一文读懂MindSphere

1、一文入门西门子MindSphere IOT平台2017 年 12 月 15 日 21:47:06 阅读数：1715竞品分析 西门子mindsphere IoT平台本文目的：认清对手，学习借鉴。目标读者：项目团队。1产品概述MindSphere是西门子2016年推出的、基于云Cloud Foundry? 而构建的开放 式物联网操作系统。可以部署在公有云上，如 Amazon Web Services Micro soft Azure、SAP Cloud平台和 Atos Canopy;今后也可以部署在专为某个企 业构建的私有云上。采用MindSphere ,企业可以实现真实世界中的产品、工厂、机器和

2、系统的连接， 以提取并分析真实的性能和应用数据。数据分析可从原始数据中获得相关信息和 分析结果。CoMiflMrartiQnMindSpheref ： 111OatmiccMBFIvIddAtiDatabaseLive- systen主要功能包括：-创建和管理客户-在MindSphere创建、管理、编辑资产-通过MindConnect收集现场设备数据(S7, OPC UA),并传送到MindSphere-可视化和更新数据(时间序列)-展示数据点，开启资产的状态请求-管理在线资产和规则引擎-开发新应用2产品市场现状盈利模式费用每月在“欠款”中可查看。MindAccess User 基础费用：包括

3、50个用户和一个承租人可变费用：MindAccess额外用户费用MindSphere Data Model Fee (按照 MindSphere Units 的总数计算，计算公 式如下：(MindSphere Units total) = 150 MindSphere Units per Asset x (n umber of Assets)购买使用生态APP的费用，按需付费重点应用领域工业、制造业等领域。一是历史原因，西门子本身是有很强的硬件生产背景的企业，有这方面智能化的需求，沉淀在该平台上。二是从增值应用上来看，有一个针对机床的专用应用，暂无其他领域的专用应 用。相信从制造业应用场景出发

4、，MindSphere未来将会拓展到交通、楼宇、能源等 更为广阔的应用领域。合作伙伴合作伙伴通过为他们的客户创建App和相关服务从而生成 MindSphere周边业务，合作伙伴包括：?咨询和战略合作伙伴改善数字化业务，以及实现工业4.0战略。?应用开发者开发定制型应用，以及以托管服务的方式提供应用。?系统集成商实现不同系统的数据源与来自MindSphere的数据之间的集成。?技术提供商为MindSphere提供例如工具或专用分析模块。?基础设施即服务(IaaS)提供商按照客户的选择结果提供用于部署MindSphere的基础设施。?数据采集开发者开发定制型连接解决方案或者创建可复用设备。3产品结

5、构分析产品功能结构MindSphere可以帮助客户快速实现其数字化商业模式。无需编程技术，也不需 要关停设备。利用MindConnect组件的即插即用连接，客户可以快速地使用MindSphere。具体过程如下：?设置并连接 MindConnect组件?通过IoT Data Modeler组态需要发送给 MindSphere的数据?利用集成有规则引擎的 Fleet Manager进入第一个界面并定义相关操作各层协议及通讯方式MindConnect- MindSphereMindConnect组件只允许连接 MindSphere平台并将数据发送给该平台。Mind Connect组件与MindSph

6、ere平台之间的全部通信都采用传输层安全(TLS)标准进行加密。例如，MindConnect Nano只通过已经建立的、连接至 MindSphere 平台的 HTTPS对外连接进行基于 HTTPS的、与防火墙友好的互联网出站通信 (HT TPS 端口 443)(该连接的建立由 MindConnect Nano 而非 MindSphere 平 台发起)。即使更新了 MindConnect Nano上的固件，仍然遵守 仪出站”规则。Device - MindConnectS7 protocol or OPC UA protocols.3.3产品功能规格Roles within MindSphere

7、 MindAccess Developer可以进入开发系统，开发和测试 appso 可用工具包括： IoT Data ModelerMindSphere Application Manager MindAccess User权限包括：Configuring AssetsUser configurationAccess to applicationsSaving dataIoT Data Modeler Roles权限颗粒度非常细，几乎是该模块的每个步骤权限控制。FleetManager 的用户权限取自 IoT Data Modeler Roles.MindConnect ElementsMin

8、dConnect NanoIoT 2040 性能差异:-250 data points / 1 second (max 80 000 values / hour) for MindConne ct Nano.- 15 data points / 1 second (max. 2880 values / hour) for MindConnect IoT 2040.MindConnect Nano硬件参数：x86架构PC ,处理器:Intel Celeron N2807。作用：收集并加密数据，传输到 MindSphere平台。包括：接地线、电源供电线、USB 口、开关键、连接MindSphere

9、专用网口、连 接自动化话设备专用网口。MindConnect IOT 2040硬件：x86 架构，处理器：Intel Quark X1020.The surface of the device can reach temperatures of over 70 C.MindConnect FB 1500用于连接 S7-1500 controller 至 MindSphere.MindConnect LIB类似MindConnect SDK,拥有developer角色的用户方可免费下载。MindConnect库可协助开发人员将定制型软件代理连接至MindConnet API:?库的代码很短，可以

