數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能技術(shù)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與工業(yè)APP 課件 第4章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)

第4章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)教師：******CATALOGUE目錄4.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述4.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定義與特征4.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定位與作用4.1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的價(jià)值4.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)功能架構(gòu)4.2.1總體功能架構(gòu)4.2.2邊緣層CATALOGUE目錄4.2.3基礎(chǔ)設(shè)施層4.2.4平臺(tái)層4.2.4應(yīng)用層4.3國(guó)內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)4.3.1國(guó)外典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)4.3.2國(guó)內(nèi)典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)4.4實(shí)驗(yàn):工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)操作014.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)價(jià)值工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能夠提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，并推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，旨在實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的全面連接，支撐工業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)功能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具備數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析和應(yīng)用等功能，通過智能感知技術(shù)連接生產(chǎn)線上的各種設(shè)備、傳感器和控制系統(tǒng)。4.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述024.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定義與特征工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一種新型工業(yè)化生產(chǎn)方式，通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的全面連接。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)特征工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、服務(wù)導(dǎo)向、智能決策等特征，能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等環(huán)節(jié)的優(yōu)化升級(jí)。4.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定義與特征034.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定位與作用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展的核心載體，也是我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提質(zhì)增效、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定位工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能服務(wù)，連接人、機(jī)、物，促進(jìn)設(shè)備制造商、軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商的交流合作。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的作用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)資源豐富、模型算法優(yōu)越、應(yīng)用服務(wù)靈活等優(yōu)勢(shì)，可降低企業(yè)研發(fā)成本，提高運(yùn)營(yíng)效率。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)4.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定位與作用044.1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的價(jià)值設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)個(gè)性化定制服務(wù)工業(yè)APP創(chuàng)新商業(yè)模式探索制造協(xié)同與資源生產(chǎn)工藝優(yōu)化通過數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高運(yùn)行效率和可靠性。優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)現(xiàn)制造協(xié)同和資源共享，降低管理成本，促進(jìn)業(yè)務(wù)發(fā)展。滿足客戶個(gè)性化需求，提供定制服務(wù)，拓寬市場(chǎng)渠道。開發(fā)者基于平臺(tái)數(shù)據(jù)和微服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新，豐富應(yīng)用生態(tài)。平臺(tái)通過創(chuàng)造新的商業(yè)模式，匯聚應(yīng)用開發(fā)者、軟件開發(fā)商、服務(wù)集成商和工業(yè)用戶，推動(dòng)平臺(tái)發(fā)展。4.1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的價(jià)值054.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)功能架構(gòu)數(shù)據(jù)采集與接入層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算層提供直觀的用戶界面，使用戶能夠方便地查看和管理數(shù)據(jù)，與平臺(tái)進(jìn)行交互。用戶界面與交互層提供豐富的平臺(tái)服務(wù)，如設(shè)備管理、安全管理、運(yùn)維管理等，確保平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效操作。