数字化网络化智能技术：工业互联网平台与工业APP 课件 第4章 工业互联网平台基础

第4章工业互联网平台基础教师：******CATALOGUE目录4.1工业互联网平台概述4.1.1工业互联网平台的定义与特征4.1.2工业互联网平台的定位与作用4.1.3工业互联网平台的价值4.2工业互联网平台功能架构4.2.1总体功能架构4.2.2边缘层CATALOGUE目录4.2.3基础设施层4.2.4平台层4.2.4应用层4.3国内外工业互联网平台4.3.1国外典型工业互联网平台4.3.2国内典型工业互联网平台4.4实验:工业互联网平台系统操作014.1工业互联网平台概述工业互联网平台价值工业互联网平台能够提高生产效率、降低运营成本，并推动工业应用的创新，为企业的可持续发展提供动力。工业互联网平台定义工业互联网平台是一种新型的网络基础设施，旨在实现人、机、物的全面连接，支撑工业应用的创新发展。工业互联网平台功能工业互联网平台具备数据采集、传输、处理、分析和应用等功能，通过智能感知技术连接生产线上的各种设备、传感器和控制系统。4.1工业互联网平台概述024.1.1工业互联网平台的定义与特征工业互联网平台定义工业互联网平台是一种新型工业化生产方式，通过互联网、大数据、人工智能等技术支持，实现人、机、物的全面连接。工业互联网平台特征工业互联网平台具有数据驱动、服务导向、智能决策等特征，能够帮助企业实现研发、生产、经营等环节的优化升级。4.1.1工业互联网平台的定义与特征034.1.2工业互联网平台的定位与作用工业互联网平台是工业互联网创新发展的核心载体，也是我国互联网行业提质增效、持续发展的关键支撑。工业互联网平台的定位工业互联网平台通过提供数据驱动的智能服务，连接人、机、物，促进设备制造商、软件开发商和系统集成商的交流合作。工业互联网平台的作用工业互联网平台具有数据资源丰富、模型算法优越、应用服务灵活等优势，可降低企业研发成本，提高运营效率。工业互联网平台的优势4.1.2工业互联网平台的定位与作用044.1.3工业互联网平台的价值设备预测性维护个性化定制服务工业APP创新商业模式探索制造协同与资源生产工艺优化通过数据分析，实现设备预测性维护，提高运行效率和可靠性。优化生产工艺，降低生产成本，提高产品品质，增强市场竞争力。实现制造协同和资源共享，降低管理成本，促进业务发展。满足客户个性化需求，提供定制服务，拓宽市场渠道。开发者基于平台数据和微服务功能实现应用创新，丰富应用生态。平台通过创造新的商业模式，汇聚应用开发者、软件开发商、服务集成商和工业用户，推动平台发展。4.1.3工业互联网平台的价值054.2工业互联网平台功能架构数据采集与接入层数据存储与计算层提供直观的用户界面，使用户能够方便地查看和管理数据，与平台进行交互。用户界面与交互层提供丰富的平台服务，如设备管理、安全管理、运维管理等，确保平台的稳定运行和高效操作。平台服务与管理层负责对存储的数据进行深入分析，提取有价值的信息，为决策提供支持，并实现自动化操作。数据分析与应用层负责从各类设备中采集和接入数据，将生产线上的各种设备、传感器和控制系统连接起来。负责存储和管理采集到的数据，利用大数据技术进行高效的数据建模、存储和计算。4.2工业互联网平台功能架构064.2.1总体功能架构4.2.1总体功能架构平台层的功能平台层在通用PaaS的基础上，叠加了大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。平台层的作用工业数据服务链平台层能够接入、控制和管理软硬件资源及开发工具，为应用开发提供必要接口以及存储、计算和工具资源等支持。平台层提供工业数据管理能力，结合数据科学与工业机理，构建完整工业数据服务链，帮助制造企业提升工业数据分析能力。快速构建定制化工业APP借助微服务组件和工业应用开发工具，平台层帮助用户快速构建定制化的工业APP，并将其转化为商业价值。工业建模技术工业建模技术主要包括机理建模技术和测试法建模技术，可用于定义和分析数据要求及其需要相应支持信息系统。数据建模与分析技术利用数学统计、机器学习以及人工智能算法，对历史、实时和时序数据进行聚类、关联和预测分析，提供论断建议或支持决策。工业微服务组件库平台层将技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库，供开发者调用。4.2.1总体功能架构074.2.2边缘层边缘层支持多种主流协议接入，实现多源异构数据实时接入与处理。数据源接入边缘层支持多种协议兼容，确保数据传输的可靠性和稳定性。协议兼容边缘层具备数据清洗、缓存和实时分析功能，提高数据质量和处理效率。数据处理4.2.2边缘层010203084.2.3基础设施层基础设施层功能基础设施层提供计算、存储和网络安全等基础服务，支撑上层应用。边缘计算节点边缘计算节点部署在靠近设备端的位置，进行数据的预处理和过滤。云计算中心云计算中心作为核心计算节点，负责处理和分析来自边缘计算节点的数据。网络安全策略网络安全策略确保数据传输的安全，防止未经授权的访问和攻击。