10、方便地集成第三方设备资产?可以定制数据采集功能?可将数据直接发送给 MindSphere ,无需掌握任何Internet协议知识?可以简化MindSphere的通信与调试过程。?支持运行于通用操作系统IoT Data Modeler详见3.4.2.Fleet Manager功能list规则中心能力：详见3.4.3.Application Manager可理解为西门子的APP Store。客户通过Digital Exchange选择西门子开发的应用 （例如 Energy Anlytics和 Fleet Manager for Machine tools）,也可选择由 MindSphere 生态系

11、统（IS V）开发的应用。ISV 通过 Digital Exchange 将其应用推向市场，也就是说，Digital Exchange提供了一种面向潜在用户的货币化和促销渠道。西门子通过Exchange确保软件将部署在 MindSphere环境中，并完成相关的 帐单和发票事务。OPEN APIMindApp API包括例如以下服务：通知服务采用电子邮件时间序列服务 读、写或者编辑存储器中的时间序列数据文件服务读、写或者删除存储器的文件值事件请求以常规的方式添加例如报警或警告等的定制型信息（例如，系统信息、 时间序列数据）工作流基于例如新请求”、新时间序列”和其它大量信息创建定制型规则，并基 于

12、该信息定义自己的行动客户管理 对客户进行管理（例如，添加新客户，更改现有客户信息）用户管理 创建、编辑或删除用户，分配预先定义的用户角色资产管理aspect管理 定义自己的数据模型，添加标准化的意义说明，以更好地理解和重 用自己的数据模型使用透明化通过应用使用信息分析和报表创建来了解您的客户为了从数据生成相关信息，MindSphere提供了相关分析功能。开发人员可将这些功能集成到自己的应用中：梯度检查 检查时间序列的梯度，并提供检查结果线性回归 计算时间序列数据的线性回归值，并提供所产生的曲线数据异常检测 检测异常的时间序列数据，并提供检测结果未来的MindSphere还将推出如下分析功能：趋

13、势预测提供单个或多个1d时间轴上的微积分功能，具体包括基本的代数和统计学功能（均值、和值、方差）序列模式挖掘 检测报警模式，并根据（变频器的）事件日志进行故障预测。该服务可从导致大型事件的序列中自动地学习相关模式多维KPI监视该服务可以基于训练好的模型，从多个方面推断相关量化值。需求预测基于用于时间序列数据的深度神经网络（预先已训练）的预测模型执 行程序3.4 一个案例逛平台通过一个案例，串起 mindsphere的主要功能，同时了解其交互设计。Launchpad登录 MindSphere Launchpad。IoT Data Modeler以下内容为在云端新建物理设备、配置 nano参数并导

14、出，最终实现nano和m indsphere 的连接。1. Configuring asset data总览页面列出了存在的资产和组织，支持新建或复制资产，也支持新建组织和区域。支持资产和组织、区域的嵌套关系。点击 “Savenew asset” .设备详情页面被打开1. Configuring MindConnect Nano/IoT2040点击 “Agent选择对应的MindConnect.Click “Next” .Theialog window with “AgentOverview “ for MindConnect: Nano/IoT 2040 will be opened.Min

15、dConnect Nano的局域网地址（用于采集现场数据）支持静态或动态地址配 置，如下：MindConnect Nano的互联网地址（用于上传现场数据）支持静态或动态地址配 置，如下：1. Transferring the configuration to USB stick for MindConnect Nano 将MindConnect Nano的配置文件导出到 U盘中，并将 U盘插入Nano U 口 中，即完成 MindConnect Nano 与 mindsphere 的互联。4. Connecting Port X2P1 for MindConnect Nano在X2P1 口插入

16、网线与工厂局域网相连。1. Configuring Data Collectiona）在 “IoTData Modeler 顶面，选择在线的设备，e.g. Pump Click “Aspects Add Aspect configure S7 protocol or OPC UA protocols.默认5s采样周期。Configuring S7 data pointsOn data change :当采样周期小于1s时，激活设置项，即当激活时每秒会检测 该value是否改变，若改变则上送云端，否则不送。doneUpdating firmware 用于自定义更新固件的时间。3.4.3 Flee

17、t Manager该应用提供了对资产的可视化和检索、过滤、排序。Fleet Manager 的权限与 IoT Data Modeler 中 user 权限一致。Selecting an asset通过快速搜索窗或过滤筛选器来搜索资产。通过Map navigation来搜索资产Edit positionMap overviewZoom function当有资产坐标非常近时，指针变为数字指示当地的资产总数 地图会着重标识过滤出的资产。地图通过搜索和过滤条件的联合查询，只显示出符合条件的资产。Viewing aspectsusing the expansion “Info ”选中某一设备，点击Inf

18、o Tab页面进行查看。Visualizing Aspects选中asset,查看他的 aspects歹！J表，点击单个 aspects ,查看 aspects 内各个 d ata point的时序值。视图有三种类型：Line chartPie chartBar chartViewing requests (规则中心)所有的请求都展示在总览窗口中，也支持手动编辑请求的状态。编辑规则类似状态提醒或者报警，并支持request的状态编辑。查看规则生成的request规则通过生成请求的方式记录每一次超出或低于阈值的情况。Usage TransparencyMindsphere的系统现状报表，展示以下

