工業(yè)APP,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)而生
負(fù)責(zé)IT(互聯(lián)網(wǎng)技術(shù))和OT(運(yùn)營(yíng)技術(shù))的管理者,在工業(yè)化和信息化融合的幾十年來(lái),井水不犯河水:IT看重業(yè)務(wù)流程合理,OT看重業(yè)務(wù)執(zhí)行穩(wěn)定。從具體的面向?qū)ο髞?lái)看,OT與IT的區(qū)別主要是體現(xiàn)設(shè)備的邊緣端,OT的世界遵從物理進(jìn)化的原理和機(jī)制,發(fā)展比較緩慢:源自控制,專(zhuān)注于運(yùn)營(yíng)。
然而,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,和數(shù)據(jù)流動(dòng)變得空前容易,激發(fā)了人們對(duì)于數(shù)據(jù)價(jià)值的想象,從而大大促使了OT和IT融合的必要性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在很多層面上就是統(tǒng)一IT和OT的視角。但I(xiàn)T和OT二者自身的需求、緯度、思維方式太不一樣,融合是非常困難的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及,不同于常規(guī)的企業(yè)管理軟件ERP和執(zhí)行管理系統(tǒng)MES應(yīng)用,它不僅僅是收集數(shù)據(jù)豐富性和顆粒度的問(wèn)題,而更多是要考慮這些數(shù)據(jù)背后的價(jià)值,這只能站在更高的戰(zhàn)略崗位上才可以評(píng)估和定義。
GE在2018年的報(bào)告中指出,真正數(shù)字轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場(chǎng),恰恰是發(fā)生在IT和OT交界的地方。實(shí)際上GE更傾向于OT技術(shù)的魅力將得到極大釋放,“IT正在失去魔法,OT的指揮棒正在緩緩升起”。而ARC咨詢團(tuán)隊(duì)在2016年提出的IT和OT融合成熟度模型中,描述了人員、流程、技術(shù)和測(cè)量之間在各融合度的關(guān)系,也表明了一點(diǎn),需要連接邊緣和云、需要處理各種OT協(xié)議和數(shù)據(jù)格式,都是IIoT大顯身手的地方。
圖1:設(shè)備連接與IT應(yīng)用的融合
IT要下沉,OT要上升,從各種系統(tǒng)匯流而來(lái)的數(shù)據(jù)要分析,這就使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的崛起成為可能,使得面向工業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)大大加速。IIoT平臺(tái),為工業(yè)APP應(yīng)用的開(kāi)發(fā),提供了一張充滿沃土的溫床。
數(shù)據(jù)重力,推動(dòng)邊緣的進(jìn)化
設(shè)備的數(shù)據(jù),具有一種“沉底”的特性。它很少被真正打撈上來(lái)使用。因?yàn)楣I(yè)數(shù)據(jù)最大的特點(diǎn)就是海量,而且無(wú)序。在工業(yè)發(fā)展數(shù)百年歷史上,產(chǎn)線的管理者從來(lái)不曾正眼看過(guò)它們。它被列入考慮對(duì)象也就是最近幾年的事情。
例如,僅僅單個(gè)數(shù)控機(jī)床設(shè)備,每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就可以達(dá)到400M。按照一條產(chǎn)線上有10個(gè)工位十臺(tái)設(shè)備計(jì)算,有五條產(chǎn)線的話,那么一個(gè)簡(jiǎn)單的工廠,數(shù)據(jù)生產(chǎn)量每秒鐘可以達(dá)到20G!想想一個(gè)人,手機(jī)流量也不過(guò)是每個(gè)月10G左右。二者相差500萬(wàn)倍!
