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工業互聯網平臺架構核心要素 工業互聯網平臺核心技術

本文章由注冊用戶 天空之城 上傳提供 2023-07-15 評論 0
摘要:工業互聯網平臺是工業互聯網的核心,工業互聯網平臺的核心和本質是將設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密聯系起來。工業互聯網平臺架構包括端層、邊緣層、基礎設施層、平臺層、應用層。工業互聯網平臺核心技術分別為數據集成和邊緣處理技術、IaaS技術、平臺使能技術、數據管理技術、工業數據建模與分析技術、應用開發和微服務技術、安全技術。

一、工業互聯網平臺架構核心要素

工業互聯網平臺的(de)(de)本質是工(gong)業(ye)云平臺(tai),它(ta)基(ji)于應用(yong)(yong)需求(qiu),搭建(jian)對工(gong)業(ye)數(shu)據(ju)采集(ji)、存儲(chu)、分(fen)析和應用(yong)(yong)的(de)(de)模(mo)塊體系,實現工(gong)業(ye)互聯網輔助的(de)(de)生產(chan)功能。其(qi)核心由(you)基(ji)礎設施層(IaaS)、平臺(tai)層(PaaS)、應用(yong)(yong)層(SaaS)三層組(zu)(zu)成(cheng)(cheng),再加上端層、邊(bian)緣層,共同組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)工(gong)業(ye)互聯網平臺(tai)的(de)(de)基(ji)本架構。

1、端層

端層(ceng)也(ye)(ye)稱設備(bei)(bei)層(ceng),指(zhi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)現場的各(ge)種物聯(lian)網(wang)(wang)型工(gong)(gong)業(ye)(ye)設備(bei)(bei),如(ru)數控機床、工(gong)(gong)業(ye)(ye)傳(chuan)感器(qi)、工(gong)(gong)業(ye)(ye)機器(qi)人(ren)等(deng),它們貫穿產(chan)品(pin)全(quan)生(sheng)(sheng)(sheng)命周期,分別起到(dao)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)、檢測(ce)、監(jian)(jian)控等(deng)不(bu)同(tong)作用(yong)(yong),以監(jian)(jian)測(ce)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)現場,靈活處理生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)過程中的不(bu)同(tong)情況。端層(ceng)以物聯(lian)網(wang)(wang)技術為基礎,產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)并匯聚大量的工(gong)(gong)業(ye)(ye)數據(ju),包含(han)歷史數據(ju)和即時(shi)數據(ju),也(ye)(ye)使得端層(ceng)成為工(gong)(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)(wang)平臺的底層(ceng)基礎。但是,由(you)于端層(ceng)的工(gong)(gong)業(ye)(ye)數據(ju)來(lai)源于不(bu)同(tong)設備(bei)(bei)、不(bu)同(tong)系統,因此需要(yao)進一步處理,才(cai)能向上層(ceng)傳(chuan)遞(di)并利用(yong)(yong)。

2、邊緣層

邊(bian)緣(yuan)層對端層產生的(de)工(gong)業數(shu)據進行采集(ji)(ji),并對不同來源的(de)工(gong)業數(shu)據進行協(xie)議(yi)解析和(he)邊(bian)緣(yuan)處理(li)。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各(ge)類工(gong)業通(tong)信協(xie)議(yi),把采集(ji)(ji)數(shu)據進行格式轉換和(he)統一(yi),再通(tong)過光纖、以(yi)太網等鏈路(lu),將相關數(shu)據以(yi)有線或無線方式(如5G、NB-IoT等)遠(yuan)程傳輸到(dao)工(gong)業互(hu)聯網平(ping)臺。

邊(bian)緣計算技(ji)術是邊(bian)緣層的(de)重要組成部分。它(ta)基于高性能(neng)計算芯片、實時(shi)高速(su)處(chu)理(li)方法、高精(jing)度計算系統等(deng)先進(jin)技(ji)術或(huo)工具支撐,在(zai)工業(ye)設備、智能(neng)終端等(deng)數(shu)(shu)據源(yuan)頭一側,進(jin)行數(shu)(shu)據的(de)先處(chu)理(li)和預處(chu)理(li),提升系統反應(ying)速(su)度和數(shu)(shu)據傳輸速(su)度,解決數(shu)(shu)據傳輸和通信的(de)時(shi)延問題。邊(bian)緣計算的(de)優點是具有較低的(de)延遲以實現(xian)較短(duan)的(de)響應(ying)時(shi)間,以及解決能(neng)源(yuan)消耗、帶寬負(fu)擔和安全問題的(de)潛力。