平臺(tái)服務(wù)與管理層負(fù)責(zé)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取有價(jià)值的信息，為決策提供支持，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用層負(fù)責(zé)從各類設(shè)備中采集和接入數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)線上的各種設(shè)備、傳感器和控制系統(tǒng)連接起來。負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理采集到的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)建模、存儲(chǔ)和計(jì)算。4.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)功能架構(gòu)064.2.1總體功能架構(gòu)4.2.1總體功能架構(gòu)平臺(tái)層的功能平臺(tái)層在通用PaaS的基礎(chǔ)上，疊加了大數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、工業(yè)微服務(wù)等創(chuàng)新功能，構(gòu)建可擴(kuò)展的開放式云操作系統(tǒng)。平臺(tái)層的作用工業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)鏈平臺(tái)層能夠接入、控制和管理軟硬件資源及開發(fā)工具，為應(yīng)用開發(fā)提供必要接口以及存儲(chǔ)、計(jì)算和工具資源等支持。平臺(tái)層提供工業(yè)數(shù)據(jù)管理能力，結(jié)合數(shù)據(jù)科學(xué)與工業(yè)機(jī)理，構(gòu)建完整工業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)鏈，幫助制造企業(yè)提升工業(yè)數(shù)據(jù)分析能力。快速構(gòu)建定制化工業(yè)APP借助微服務(wù)組件和工業(yè)應(yīng)用開發(fā)工具，平臺(tái)層幫助用戶快速構(gòu)建定制化的工業(yè)APP，并將其轉(zhuǎn)化為商業(yè)價(jià)值。工業(yè)建模技術(shù)工業(yè)建模技術(shù)主要包括機(jī)理建模技術(shù)和測(cè)試法建模技術(shù)，可用于定義和分析數(shù)據(jù)要求及其需要相應(yīng)支持信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)以及人工智能算法，對(duì)歷史、實(shí)時(shí)和時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)分析，提供論斷建議或支持決策。工業(yè)微服務(wù)組件庫(kù)平臺(tái)層將技術(shù)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等資源固化為可移植、可復(fù)用的工業(yè)微服務(wù)組件庫(kù)，供開發(fā)者調(diào)用。4.2.1總體功能架構(gòu)074.2.2邊緣層邊緣層支持多種主流協(xié)議接入，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入與處理。數(shù)據(jù)源接入邊緣層支持多種協(xié)議兼容，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。協(xié)議兼容邊緣層具備數(shù)據(jù)清洗、緩存和實(shí)時(shí)分析功能，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和處理效率。數(shù)據(jù)處理4.2.2邊緣層010203084.2.3基礎(chǔ)設(shè)施層基礎(chǔ)設(shè)施層功能基礎(chǔ)設(shè)施層提供計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)安全等基礎(chǔ)服務(wù)，支撐上層應(yīng)用。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署在靠近設(shè)備端的位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理和過濾。云計(jì)算中心云計(jì)算中心作為核心計(jì)算節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)處理和分析來自邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)安全策略網(wǎng)絡(luò)安全策略確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，防止未?jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。4.2.3基礎(chǔ)設(shè)施層094.2.4平臺(tái)層數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)微服務(wù)架構(gòu)技術(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)平臺(tái)安全技術(shù)Docker容器技術(shù)工業(yè)建模技術(shù)利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法，對(duì)歷史、實(shí)時(shí)和時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)分析。包括機(jī)理建模和測(cè)試法建模，機(jī)理建模技術(shù)結(jié)合領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立豐富模型。傳統(tǒng)軟件架構(gòu)特點(diǎn)包括單體應(yīng)用、開發(fā)周期長(zhǎng)、調(diào)用眾多公共庫(kù)、組件之間緊耦合且版本復(fù)雜。是一項(xiàng)在云環(huán)境中部署應(yīng)用和服務(wù)的技術(shù)，亞馬遜、eBay、Netflix等公司采用了微服務(wù)架構(gòu)范式。能夠根據(jù)應(yīng)用的CPU和內(nèi)存負(fù)荷、時(shí)間段以及應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)等多種因素，對(duì)計(jì)算單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、分配和掛接。旨在防止未經(jīng)授權(quán)的實(shí)體對(duì)平臺(tái)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和訪問，提供非集中式的認(rèn)證和信任模型，能夠高效地執(zhí)行加密和數(shù)據(jù)保護(hù)。4.2.4平臺(tái)層104.2.4應(yīng)用層4.2.4應(yīng)用層010203應(yīng)用層提供價(jià)值應(yīng)用層基于開放環(huán)境部署應(yīng)用，提供工業(yè)SaaS和工業(yè)APP，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)價(jià)值。面向智能制造場(chǎng)景應(yīng)用層面向智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等場(chǎng)景，提供定制開發(fā)的智能化工業(yè)應(yīng)用和解決方案。工業(yè)APP架構(gòu)描述典型的工業(yè)APP架構(gòu)從工業(yè)維、技術(shù)維和軟件維三個(gè)維度來描述。應(yīng)用層主要作用提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等一系列創(chuàng)新性業(yè)務(wù)應(yīng)用，幫助企業(yè)用戶提升資產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)資源的共享配置，滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求，推動(dòng)傳統(tǒng)制造企業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型。