工廠的大數(shù)據(jù),往往都是垃圾數(shù)據(jù)山,主要表現(xiàn)在六大癥狀:數(shù)據(jù)很臟(必須大量的算法清洗,才能有可用數(shù)據(jù))、頻率不同(現(xiàn)場(chǎng)觸發(fā)的頻率非常不同)、海量、大小不一(數(shù)據(jù)的容量大小不一)、種類(lèi)很多(各種異構(gòu)數(shù)據(jù)源)、跨學(xué)科導(dǎo)致的關(guān)系復(fù)雜 (數(shù)據(jù)機(jī)制來(lái)自“機(jī)光電熱磁”等不同學(xué)科領(lǐng)域)。
如此龐大的數(shù)據(jù),大多數(shù)是沒(méi)有用的,只能留在機(jī)器端。這就是所謂的“數(shù)據(jù)重力”。
它使得大量的數(shù)據(jù)被丟棄在車(chē)間的地板上、設(shè)備周?chē)目諝庵小?/p>
數(shù)據(jù)重力,導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)無(wú)法上云端,也就無(wú)法完成分析。而這幾年物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算能力的發(fā)展,推動(dòng)了人們對(duì)于邊緣智能的思考。太重的數(shù)據(jù),可以就地處理。在大數(shù)據(jù)分析的時(shí)代,這個(gè)任務(wù)交給了邊緣計(jì)算。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),本身就是一個(gè)分布式的計(jì)算平臺(tái),它很好地解決云和邊緣的集成問(wèn)題。通過(guò)連接、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理和機(jī)器學(xué)習(xí),為真正打開(kāi)數(shù)據(jù)的分析價(jià)值,提供了一個(gè)認(rèn)真的鑰匙。這也為面向場(chǎng)景應(yīng)用的工業(yè)APP的開(kāi)發(fā)和部署,提供了極大的方便。
工業(yè)APP的春天正在來(lái)臨
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中間的PaaS平臺(tái)(Platform as a Service)是最重要的部分。目前最有雄心壯志的選手,都在聚焦這個(gè)地方。新型API技術(shù)和與環(huán)境無(wú)關(guān)的容器封裝技術(shù),使得平臺(tái)本身的快速部署和應(yīng)用。有了工業(yè)PaaS平臺(tái)的支撐,面向場(chǎng)景的工業(yè)APP應(yīng)用,也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下最具憧憬的一個(gè)領(lǐng)域:千軍萬(wàn)馬過(guò)大江的局面,正在呼之欲出。
圖2:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)(source:白皮書(shū))
平民開(kāi)發(fā)師(Citizen developer)也就是非專(zhuān)業(yè)軟件人士,正在大量涌現(xiàn),當(dāng)前很多企業(yè)的設(shè)備維護(hù)都是這一類(lèi)人員,如果也能使用軟件環(huán)境,輕松部署,這就需要有大量輕代碼的編程、大量拖拽式的應(yīng)用。
2017年10月,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭美國(guó)通用電氣公司GE與蘋(píng)果達(dá)成合作,兩家公司將共同開(kāi)發(fā)企業(yè)級(jí) iOS 應(yīng)用,并推出全新的Predix SDK,重點(diǎn)就是物聯(lián)網(wǎng)。GE 將為自己開(kāi)發(fā) iOS 應(yīng)用以及商業(yè)合作伙伴,并在全公司部署 iPhone 和 iPad。
這個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)APP應(yīng)用,背后有一個(gè)真實(shí)的故事。
加州州立大學(xué)的計(jì)算機(jī)系學(xué)生在GE Predix的創(chuàng)新大賽中,發(fā)明了一款A(yù)PP,可以利用學(xué)校三個(gè)不同的能源點(diǎn)(太陽(yáng)能光伏板、熱電氣聯(lián)產(chǎn)等)的能源消耗數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出最佳的供電量。該項(xiàng)目獲得了10000美元的獎(jiǎng)金。
圖3:GE創(chuàng)新APP競(jìng)賽的優(yōu)勝者團(tuán)隊(duì)
一直在思考電廠如何更加有效運(yùn)行的GE團(tuán)隊(duì),受TITAN的啟發(fā)非常大,因?yàn)樗麄兊囊粋€(gè)方向就是更好地解決管道蒸汽損耗。隨后,開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)又在iPhone的應(yīng)用商店中找到一例照相機(jī)輔助應(yīng)用,可以獲得快速、高效和低成本形成熱成像技術(shù)。這讓他們覺(jué)得找到了提高電廠效率的方法。
