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Predix工业互联网平台解读

2017/9/27    来源:e-works    作者:e-works  熊东旭      
关键字:工业互联网平台  Predix  GE  
Predix是一个工业互联网云平台,它将机器、数据、人员和其他资产连接起来,Predix平台使用分布式计算、大数据分析、资产数据管理以及机器到机器的通信技术,能够帮助企业提高生产率。作为软件平台,Predix的四大核心功能是链接资产的安全监控,工业数据管理,工业数据分析,云技术应用和移动性。
    Predix是一个工业互联网云平台,它将机器、数据、人员和其他资产连接起来,Predix平台使用分布式计算、大数据分析、资产数据管理以及机器到机器的通信技术,能够帮助企业提高生产率。作为软件平台,Predix的四大核心功能是链接资产的安全监控,工业数据管理,工业数据分析,云技术应用和移动性。
 
    你可以把Predix想象成为谷歌的安卓系统或苹果的iOS系统平台,用户可以基于这个平台开发各种新的应用。不同的是,Predix不是安装在手机上而是部署在企业的数据中心,连接着以“数据湖泊”形式存储的工业数据。与安卓、iOS一样,Predix有一整套软件服务来协助开发者迅速开发适用于工业环境的软件应用。
 
    一、Predix架构及功能解读
 
    1.Predix如何实现数据采集
 
    根据Predix白皮书提供的资料,Predix平台为工业现场的数据采集以及向云端的数据传输专门设计了一个功能模块,即Predix机器。这是一个能够嵌入到工业控制系统或网络网关等设备中的软件栈。该软件栈可用于多种外形尺寸并与其自身SDK 一起发布。
 
Predix平台的运行过程
 
图1 Predix平台的运行过程
 
    图1是Predix平台的运行过程,在Predix边缘与工业设备进行直接链接的是Predix机器。Predix提供与工业资产之间安全的双向云连接并管理工业资产,同时启用处于工业互联网边缘的应用程序( 分析和运营服务)。同时,还为终端设备提供安全、身份验证和管理服务。这样可以对所有设备的安全配置文件进行集中审计和管理,确保以安全的方式连接、控制并管理资产,同时保护关键数据。
 
    1)Predix机器如何部署到工业系统?
 
Predix部署方式
 
    图2  Predix部署方式
  
    第一种:部署在网关(gateway)。对于支持通用工业通讯协议(如modbus,opc等)或TCP/IP等IT通讯协议的设备,Predix机器可以通过设备自身所支持的协议直接与设备进行通讯,在这种应用场景中,Predix机器往往部署在网关上,而网关起到设备与云之间的通讯连接作用;
  
    第二种:部署在控制器(controller)。Predix机器直接部署在设备的控制单元中,这样做能够削弱机器软件与硬件之间的联系,实现连接、可升级性、兼容性、远程访问等,使独立运行或在单独网络中运行的工业设备能够直接连接到云端,完成数据采集与实时分析;
  
    第三种:部署在传感器(sensor)节点。在这一应用场景中,传感器部署在生产现场,完成数据采集,直接将数据上传至云端,在云端完成其他的数据处理操作。
 
    2)Predix机器如何连接到工业设备?
 
 Predix机器连接方式
 
图3 Predix机器连接方式
 
    第一种:机器网关(M2M)。许多资产已经可以支持通过OPC-UA 或ModBus 等工业协议进行连接。机器网关组件是一个能够根据最常见的工业互联协议进行开箱即用的扩展插件框架。
 
    第二种:云网关(M2DC)。云网关组件将Predix 机器连接至Predix 云。支持多种协议,最常见的是HTTPS 或WebSocket。
 
    第三种:移动网关(M2H)。除了连接至机器和云,移动网关组件允许人员绕过云直接与资产建立连接。对于维修场景来说,此功能尤其重要。当技术人员对机器进行维护或维修时,他们可以直接连接至机器,以了解其运行状况或执行故障排除。在连接比较困难的特定工业环境中,绕过云直接连接机器的功能非常关键。
 
    2.Predix如何实现对数据的分析?
  