3、IaaS層

基礎設(she)(she)施層(ceng)(ceng)(ceng)(IaaS)主(zhu)要提(ti)(ti)供(gong)(gong)云基礎設(she)(she)施,如(ru)計算(suan)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、網絡資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)、存儲資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)等,支撐工(gong)業(ye)互聯網平臺(tai)的(de)(de)整體運行(xing)。其(qi)核心是虛(xu)擬化技術(shu),利(li)用(yong)分布式存儲、并發(fa)式計算(suan)、高負載(zai)調度等新技術(shu),實現資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)務設(she)(she)施的(de)(de)動態管理,提(ti)(ti)升(sheng)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)務有(you)效利(li)用(yong)率,也確保資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)服(fu)務的(de)(de)安全。IaaS層(ceng)(ceng)(ceng)作為(wei)設(she)(she)備和平臺(tai)應用(yong)的(de)(de)連接層(ceng)(ceng)(ceng),為(wei)PaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)功能運行(xing)和SaaS層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)應用(yong)服(fu)務提(ti)(ti)供(gong)(gong)完整的(de)(de)底(di)層(ceng)(ceng)(ceng)基礎設(she)(she)施服(fu)務。

4、PaaS層

平(ping)臺(tai)層(PaaS)是整個工(gong)業互聯網平(ping)臺(tai)的(de)(de)(de)核心,它(ta)由云計算技術構建,不僅能接收存(cun)儲(chu)數據,還能提供強大的(de)(de)(de)計算環境,對工(gong)業數據進行云處理或云控制(zhi)。它(ta)的(de)(de)(de)根本是在IaaS平(ping)臺(tai)上構建了一個擴展性強的(de)(de)(de)支持(chi)系統,也為工(gong)業應用或軟件的(de)(de)(de)開發提供了良(liang)好的(de)(de)(de)基礎平(ping)臺(tai)。

PaaS層(ceng)能(neng)(neng)以平臺優勢(shi),利(li)用(yong)(yong)(yong)數據(ju)庫(ku)、算法分析等技(ji)術,實現數據(ju)進一步處理與計算、數據(ju)存儲、應(ying)用(yong)(yong)(yong)或(huo)微服務開(kai)發等功能(neng)(neng),以疊加、擴展的方式提供工業應(ying)用(yong)(yong)(yong)開(kai)發、部署的基(ji)礎環境,形成完整度高、定制性好、移(yi)植(zhi)復(fu)用(yong)(yong)(yong)程度高的工業操(cao)作系(xi)統。PaaS層(ceng)還能(neng)(neng)根據(ju)業務進行資源調(diao)度,也能(neng)(neng)保障數據(ju)接(jie)入、平臺運營(ying)、接(jie)口訪問的安全機制,保障業務正常開(kai)展。

5、SaaS層

應(ying)用層(ceng)(SaaS)是工(gong)(gong)業(ye)互(hu)聯網(wang)平(ping)臺的(de)(de)關(guan)鍵,它是對外服務的(de)(de)關(guan)口,與用戶(hu)直接對接,體現了工(gong)(gong)業(ye)數(shu)據最終的(de)(de)應(ying)用價值(zhi)。SaaS層(ceng)基于(yu)PaaS層(ceng)平(ping)臺上(shang)豐富的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)微服務功能模塊,以高效、便捷(jie)、多端適配等(deng)方式實現傳統信息(xi)系統的(de)(de)云改造,為(wei)平(ping)臺用戶(hu)提(ti)供各類工(gong)(gong)業(ye)APP等(deng)數(shu)字化(hua)(hua)解(jie)決方案,發展大(da)數(shu)據分析等(deng)綜合應(ying)用,實現資源(yuan)集(ji)中化(hua)(hua)、服務精準化(hua)(hua)、知識復用化(hua)(hua)。