GE的APP研發(fā)團(tuán)隊(duì)跟亞特蘭大電廠的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理合作。后者陪著他們一起走訪了現(xiàn)場(chǎng)的各種管道,并指出哪些管道接口是可能漏汽從而造成熱損耗的。
借助于這些領(lǐng)域?qū)<宜鶚?biāo)定的異常故障圖像,再結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和成像工具,GE開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)隨后開(kāi)發(fā)了一款A(yù)PP,面向管道的熱成像工具TITAN(異常報(bào)警熱成像工具),每年可以節(jié)省50000美元。
代價(jià)竟是如此之小。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的大學(xué)生們只獲得了10000美元的獎(jiǎng)金。而GE的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)僅僅用了6個(gè)就開(kāi)發(fā)出這樣一個(gè)效果神奇的工業(yè)APP。
這就是數(shù)字組合創(chuàng)新的魅力,就像是高中畢業(yè)生的舞會(huì),空氣中彌漫著隨時(shí)可以撮合的火花。
而要滿足數(shù)字化的全新組合,所有的要素盡量服務(wù)化。這樣得以釋放的數(shù)據(jù)就可以輕松成為場(chǎng)景應(yīng)用的基本素材。借助于一個(gè)松耦合、多方可以調(diào)用的資源,工業(yè)APP把各種數(shù)據(jù)重新組合,經(jīng)過(guò)信息化、知識(shí)化的處理,封裝成可以執(zhí)行或者調(diào)用的模塊。
云化風(fēng)正盛
上云的應(yīng)用,場(chǎng)景意圖往往很明顯,需求變化也很快。為了適應(yīng)這種快速變化,就要微服務(wù)化,這就是最近幾年微服務(wù)非常流行的原因。微服務(wù)可以為各類(lèi)APP開(kāi)發(fā)者提供滿足場(chǎng)景應(yīng)用的資源池調(diào)用,因此它正在成為全新的潮流。一心要往云方向轉(zhuǎn)型的金蝶,據(jù)說(shuō)已經(jīng)有了幾百種微服務(wù)。
在今年德國(guó)漢諾威博覽會(huì)上,某傳感器制造商推出了可編程的傳感器,同時(shí)建立了一套軟件體系,可以幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員建立面向傳感器應(yīng)用的APP Space。這大大改變了傳統(tǒng)上對(duì)傳感器只有開(kāi)關(guān)信號(hào)的認(rèn)知。軟件定義硬件,已經(jīng)武裝到設(shè)備最末端的牙齒上了。而該制造商同時(shí)推出了APP Space的編程社區(qū),旨在推動(dòng)那些在現(xiàn)場(chǎng)的人員,也成為APP的開(kāi)發(fā)者,實(shí)現(xiàn)各種靈活的功能,具有非常大的吸引力。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)走向平民化,非IT專(zhuān)業(yè)人士也可以輕松上手工業(yè)APP應(yīng)用。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步,一種開(kāi)放式的知識(shí)洪流,在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上轟鳴,并重新匯成令人興奮的場(chǎng)景應(yīng)用。
數(shù)據(jù)云梯,推動(dòng)OT與IT數(shù)據(jù)融合
IT由管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、支撐管理流程的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成,通常報(bào)告給CIO,這些管理的應(yīng)用程序包括ERP、MES、EAM、WMS等。而OT由管理生產(chǎn)資產(chǎn)、保持順暢運(yùn)營(yíng)的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成,通常報(bào)告給COO,管理的應(yīng)用程序包括PLC、PCD、SCADA、SIS、數(shù)據(jù)歷史和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)等。
這些數(shù)據(jù)要實(shí)現(xiàn)融合,意味著要克服數(shù)據(jù)重力,完成從地板到天花板的遷移。
這些數(shù)據(jù)有三條通道可以直達(dá)天花板:帶通訊能力的傳感器、網(wǎng)關(guān)和PLC。對(duì)于褐色工廠(brown field),很難采用PLC/IPC,因?yàn)閷?duì)PLC重新編程會(huì)有很多困難;這個(gè)時(shí)候,一般采用網(wǎng)關(guān)集成的方式。而對(duì)于綠色工廠(green field),也就是通過(guò)使用當(dāng)下各種接口的PLC/IPC,包括支持OPC UA協(xié)議的,都可以有很多自由的選擇;對(duì)于一些褐色工廠,傳感器也是適合的。但是這一點(diǎn)不能規(guī)模化,這種多帶有通訊能力的傳感器,成本還是會(huì)太高。
圖4:數(shù)據(jù)云梯
