可快速部署的低成本多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集和可視化解決方案 —— 基于宜科邊緣控制器和IoTHub平臺(tái)的設(shè)備智能管理應(yīng)用
宜科（天津）電子有限公司成立于2003年，位于天津市西青經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，在中國(guó)天津和德國(guó)德累斯頓設(shè)有研發(fā)中心。公司將“自動(dòng)化技術(shù)+數(shù)字化工廠+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”定義為重要的發(fā)展戰(zhàn)略，圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)力，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、工業(yè)軟件等方面積累了大量項(xiàng)目案例和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域擁有核心產(chǎn)品和方案，在系統(tǒng)集成解決方案領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。
1、 項(xiàng)目概況
宜科邊緣控制器利用宜科IoTHubTM工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能平臺(tái)和Workbench工業(yè)APP快速開(kāi)發(fā)工具，提供“設(shè)備連接+數(shù)據(jù)可視化”應(yīng)用模式，將成為中小企業(yè)管理者直觀了解工廠運(yùn)行狀態(tài)的最有效方式。
1. 項(xiàng)目背景
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心。工業(yè)設(shè)備上云正成為牽引工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展的先導(dǎo)性應(yīng)用，也是當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的切入點(diǎn)。
工業(yè)設(shè)備上云就是通過(guò)建立實(shí)時(shí)、系統(tǒng)、全面的工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集體系。構(gòu)建基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)匯聚、分析和服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)警、性能優(yōu)化，引導(dǎo)帶來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的功能演進(jìn)和規(guī)模商用。工業(yè)設(shè)備種類(lèi)繁雜、數(shù)量多、通信協(xié)議與數(shù)據(jù)格式各異，當(dāng)前尚缺乏有效的技術(shù)手段能夠低成本、便捷地實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備快速接入平臺(tái)，導(dǎo)致絕大部分平臺(tái)的設(shè)備接入數(shù)量有限。
2. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
基于宜科邊緣控制器，提供“數(shù)據(jù)+應(yīng)用”的服務(wù)，充分利用IoTHubTM工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能平臺(tái)IaaS和PaaS資源，以及邊緣計(jì)算設(shè)備的性能，提供數(shù)據(jù)采集能力和數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。
數(shù)據(jù)：系統(tǒng)提供多種協(xié)議接口，支持典型的工業(yè)控制器、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)采集監(jiān)控終端，并提供協(xié)議連接及數(shù)據(jù)交互操作。
應(yīng)用：工業(yè)APP開(kāi)發(fā)工具，方便提供生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、調(diào)試維護(hù)配置、報(bào)警相應(yīng)及處理、報(bào)表實(shí)時(shí)更新及顯示生成等功能，方便平臺(tái)應(yīng)用。
數(shù)據(jù)+應(yīng)用=服務(wù)
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，支持市場(chǎng)二十種以上主流工業(yè)協(xié)議解析，支持二十萬(wàn)臺(tái)設(shè)備并發(fā)連接，提供面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的圖形化、拖拽式和低代碼快速開(kāi)發(fā)APP工具，支持本地、私有云、共有云混合或單一部署，提供多個(gè)重點(diǎn)垂直領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用APP。
在汽車(chē)整車(chē)及零部件、裝備制造、冶金、電子信息領(lǐng)域發(fā)展客戶(hù)上千家，設(shè)備連接數(shù)超百萬(wàn)。在設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)報(bào)警等方面，幫助廣大中小制造業(yè)企業(yè)解決“數(shù)據(jù)之痛”，提升生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高管理水平，助力企業(yè)做大做強(qiáng)。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
針對(duì)于廣大中小企業(yè)，提供數(shù)據(jù)采集+可視化方案，直接將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)經(jīng)由IoTHub平臺(tái)轉(zhuǎn)換處分析后，通過(guò)高度定制化的工業(yè)APP和Dashboard客戶(hù)端呈現(xiàn)給客戶(hù)，與市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品相比，產(chǎn)品價(jià)格和部署周期有巨大優(yōu)勢(shì)。
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
面向中小企業(yè)制造過(guò)程最重要的數(shù)據(jù)化環(huán)節(jié)，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及平臺(tái)理念，提供智能現(xiàn)場(chǎng)連接采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邊緣處理以及工業(yè)APP微服務(wù)。
圖1項(xiàng)目總體架構(gòu)
2.邊緣部署架構(gòu)和主要內(nèi)容
