷從軟件層面尋求平臺功能的突破。
(8)庫卡——KUKA Connect
2017年，KUKAConnect平臺正式推出，這是一個基于訂閱的平臺，不需要進行軟件安裝。KUKA Connect平臺目前提供兩種可用的服務。
圖9 KUKAConnect平臺架構(gòu)
第一種是KUKA Connect Lite。提供的功能包括：狀態(tài)監(jiān)控、設備維護提醒、機器人ID識別數(shù)據(jù)、控制器數(shù)據(jù)、規(guī)格說明、用戶手冊、管理員控制臺、機器人清單。
- 狀態(tài)監(jiān)測：實現(xiàn)對接入平臺的庫卡機器人的系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。
- 機器人ID識別數(shù)據(jù)：根據(jù)機器人ID信息識別數(shù)據(jù)。
- 管理員控制臺：通過管理控制臺實現(xiàn)對各種設備狀態(tài)的集中展示和操控。
- 多國語言支持：支持英文、中文、德文等主要系統(tǒng)版本和語種。
- 維護日志：保存所有系統(tǒng)及設備維護記錄。
第二種是KUKA Connect Plus。除了上述功能之外，還能提供的附加功能包括：機器人實時狀態(tài)提醒、實時故障提醒、可導出的數(shù)據(jù)報告、實時故障維修與記錄、全面的設備日志、機器人4D可視化模型。
- 機器人實時狀態(tài)提醒：可實時的通過后臺查看機器人狀態(tài)。
- 可導出的數(shù)據(jù)報告：可導出設備狀態(tài)運行的數(shù)據(jù)報告。
- 實時故障提醒：實時的進行故障提醒，避免因設備故障造成損失
- 實時故障維修與記錄：提供實時維修的功能，并對維修過程信息進行記錄。
- 全面的設備日志：提供詳細而全面的設備狀態(tài)及維護維修日志供查閱。
- 機器人4D可視化模型：能夠通過平臺虛擬展現(xiàn)實時生產(chǎn)場景下的機器人運動狀態(tài)模型。
除了以上談到的功能之外，KUKA Connect還可以通過與Nebbiolo技術的結(jié)合，使用fogNodeTM計算設備實現(xiàn)端對端應用能力，從而安全地在機器人和云平臺之間搜索、交換、轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。
從KUKA Connect平臺架構(gòu)看，庫卡的的戰(zhàn)略十分明確。即通過搭建云平臺接入應用廣泛的機器人設備，采集機器人工作狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工業(yè)機器人狀態(tài)的實時監(jiān)控，進而做到性能的優(yōu)化與分析。KUKA Connect是一種包月服務，制造企業(yè)可以自主選擇是否接入，一旦接入就按照服務功能支付費用。同時庫卡還與第三方合作伙伴開發(fā)工業(yè)APP，創(chuàng)造圍繞KUKA機器人的工業(yè)生態(tài)。
個人認為，相對主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，KUKA Connect平臺的結(jié)構(gòu)簡單，功能明確。既能實現(xiàn)對產(chǎn)品的性能監(jiān)控，也可以通過公有云平臺遠程服務客戶企業(yè)。從功能上講，KUKA Connect就是典型的公有云服務平臺。與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺存在明顯的本質(zhì)區(qū)別。
參考資料
Predix、MindSphere內(nèi)容部分參考《工業(yè)云平臺，想說愛你不容易》，轉(zhuǎn)載請注明出處！
參考資料
Predix、MindSphere內(nèi)容部分參考《工業(yè)云平臺，想說愛你不容易》，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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