數(shù)據(jù)要完成從設(shè)備級(jí)的地板,升到企業(yè)級(jí)的天花板。需要闖過(guò)三關(guān),第一關(guān)是設(shè)備連接;第二關(guān)是數(shù)據(jù)重力識(shí)別,對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;第三關(guān)是建立面向個(gè)人的APP應(yīng)用。
對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)而言,最需要的就是搭建這樣一個(gè)“數(shù)據(jù)云梯”,來(lái)完成數(shù)據(jù)上上下下的運(yùn)載,從而豐富工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用。
針對(duì)這種局面,宜科電子采用了一種IoT Hub的思路,通過(guò)三駕馬車(chē)實(shí)現(xiàn)從邊緣到云端的一攬子數(shù)據(jù)解決方案。一是面向連接的大胃王的IoT Hub邊緣端,完成各種設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,尤其是對(duì)PLC的采集;二是在邊緣層構(gòu)建ThingsWise大數(shù)據(jù)分析軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析;這兩者完成了對(duì)數(shù)據(jù)的邊緣分析和計(jì)算。最后,通過(guò)工業(yè)APP快速生成工具WorkBench的應(yīng)用端,可以使得“平民程序員”(citizen developer)用最少代碼的方式,通過(guò)視圖和拽曳,就可以快速生成APP,并且可以適配各種移動(dòng)操作系統(tǒng)。
這就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備連接、邊緣分析和APP應(yīng)用的“三位一體”的使能平臺(tái),從而使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以面向場(chǎng)景應(yīng)用來(lái)處理各種設(shè)備和數(shù)據(jù)。
例如在博世的一個(gè)純蒸汽發(fā)生器的場(chǎng)景中,大型設(shè)備往往需要多個(gè)本地的HMI,而且部分工序需要人工操作(如轉(zhuǎn)換、物料再存儲(chǔ)等)。
圖5:為博世提供IoT Hub解決方案
而在IoT Hub的三位一體解決方案中,通過(guò)OPC UA采集過(guò)程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并通過(guò)WiFi傳輸,然后在移動(dòng)端分析各種KPI信息。這使得機(jī)器故障可以及時(shí)得到反饋,同時(shí)節(jié)省了固定的HMI,也不需要多次切換。
在5月份天津的第二屆世界智能大會(huì)上,宜科電子總經(jīng)理張?chǎng)伟l(fā)表了以《賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) 使能云制造》為主題的演講,提到:“宜科的理念是搭建一個(gè)‘?dāng)?shù)據(jù)云梯’,將邊緣層的數(shù)據(jù)送至云端,在Paas層利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理;在Saas層通過(guò)提供工業(yè)APP等創(chuàng)新工具,將數(shù)據(jù)應(yīng)用展示出來(lái)。” 這樣的賦能平臺(tái),核心IoT Hub就像是一個(gè)“數(shù)據(jù)云梯”,使數(shù)據(jù)能力真正成為一種戰(zhàn)略上的資源優(yōu)勢(shì)。
一個(gè)好的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,需要行業(yè)領(lǐng)域?qū)<姨岢鲂枨蠛兔枋觯@是企業(yè)必須要獨(dú)立解決的--在很大程度上,這也是一個(gè)企業(yè)Know-how的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)之上,可以通過(guò)外包團(tuán)隊(duì)或者全職程序員完成資產(chǎn)建模。而剩余的設(shè)備連接、數(shù)據(jù)分析、到工業(yè)APP的生成,都是數(shù)據(jù)云梯可以大展身手的地方。
小記
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)大大加速了IT、OT的融合過(guò)程。數(shù)據(jù)開(kāi)始從設(shè)備中掙脫數(shù)據(jù)重力,像珠子一樣,四處滾落。而借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)云梯,一部分經(jīng)過(guò)邊緣計(jì)算和分析就地處理,一部分則上升到IT層,都是業(yè)務(wù)決策的一部分。
在機(jī)器和人的注視中,上上下下的數(shù)據(jù)開(kāi)創(chuàng)著一個(gè)技術(shù)上分工合作的數(shù)字時(shí)代。
評(píng)論
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