宜科IoTHubTM是由宜科德國(guó)研發(fā)中心與宜科中國(guó)研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合打造的一款面向工業(yè)4.0智能制造應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)連接管理應(yīng)用、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能的邊緣層設(shè)備平臺(tái)，可結(jié)合不同的應(yīng)用場(chǎng)景及部署環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用屬性，面向工業(yè)制造業(yè)，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及平臺(tái)理念，作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)邊緣層、PaaS層、SaaS層提供賦能應(yīng)用支撐。同時(shí)，面向制造業(yè)智能制造過(guò)程最重要的數(shù)據(jù)化環(huán)節(jié)，提供智能現(xiàn)場(chǎng)連接采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邊緣處理以及工業(yè)APP微服務(wù)。
（1）邊緣數(shù)據(jù)采集和可視化主要內(nèi)容
將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)控制器、數(shù)控與檢測(cè)設(shè)備、人工數(shù)據(jù)通過(guò)IoTHub邊緣控制器進(jìn)行異構(gòu)協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換后，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)與軟件數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳到云端。基于IoTHub平臺(tái)自身內(nèi)置的邏輯交互及規(guī)則引擎，提供輕量化MES系統(tǒng)的功能，用戶(hù)應(yīng)用界面通過(guò)工業(yè)APP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。通過(guò)微服務(wù)的方式，主要解決工業(yè)制造領(lǐng)域各個(gè)場(chǎng)景下各類(lèi)機(jī)器及設(shè)備的控制器、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)智能終端與本地或云端數(shù)據(jù)庫(kù)，以及現(xiàn)場(chǎng)操作及遠(yuǎn)程操作人員之間的互聯(lián)互通。作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決方案的初級(jí)配置，適用于典型的制造業(yè)落地應(yīng)用。
圖2數(shù)據(jù)采集和可視化總體架構(gòu)
（2）宜科邊緣控制器
IoTHub邊緣控制器是IT和OT之間的物理接口，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的南向與北向“互聯(lián)互通”。IoTHub邊緣控制器產(chǎn)品（圖3）包括IoTHub Agent邊緣采集網(wǎng)關(guān)、工控機(jī)等。結(jié)合不同的采集、處理及存儲(chǔ)需求，邊緣控制涵蓋ARM架構(gòu)、X86架構(gòu)的處理器，支持Linux及Windows操作系統(tǒng)，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)典型的數(shù)據(jù)接口類(lèi)型，典型的南向物理接口包括RJ45（LAN）、RS232、RS485、GPIO等接口，支持主流的PLC協(xié)議及數(shù)控協(xié)議，用于連接邊緣層設(shè)備。北向提供RJ45（WAN）、4G、WiFi等網(wǎng)絡(luò)接口，支持標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、MQTT等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于連接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能平臺(tái)（圖4），完成IT與OT的物理融合。
圖3宜科IoTHub邊緣控制器
圖4宜科IoTHub邊緣控制器部署方式
（3）基于IoTHub的新型自動(dòng)化上位App開(kāi)發(fā)環(huán)境
圖 5 基于IoTHub的新型自動(dòng)化上位App開(kāi)發(fā)環(huán)境
通用開(kāi)發(fā)環(huán)境主要用于開(kāi)發(fā)工業(yè)APP。工業(yè)APP分成兩類(lèi)：邊緣層APP（圖6） 和應(yīng)用層APP（圖7）。通用開(kāi)發(fā)環(huán)境基于宜科WorkBench工業(yè)APP開(kāi)發(fā)工具構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)圖形化低代碼快速開(kāi)發(fā)和一鍵式部署，并提供工業(yè)APP應(yīng)用商場(chǎng)。
圖 6 應(yīng)用層App開(kāi)發(fā)環(huán)境界面
圖 7邊緣層App開(kāi)發(fā)環(huán)境界面
3. 具體應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式
（1）應(yīng)用場(chǎng)景
設(shè)備可視化：對(duì)企業(yè)設(shè)備進(jìn)行幾何建模，可以直觀、真實(shí)、精確地展示設(shè)備分布、設(shè)備運(yùn)行狀況，同時(shí)將設(shè)備模型與實(shí)時(shí)、檔案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綁定，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在二維場(chǎng)景中的快速定位與基礎(chǔ)信息查詢(xún)。
設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)：通過(guò)對(duì)設(shè)備的集中式管理，人員分權(quán)限使用，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)；遠(yuǎn)程設(shè)置策略，批量、定時(shí)定點(diǎn)操作；設(shè)備視頻集成、遠(yuǎn)程呼叫。
數(shù)據(jù)分析：通過(guò)采集設(shè)備的原始數(shù)據(jù)：如電流電壓等；或者采集設(shè)備的結(jié)果數(shù)據(jù)：如報(bào)警，故障等，積累設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)，設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)告，設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行報(bào)告等。
實(shí)時(shí)報(bào)警：制造商自動(dòng)化水平越來(lái)越高，很多崗位實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無(wú)人生產(chǎn)，甚至往黑燈工廠。針對(duì)設(shè)備故障后無(wú)人在現(xiàn)場(chǎng)不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)顯示設(shè)備故障并主動(dòng)推送。