    在数据分析方面,Predix提供了包括Asset Services(设备服务)、Data Services(数据服务)、Analytics Services(分析服务)在内的一系列服务。
 
    1)分析过程
 
    Predix先通过设备服务为设备建模,再利用数据服务将采集的设备运行数据与来自其他的数据源的数据(包括设备模型、ERP数据)相结合,并根据数据的特点存储到不同类型的数据库中,最后采用分析服务对数据进行分析,进而输出分析结果。
 
    2)分析服务
 
    目前,Predix提供两种类型的数据分析:Operational analytics(操作数据分析)以及Historical analytics(历史数据分析)。操作数据分析实质是实时数据分析,对设备的状态变化进行实时分析与响应。历史数据分析是对海量历史数据进行分析,进而建立设备预防性维护模型。
 
    对于分析来说,最重要的还是分析的算法与模型。Predix分析服务提供的是一个框架,这个框架用于开发及嵌入高级分析算法到程序运行中,这个框架通过配置、抽象以及扩展模型,用于管理分析算法的执行。当然,在Predix这个框架内已经具备了一些分析的算法与模型。
  
    谈到这里,不难理解为什么市场上的主流工业云平台都提供第三方的开发功能?究其原因,在于不同行业的企业在数据分析需求方面是完全不同的,而不同的行业需要不同的分析算法和计算模型来实现对数据的分析。GE不能拿航空发动机的数据模型来分析工业生产过程的数据。因此,Predix的工业应用案例都是围绕GE熟悉的领域在做。面对众多的行业需求,Predix必须提供第三方开发功能,借助这些行业中的专业开发者来针对性的设计分析模型和算法,进而将Predix推广到所有行业。
 
    3)Predix云应用及开发服务
 
    Predix是一个构建在CloudFoundry之上的PaaS平台。实际上,目前几乎所有的物联网云平台都构建在CloudFoundry平台上,CloudFoundry号称工业界唯一的云应用平台。
 
    那么,CloudFoundry到底是什么?
 
    简单来说,Cloud Foundry是VMware推出的业界第一个开源PaaS云平台,它支持多种框架、语言、运行时环境、云平台及应用服务,使开发人员能够在几秒钟内进行应用程序的部署和扩展,无需担心任何基础架构的问题。Cloud Foundry云平台支持各种框架的灵活选择,这些框架包括Spring for Java,.NET,Ruby on Rails,Node.js,Grails,Scala on Lift以及更多合作伙伴提供的框架(如Python,PHP等),大大提高了平台的灵活性。也就是说,如果想基于云平台做开发和部署,Cloud Foundry能提供所有支撑开发过程的语言、平台环境和开发框架。Cloud Foundry不但提供最完善的云应用开发环境,而且还开源。目前,GE Predix、西门子MindSphere、施耐德EcoStruxure等主流工业物联网平台都是基于Cloud Foundry框架提供云应用开发服务。Cloud Foundry实际上已经成为工业云应用的标准开发框架。
  
    二、Predix工业互联网平台点评
 
    Predix已经成为行业最具影响力的工业互联网平台。Predix的四大核心功能是链接资产的安全监控、工业数据管理、工业数据分析、云技术应用和移动性。GE希望将Predix打造全球范围内的工业互联网标准,成为各个合作伙伴都愿意参与的生态系统。
 
    实际上,由于GE一直从事的都是与基础设施相关的制造业服务,如航空、能源、电力、医疗等,GE积累的数据主要是产品运行状态数据,如飞机发动机引擎、医疗数据、能源数据等。GE擅于对产品运行状态的数据进行采集,但对于产品的生产和制造过程的数据采集,经验并不如西门子这样的工业自动化厂商丰富。由于西门子在工业自动化控制领域具有丰富的经验,MindSphere平台的推进方向是先做好底层的工业设备互联和数据采集,再实现从OT向IT的延伸。
 
    而Predix的方向刚好相反,借助美国在互联网领域的强大优势,GE通过与IT厂商的合作,将互联网向工业领域推进,实现从IT向OT的延伸。比如GE就通过与思科合作推出了支持Predix的工业路由器,经过强化处理,能经受石油和燃气设施的恶劣环境考验。通过与英特尔合作,将英特尔的处理器和Predix软件集成起来,在任意设备中嵌入智能联网接口。在网络连接性方面,GE与软银、Verizon和沃达丰达成联盟,为工业互联网优化无线网络连接方案。GE还与AT&T合作,通过AT&T的网络将火车、货轮和飞机引擎连入云端。
 
    从目前来看,国内的IT厂商更倾向于推出类似Predix的工业互联网平台,其优势是暂时不需要过多的考虑底层的工业标准和协议,以互联网为基础,实现产品层面的互联,重点采集产品的使用状态和运行数据,并通过软件和算法实现对这些数据的分析,进而指导产品的销售和生产。长远来看,随着智能制造战略的推进,Predix要深化应用和发展,必须在工业车间层与MindSphere工业物联平台直接竞争,实现对工业生产设备和过程的数据采集和分析,最终做到对智能工业的过程控制和优化。
 
责任编辑:李欢
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