該圖片由注冊用戶"天空之城"提供,版權聲明反饋

二、工業互聯網平臺核心技術

工(gong)業互(hu)聯網平(ping)臺(tai)需(xu)要解決多類(lei)工(gong)業設備接(jie)入、多源工(gong)業數(shu)(shu)(shu)據集成、海量(liang)數(shu)(shu)(shu)據管理與(yu)處理、工(gong)業數(shu)(shu)(shu)據建(jian)模(mo)分(fen)析、工(gong)業應用創新與(yu)集成、工(gong)業知識積累(lei)迭代實現等一系列(lie)問題(ti),涉(she)及七大類(lei)關(guan)鍵技術(shu),分(fen)別為(wei)數(shu)(shu)(shu)據集成和(he)邊緣處理技術(shu)、IaaS技術(shu)、平(ping)臺(tai)使(shi)能技術(shu)、數(shu)(shu)(shu)據管理技術(shu)、工(gong)業數(shu)(shu)(shu)據建(jian)模(mo)與(yu)分(fen)析技術(shu)、應用開發和(he)微服(fu)務技術(shu)、安全技術(shu)。

1、數據集成與邊緣處理技術

設備(bei)接入:基于(yu)工業(ye)以(yi)太網(wang)(wang)、工業(ye)總線(xian)等(deng)工業(ye)通(tong)信協議,以(yi)太網(wang)(wang)、光纖等(deng)通(tong)用協議,3G/4G、NB-IOT等(deng)無線(xian)協議將工業(ye)現場設備(bei)接入到平臺邊緣層(ceng)。

協(xie)議轉換:一方(fang)面(mian)運用(yong)協(xie)議解析、中間件等(deng)技術兼容ModBus、OPC、CAN、Profibus等(deng)各類工業(ye)通信協(xie)議和(he)軟(ruan)件通信接(jie)口,實現數據格式轉換和(he)統一。另(ling)一方(fang)面(mian)利(li)用(yong)HTTP、MQTT等(deng)方(fang)式從邊(bian)緣側(ce)將(jiang)采集到的數據傳輸(shu)到云(yun)端,實現數據的遠程接(jie)入(ru)。邊(bian)緣數據處(chu)理(li):基于高性能計算(suan)芯片、實時操作系統、邊(bian)緣分(fen)析算(suan)法等(deng)技術支撐,在靠近設備或數據源(yuan)頭的網絡邊(bian)緣側(ce)進(jin)行(xing)數據預處(chu)理(li)、存儲(chu)以(yi)及智能分(fen)析應用(yong),提(ti)升(sheng)操作響應靈(ling)敏度、消除(chu)網絡堵塞(sai),并與(yu)云(yun)端分(fen)析形(xing)成協(xie)同(tong)。

2、IaaS技術

基(ji)于虛(xu)擬化(hua)、分布(bu)式(shi)存(cun)(cun)儲、并行(xing)(xing)計(ji)算(suan)、負載(zai)調度等(deng)技術,實現(xian)網絡、計(ji)算(suan)、存(cun)(cun)儲等(deng)計(ji)算(suan)機資源(yuan)的池(chi)化(hua)管理,根(gen)據需(xu)求進行(xing)(xing)彈(dan)性分配,并確(que)保資源(yuan)使用的安全與隔離,為用戶提供完善的云基(ji)礎設施服務。

3、平臺使能技術

資(zi)(zi)源調(diao)(diao)度(du):通(tong)過實時監控云端應(ying)(ying)用的業務(wu)量(liang)動態變化(hua)(hua),結合相(xiang)應(ying)(ying)的調(diao)(diao)度(du)算法為應(ying)(ying)用程序(xu)分(fen)配(pei)相(xiang)應(ying)(ying)的底層資(zi)(zi)源,從而使云端應(ying)(ying)用可以自動適(shi)應(ying)(ying)業務(wu)量(liang)的變化(hua)(hua)。

多(duo)租(zu)戶管理:通過虛擬(ni)化、數(shu)據庫隔離(li)、容器等技術實現不同租(zu)戶應用和服務的隔離(li),保護其隱私與(yu)安(an)全。

4、數據管理技術

數據處(chu)(chu)(chu)理(li)框架:借(jie)助Hadoop、Spark、Storm等分布式處(chu)(chu)(chu)理(li)架構,滿足(zu)海量數據的批處(chu)(chu)(chu)理(li)和流處(chu)(chu)(chu)理(li)計算需求。

數據(ju)預處理:運(yun)用數據(ju)冗(rong)余剔除、異常檢(jian)測、歸一化等方(fang)法(fa)對原始(shi)數據(ju)進行清洗,為后續存儲(chu)、管理與(yu)分析提供高質量數據(ju)來源。