4.2.3基础设施层094.2.4平台层数据建模与分析技术微服务架构技术动态调度技术平台安全技术Docker容器技术工业建模技术利用数学统计、机器学习及人工智能算法，对历史、实时和时序数据进行聚类、关联和预测分析。包括机理建模和测试法建模，机理建模技术结合领域专业知识与生产实践经验，建立丰富模型。传统软件架构特点包括单体应用、开发周期长、调用众多公共库、组件之间紧耦合且版本复杂。是一项在云环境中部署应用和服务的技术，亚马逊、eBay、Netflix等公司采用了微服务架构范式。能够根据应用的CPU和内存负荷、时间段以及应用系统的优先级等多种因素，对计算单元进行动态创建、分配和挂接。旨在防止未经授权的实体对平台进行识别、跟踪和访问，提供非集中式的认证和信任模型，能够高效地执行加密和数据保护。4.2.4平台层104.2.4应用层4.2.4应用层010203应用层提供价值应用层基于开放环境部署应用，提供工业SaaS和工业APP，实现工业互联网平台价值。面向智能制造场景应用层面向智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等场景，提供定制开发的智能化工业应用和解决方案。工业APP架构描述典型的工业APP架构从工业维、技术维和软件维三个维度来描述。应用层主要作用提供设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用，帮助企业用户提升资产管理水平，实现社会生产资源的共享配置，满足消费者个性化需求，推动传统制造企业服务化转型。开发者实现应用创新开发者基于平台数据和微服务功能实现应用创新，汇聚各方资源，构建共生共赢生态系统。图形化编程技术图形化编程技术能简化开发流程，非代码领域专家可通过图形化编程工具快速生成应用程序，降低开发难度，提高研发效率。4.2.4应用层多租户技术多租户技术是一种软件架构技术，可以实现多个租户共享相同的物理和逻辑资源，提高资源利用效率和降低成本。4.2.4应用层114.3国内外工业互联网平台工业互联网平台工业互联网平台正处于规模扩张的关键阶段，国内外企业正在积极探索技术、管理、商业模式等方面的规律。规模扩张关键阶段取得的进展在各方面的共同努力下，工业互联网平台在技术、管理、商业模式等方面取得了一些进展，为制造业数字化转型提供了有力支持。全球制造业、信息通信技术和互联网企业纷纷建立工业互联网平台，发挥各自优势，从不同层面和角度推动产业发展。4.3国内外工业互联网平台124.3.1国外典型工业互联网平台GEPredix平台GE公司为适应数字化时代发展趋势，推出了Predix-工业云平台，提供DevOps和BizOps基础功能服务。平台功能DevOps帮助企业开发、托管和运行应用程序，BizOps则使企业能够查询和获取应用程序的运行状况。平台架构Predix平台架构分为边缘连接层、基础设施层和应用服务层，分别负责数据收集、传输和提供工业微服务。成功应用GE基于Predix平台开发了多类工业APP，如计划和物流、互联产品、智能环境、现场人力管理工业分析等。客户案例加拿大布鲁斯电力公司面临电力生产挑战，GE通过Predix平台的APM功能提供核电设备实时监控和故障反馈服务。4.3.1国外典型工业互联网平台0102030405134.3.2国内典型工业互联网平台4.3.2国内典型工业互联网平台INDICS国际云平台INDICS已开发出英语、俄语、德语、波斯语等多个语言版本，构建了INDICS国际云平台，在德国和伊朗等地实现了落地，建立了国际工业云生态系统。平台架构航天云网INDICS平台的总体架构包括资源层、工业物联网层、平台接入层、INDICS云平台层、INDICS工业应用APP层5层。航天云网INDICS平台中国航天科工集团公司于2015年6月启动了中国工业互联网平台INDICS的建设工作，已在北京、广西、广东、四川、江苏等区域成功落地。0302014.3.2国内典型工业互联网平台资源层实现产品研制全产业链资源/能力的接入，提供生产制造、试验验证、计量检测等多元化资源/能力的接入能力，支持21类工业设备的接入。工业物联网层实现各类工业设备的通信互联，支持OPCUA、MQTT、Modbus、PROFINET等主流工业现场通信协议的互联，也支持工业现场总线、有线网络、无线网络的通信互联。平台接入层实现工厂/车间的云端接入，提供自主知识产权的SmartIoT系列智能网关接入产品和INDICS-APIs软件接入接口，支持“云计算+边缘计算”的混合数据计算模式。提供云资源基础设施管理、大数据管理和应用支撑公共服务等云服务功能，基于CloudFoundry基础架构作为底层支撑架构，自建数据中心提供PaaS层和通用平台IaaS层的基础云服务。INDICS云平台层提供面向制造全产业链、基于平台开发的原生工业应用APP，支持多样化、个性化的用户需求。INDICS工业应用APP层4.3.2国内典型工业互联网平台144.4实验:工业互联网平台系统操作实验目的熟悉工业互联网平台及其基本功能，掌握平台