（2）應(yīng)用模式
針對(duì)于廣大中小企業(yè)，提供數(shù)據(jù)采集+可視化方案，直接將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)經(jīng)由IoTHub平臺(tái)轉(zhuǎn)換處分析后，通過(guò)高度定制化的工業(yè)APP和Dashboard客戶(hù)端呈現(xiàn)給客戶(hù)。
4.安全及可靠性
（1）安全機(jī)制
通過(guò)開(kāi)發(fā)示例性協(xié)議過(guò)濾器組件（MQTT），開(kāi)發(fā)Android應(yīng)用程序的安全執(zhí)行套件，建立應(yīng)用程序隔離機(jī)制；建立虛擬機(jī)移動(dòng)到組件的安全隔離機(jī)制，滿足本地和云端平臺(tái)安全訪問(wèn)需求。
（2）可靠性
產(chǎn)品基于Kafka事件處理總線流處理平臺(tái)，具有高可靠性、高擴(kuò)展性、搞數(shù)據(jù)吞吐能力的特性，滿足IoTHub內(nèi)部模塊之間快速、安全、可靠和可伸縮的數(shù)據(jù)交換。
三、下一步實(shí)施計(jì)劃
1. 計(jì)劃1豐富協(xié)議支持種類(lèi)
繼續(xù)完善設(shè)備連接管理能力，最終達(dá)到支持市場(chǎng)全部主流設(shè)備管理協(xié)議的目標(biāo)。
2. 計(jì)劃2拓展垂直行業(yè)應(yīng)用
在現(xiàn)有汽車(chē)整車(chē)和零部件行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，深耕垂直行業(yè)應(yīng)用，拓展機(jī)械制造、新能源、冶金、電子信息等行業(yè)解決方案。
3. 計(jì)劃3建立生態(tài)體系
針對(duì)不用用戶(hù)特性及資源需求，整合合作伙伴解決方案，包括對(duì)于云資源、網(wǎng)絡(luò)資源、采集硬件的系統(tǒng)認(rèn)證模式，為用戶(hù)提供穩(wěn)定可靠的參考方案。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
1. 項(xiàng)目先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
（1）多源異構(gòu)協(xié)議兼容的數(shù)據(jù)集成
采用可擴(kuò)展異構(gòu)協(xié)議解析器，接入工業(yè)控制器、數(shù)控設(shè)備、人工接口、物聯(lián)網(wǎng)終端、工業(yè)軟件等五種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源。
（2）圖形化低代碼通用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境
建立圖形化低代碼通用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)圖形化編輯、自動(dòng)代碼生成、分布式編譯、一鍵式部署和工業(yè)APP應(yīng)用商店的集成，能夠有效提高工業(yè)APP開(kāi)發(fā)部署效率。
（3）可視化垂直閉環(huán)應(yīng)用
以簡(jiǎn)單的設(shè)備接入和分布式APP為展現(xiàn)形式，打通從數(shù)據(jù)采集到設(shè)備管理可視化的垂直閉環(huán)應(yīng)用鏈。
2. 實(shí)施效果
IoTHub邊緣控制器的核心是能夠有效解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地過(guò)程中的困難及問(wèn)題，能夠切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造業(yè)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、使用云平臺(tái)及大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)制造增值服務(wù)技術(shù)融合應(yīng)用。特別是無(wú)法負(fù)擔(dān)或接受通過(guò)對(duì)于企業(yè)進(jìn)行MES系統(tǒng)實(shí)施提升企業(yè)數(shù)據(jù)化的中小微企業(yè)，從工業(yè)企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)宜科過(guò)往的案例與實(shí)踐，針對(duì)中小企業(yè)在“人、機(jī)、料、法、環(huán)”各個(gè)環(huán)節(jié)都普遍存在的“痛點(diǎn)”，包括如何實(shí)現(xiàn)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人等要素間信息實(shí)時(shí)高效采集和互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)工作——數(shù)據(jù)化。
面向智能制造現(xiàn)場(chǎng)的連接采集應(yīng)用，針對(duì)制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種類(lèi)型的設(shè)備、控制器、數(shù)據(jù)庫(kù)，以及人員的連接及數(shù)據(jù)采集提供快速便捷的接入管理方案，并基于宜科自身內(nèi)置的邏輯交互及規(guī)則引擎，提供輕量化MES系統(tǒng)的功能，用戶(hù)應(yīng)用界面通過(guò)工業(yè)APP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。通過(guò)微服務(wù)的方式，主要解決工業(yè)制造領(lǐng)域各個(gè)場(chǎng)景下各類(lèi)機(jī)器及設(shè)備的控制器、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)智能終端與本地或云端數(shù)據(jù)庫(kù)，以及現(xiàn)場(chǎng)操作及遠(yuǎn)程操作人員之間的互聯(lián)互通。作為數(shù)據(jù)化解決方案的初級(jí)配置，適用于典型的制造業(yè)落地應(yīng)用，快速實(shí)施快速應(yīng)用，為智能制造解決方案系統(tǒng)集成商提供了快速開(kāi)發(fā)、部署以及管理應(yīng)用的系統(tǒng)平臺(tái)，以較小的基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展、數(shù)據(jù)管理和歸集投入，便捷的通訊協(xié)議接入及配置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化應(yīng)用，降低開(kāi)發(fā)成本、大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。
聲明
本報(bào)告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見(jiàn)。本報(bào)告所有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開(kāi)場(chǎng)合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
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