數(shu)(shu)據(ju)(ju)存(cun)儲與管(guan)理:通(tong)過分布(bu)式文件系統、NoSQL數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫、關系數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫、時(shi)序數(shu)(shu)據(ju)(ju)庫等(deng)(deng)不同(tong)的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)管(guan)理引擎(qing)實(shi)現(xian)海量工業數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)分區選(xuan)擇、存(cun)儲、編目與索引等(deng)(deng)。

5、應用開發和微服務技術

多(duo)語言與工(gong)(gong)具(ju)支持(chi):支持(chi)Java,Ruby和PHP等(deng)多(duo)種語言編譯環境,并提供Eclipse integration,JBoss Developer Studio、git 和Jenkins等(deng)各類開發(fa)工(gong)(gong)具(ju),構(gou)建高效便捷的集(ji)成開發(fa)環境。

微服(fu)(fu)務架構:提供涵蓋服(fu)(fu)務注(zhu)冊、發(fa)現、通信、調用(yong)的管理機制(zhi)和運行環境,支撐基于微型服(fu)(fu)務單(dan)元(yuan)集成的“松耦合”應用(yong) 開發(fa)和部署。

圖形化編程:通(tong)過類似Labview的圖形化編程工具(ju),簡化開(kai)發流程,支(zhi)持(chi)用(yong)戶采用(yong)拖拽方(fang)式進行應用(yong)創建、測試、擴展等。

6、工業數據建模與分析技術

數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析算法:運用(yong)數(shu)(shu)學統(tong)計、機器學習及最新的人工智能算法實(shi)現面向(xiang)歷史數(shu)(shu)據(ju)、實(shi)時數(shu)(shu)據(ju)、時序(xu)數(shu)(shu)據(ju)的聚類、關聯和預測分(fen)析。

機(ji)理(li)(li)建(jian)模:利用機(ji)械、電子(zi)、物(wu)理(li)(li)、化學等(deng)領域專業知(zhi)識,結合工業生(sheng)產實踐經驗,基(ji)于已知(zhi)工業機(ji)理(li)(li)構建(jian)各類模型,實現分析應用。

7、安全技術

數(shu)(shu)據(ju)接入安(an)全:通過工業(ye)防火墻技(ji)術(shu)、工業(ye)網(wang)閘技(ji)術(shu)、加密隧道(dao)傳(chuan)(chuan)輸技(ji)術(shu),防止數(shu)(shu)據(ju)泄漏、被偵聽或篡改(gai),保障數(shu)(shu)據(ju)在源頭和傳(chuan)(chuan)輸過程(cheng)中安(an)全。

平臺安(an)(an)全(quan):通過平臺入侵(qin)實時檢測、網絡(luo)安(an)(an)全(quan)防(fang)御(yu)系統、惡意代(dai)碼防(fang)護(hu)、網站威脅防(fang)護(hu)、網頁防(fang)篡改(gai)等技術實現工業互聯網平臺的(de)代(dai)碼安(an)(an)全(quan)、應用(yong)安(an)(an)全(quan)、數據(ju)安(an)(an)全(quan)、網站安(an)(an)全(quan)。

訪(fang)問安全:通過建立統一的(de)(de)訪(fang)問機制,限(xian)制用戶的(de)(de)訪(fang)問權限(xian)和(he)所能使用的(de)(de)計算資源和(he)網(wang)絡資源實現對云平臺(tai)重要資源的(de)(de)訪(fang)問控制和(he)管理,防止(zhi)非法(fa)訪(fang)問。

在上述七大類技術中,通用平臺使能技術、工業數據建模與分析技術、數據集成與邊緣處理技術、應用開發和微服務技術正快速發展,對工業互聯網平臺的(de)構(gou)建和(he)(he)發(fa)展(zhan)產生深(shen)遠影響(xiang)。在(zai)平(ping)(ping)臺層,PaaS技(ji)(ji)術、新型集(ji)成技(ji)(ji)術和(he)(he)容器技(ji)(ji)術正加速改變信息系統(tong)的(de)構(gou)建和(he)(he)組織方式(shi)。在(zai)邊緣層,邊緣計(ji)算技(ji)(ji)術極大的(de)拓展(zhan)了(le)平(ping)(ping)臺收集(ji)和(he)(he)管理數據的(de)范圍(wei)和(he)(he)能力。在(zai)應用層,微服務等新型開發(fa)框架(jia)驅動工(gong)業軟件(jian)開發(fa)方式(shi)不斷變革,而工(gong)業機理與數據科學深(shen)度融合則正在(zai)引發(fa)工(gong)業應用的(de)創新浪潮(chao)。

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