19、状态：API callsServices usedApps usedNumber of usersNumber of connected Assets (applies to Assets which are connected vi a MindConnect FB/LIB)增值应用1. Manage MyMachines针对机床的个性化应用，实现对机床监控以及相关机床联合信息查询，是否有更高级的功能未知。过去，一台机床在使用过程中，刀具会随时间磨损，可是这种磨损不容易被检测到，一旦超过临界寿命值，可能会对加工工件的质量以及效率有所影响。而未来可能会有这样的场景，设备的进刀力度、加工时长、刀

20、具寿命等细节参数都有效 纳入监控范围，通过建立算法模型预测出刀具寿命，优化管理。而设备商将获得 新的服务业务的机会，对于最终用户来说，通过合理安排维护能让设备更加高效、 优化流程。3.5 边缘计算边缘服务介绍采用MindSphere获得云计算直至边缘计算能力，可利用 MindConnect库和A PI在边缘设备上部署相关软件对 MindSphere进行扩展。在边缘设备上使用MindConnect库可以安全地向设备就近提供先进的分析功能 和运行智能。这种技术通过组合利用云连接和集成式硬件/软件环境中的西门子或第三方边缘App,对多个应用案例进行描述性、诊断性和规范性分析。MindSphere的这

21、一业界领先技术由基于云的边缘服务和模块化边缘运行时系统 组成。从工程组态和运行时系统角度看，边缘服务和模块化边缘运行时系统必须实现完 美协同。这种边缘方法是对云服务和现场自动化平台的透明集成，从而可对已经安装的资产/设备（例如Siemens Simatic, Climatix,Siprotec 等）和利用 Mind Sphere进行现场级管理的App生态系统实施无缝扩展。解读：MindConnect实现数据的收集，API实现了云端APP的本地调用，两者的结合 实现了 mindsphere的本地化部署，价值在于避免了本地数据上传？ 1）数据敏感性2）网络费用MindConnect Edge An

22、alyticsMindConnect Edge Analytics 基于 CMS X-Tools. CMS X-Tools 是西门子的 一款状态监视系统。现场设备产生大量无用的流式数据造成难以管理的现象，同时增加了通讯成本， MindConnect Edge Analytics在本地通过分析算法进行预处理，决定哪些数据 可以上传mindsphere平台，可以消除无用数据。功能包括（均为本地执行）：更多协议的数据采集数据预处理（分析）：内置200+分析模块一一类似规则引擎Graphical editorC-like scripting editor本地设备、过程监视：内置 10种图表类型，Rep

23、orts, dashboards can be c reated on CMS X-Tools server 0 Condition monitoring library available bas ed on X-Tools analytics modules本地数据存储（取决于硬盘容量）软件推荐安装于 Windows 7 PC。Ps. CMS X-Tools Express Free download4 Apps应用实例2017年6月在汉诺威，西门子以酷炫的方式对外展示了50种工业APP。以下为各种领域专用 MindApps ,垂直行业应用和数字化服务。.基础应用（资产管理等）.行业特色应

24、用（回路性能分析、旋转设备分析、生产设备能效分析等）一一类 似我们的自动生成工单算法、节能算法、物业管理系统。楼宇的性能和可持续性Navigator协助完成楼宇产品组合的整个生命周期期间从数据至结果的转换过程。 其设计目标在于增强系统性能、实现可持续性目标、降低能耗以及能源和运营效 率的最大化。采用Navigator ,客户可对其设施的长期性能进行观察。楼宇系统性能、能耗水平和电力供应等的监控工作变得前所未有的高效。Navigator是一种基于云的全定制型平台，可以用来对单个建筑、校园或整个房地产投资组合进行分析。Navigator设计有强大的报表和分析功能，可以收集、分析海量的楼宇性能数据，

25、 使客户不仅可以实现效率和投资的优化，而且还可生成可操作性信息以进行可靠 决策、提高企业效率。Navigator及其应用将通过MindSphere发布。过程工业控制回路性能分析运行在MindSphere上的控制回路性能分析为分布式控制系统 （DCS）中的可 用数据增加了一层透明化，从而对高效优化过程实现了相关支持。 透明化源自对 不同控制状态时的自动状态检测和关键性能指标计算。采用控制回路性能分析，用户可以获得从管理视图直至单个控制装置的详尽信息 的工厂层级概览信息，从而可定期地自动完成数据分析，以支持长期过程优化和 精细调整功能。可以为关键的控制回路生成额外的专家报表。控制回路性能分析 以全自动方式定期提供可靠的分析结果。 分析结果通过 MindApp提供。这确保 了从工厂管理员直到工艺操作员的全部层级都可实现高效协同。 数据的长期可用 性确保可以获得可观的优化结果。生产设施能效分析借助能源分析服务，西门子以托管服务的方式提供能源