開發(fā)者實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新開發(fā)者基于平臺(tái)數(shù)據(jù)和微服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新，匯聚各方資源，構(gòu)建共生共贏生態(tài)系統(tǒng)。圖形化編程技術(shù)圖形化編程技術(shù)能簡(jiǎn)化開發(fā)流程，非代碼領(lǐng)域?qū)＜铱赏ㄟ^圖形化編程工具快速生成應(yīng)用程序，降低開發(fā)難度，提高研發(fā)效率。4.2.4應(yīng)用層多租戶技術(shù)多租戶技術(shù)是一種軟件架構(gòu)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)租戶共享相同的物理和邏輯資源，提高資源利用效率和降低成本。4.2.4應(yīng)用層114.3國(guó)內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)正處于規(guī)模擴(kuò)張的關(guān)鍵階段，國(guó)內(nèi)外企業(yè)正在積極探索技術(shù)、管理、商業(yè)模式等方面的規(guī)律。規(guī)模擴(kuò)張關(guān)鍵階段取得的進(jìn)展在各方面的共同努力下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在技術(shù)、管理、商業(yè)模式等方面取得了一些進(jìn)展，為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了有力支持。全球制造業(yè)、信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，從不同層面和角度推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。4.3國(guó)內(nèi)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)124.3.1國(guó)外典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)GEPredix平臺(tái)GE公司為適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，推出了Predix-工業(yè)云平臺(tái)，提供DevOps和BizOps基礎(chǔ)功能服務(wù)。平臺(tái)功能DevOps幫助企業(yè)開發(fā)、托管和運(yùn)行應(yīng)用程序，BizOps則使企業(yè)能夠查詢和獲取應(yīng)用程序的運(yùn)行狀況。平臺(tái)架構(gòu)Predix平臺(tái)架構(gòu)分為邊緣連接層、基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用服務(wù)層，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、傳輸和提供工業(yè)微服務(wù)。成功應(yīng)用GE基于Predix平臺(tái)開發(fā)了多類工業(yè)APP，如計(jì)劃和物流、互聯(lián)產(chǎn)品、智能環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)人力管理工業(yè)分析等?？蛻舭咐幽么蟛剪斔闺娏久媾R電力生產(chǎn)挑戰(zhàn)，GE通過Predix平臺(tái)的APM功能提供核電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障反饋服務(wù)。4.3.1國(guó)外典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)0102030405134.3.2國(guó)內(nèi)典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)4.3.2國(guó)內(nèi)典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)INDICS國(guó)際云平臺(tái)INDICS已開發(fā)出英語(yǔ)、俄語(yǔ)、德語(yǔ)、波斯語(yǔ)等多個(gè)語(yǔ)言版本，構(gòu)建了INDICS國(guó)際云平臺(tái)，在德國(guó)和伊朗等地實(shí)現(xiàn)了落地，建立了國(guó)際工業(yè)云生態(tài)系統(tǒng)。平臺(tái)架構(gòu)航天云網(wǎng)INDICS平臺(tái)的總體架構(gòu)包括資源層、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層、平臺(tái)接入層、INDICS云平臺(tái)層、INDICS工業(yè)應(yīng)用APP層5層。航天云網(wǎng)INDICS平臺(tái)中國(guó)航天科工集團(tuán)公司于2015年6月啟動(dòng)了中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)INDICS的建設(shè)工作，已在北京、廣西、廣東、四川、江蘇等區(qū)域成功落地。0302014.3.2國(guó)內(nèi)典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)資源層實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制全產(chǎn)業(yè)鏈資源/能力的接入，提供生產(chǎn)制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、計(jì)量檢測(cè)等多元化資源/能力的接入能力，支持21類工業(yè)設(shè)備的接入。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層實(shí)現(xiàn)各類工業(yè)設(shè)備的通信互聯(lián)，支持OPCUA、MQTT、Modbus、PROFINET等主流工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議的互聯(lián)，也支持工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)的通信互聯(lián)。平臺(tái)接入層實(shí)現(xiàn)工廠/車間的云端接入，提供自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SmartIoT系列智能網(wǎng)關(guān)接入產(chǎn)品和INDICS-APIs軟件接入接口，支持“云計(jì)算+邊緣計(jì)算”的混合數(shù)據(jù)計(jì)算模式。提供云資源基礎(chǔ)設(shè)施管理、大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用支撐公共服務(wù)等云服務(wù)功能，基于CloudFoundry基礎(chǔ)架構(gòu)作為底層支撐架構(gòu)，自建數(shù)據(jù)中心提供PaaS層和通用平臺(tái)IaaS層的基礎(chǔ)云服務(wù)。INDICS云平臺(tái)層提供面向制造全產(chǎn)業(yè)鏈、基于平臺(tái)開發(fā)的原生工業(yè)應(yīng)用APP，支持多樣化、個(gè)性化的用戶需求。INDICS工業(yè)應(yīng)用APP層4.3.2國(guó)內(nèi)典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)144.4實(shí)驗(yàn):工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)操作實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜すI(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及其基本功能，掌握平臺(tái)