工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第2章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)1一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺三、邊緣層與工業(yè)大數(shù)據(jù)采集四、PaaS層與工業(yè)大數(shù)據(jù)治理五、應(yīng)用層與工業(yè)APP開發(fā)六、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全七、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的體系架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心，它面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建出基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，形成支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構(gòu)3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心功能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念邊緣層工業(yè)數(shù)據(jù)接入，包括工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)接入和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。協(xié)議解析與數(shù)據(jù)預(yù)處理，將采集連接的各類多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行格式統(tǒng)一和語義解析，并進行數(shù)據(jù)剔除、壓縮、緩存等操作后傳輸至云端。邊緣分析應(yīng)用，面向高實時應(yīng)用場景，在邊緣側(cè)開展實時分析與反饋控制，并提供邊緣應(yīng)用開發(fā)所需的資源調(diào)度、運行維護、開發(fā)調(diào)試等各類功能。4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心功能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念PaaS層IT資源管理，通過云計算PaaS等技術(shù)對系統(tǒng)資源進行調(diào)度和運維管理，并集成邊云協(xié)同、大數(shù)據(jù)、人工智能、微服務(wù)等各類框架，為上層業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)提供支撐。工業(yè)數(shù)據(jù)與模型管理，面向海量工業(yè)數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)可視化等服務(wù)，為上層建模分析提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)源，以及進行工業(yè)模型的分類、標識、檢索等集成管理。工業(yè)建模分析，融合應(yīng)用仿真分析、業(yè)務(wù)流程等工業(yè)機理建模方法和統(tǒng)計分析、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)科學(xué)建模方法，實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)價值的深度挖掘分析。工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新，集成CAD、CAE、ERP、MES等研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)管理、運營管理已有成熟工具，采用低代碼開發(fā)、圖形化編程等技術(shù)來降低開發(fā)門檻，支撐業(yè)務(wù)人員能夠不依賴程序員而獨立開展高效靈活的工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新。5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心功能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念應(yīng)用層工業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用，針對研發(fā)設(shè)計、工藝優(yōu)化、能耗優(yōu)化、運營管理等智能化需求，構(gòu)建各類工業(yè)APP應(yīng)用解決方案，幫助企業(yè)實現(xiàn)提質(zhì)降本增效。開發(fā)者社區(qū)，打造開放的線上社區(qū)，提供各類資源工具、技術(shù)文檔、學(xué)習(xí)交流等服務(wù)，吸引海量第三方開發(fā)者入駐平臺開展應(yīng)用創(chuàng)新。應(yīng)用商店，提供成熟工業(yè)APP的上架認證、展示分發(fā)、交易計費等服務(wù)，支撐實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用價值變現(xiàn)。

應(yīng)用二次開發(fā)集成，對已有工業(yè)APP進行定制化改造，以適配特定工業(yè)應(yīng)用場景或是滿足用戶個性化需求。6工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的部署實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實施架構(gòu)7工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的部署實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念1.設(shè)備層系統(tǒng)部署目標：為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供底層的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐。主要任務(wù)：（1）提供針對性工業(yè)數(shù)據(jù)接入解決方案；（2）提供協(xié)議解析和數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)。部署方式：（1）對存量設(shè)備進行疊加改造，通過開放設(shè)備已有控制系統(tǒng)或者是額外添加傳感器的方式，對工業(yè)設(shè)備進行數(shù)字化改造；（2）采用新型數(shù)字化裝備。2.邊緣層系統(tǒng)部署目標：滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的實時優(yōu)化和反饋控制應(yīng)用需求。主要任務(wù)是：（1）面向視覺檢測、AGV智能調(diào)度等高實時性場景，提供邊緣智能分析應(yīng)用能力；（2）進行邊緣云端協(xié)同，進一步提升邊緣分析應(yīng)用的深度和效果。部署方式：（1）嵌入式軟件，通過開放設(shè)備已有控制系統(tǒng)或者是額外添加傳感器的方式，對工業(yè)設(shè)備進行數(shù)字化改造；（2）智能網(wǎng)關(guān)，將邊緣智能分析應(yīng)用部署和運行在獨立的智能網(wǎng)關(guān)之中，基于網(wǎng)關(guān)提供的硬件資源和操作系統(tǒng)來進行工業(yè)數(shù)據(jù)的深度挖掘分析，這是當前的主流部署方式。8工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的部署實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基本概念3.企業(yè)層系統(tǒng)部署目標：打造企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并基于平臺開展數(shù)據(jù)智能分析應(yīng)用，驅(qū)動企業(yè)智能化發(fā)展。主要任務(wù)是：（1）聚焦數(shù)據(jù)管理與建模分析能力開展工業(yè)PaaS建設(shè)；（2）結(jié)合企業(yè)業(yè)務(wù)需求定制開發(fā)工業(yè)APP。部署方式：（1）服務(wù)器部署，適用于功能要求聚焦、資源容量不大的應(yīng)用需求；（2）私有云部署，既利用了云計算的優(yōu)點，又可以確保核心數(shù)據(jù)停留在企業(yè)內(nèi)部，避免敏感信息泄露；（3）混合云部署，用私有云存儲管理核心數(shù)據(jù)，同時享用公有云的海量IT資源。4.產(chǎn)業(yè)層系統(tǒng)部署目標：通過構(gòu)建產(chǎn)業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，廣泛匯聚產(chǎn)業(yè)資源，支撐開展資源配置優(yōu)化和創(chuàng)新生態(tài)構(gòu)建。主要任務(wù)：（1）提供基礎(chǔ)IT資源支撐；（2）提供數(shù)據(jù)管理和建模分析能力及良好工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新能力；（3）聚焦行業(yè)共性問題和資源優(yōu)化配置提供解決方案；（4）開展創(chuàng)新生態(tài)建設(shè)，通過構(gòu)建開發(fā)者社區(qū)、應(yīng)用商店或者是提供二次應(yīng)用開發(fā)等方式來吸引外部開發(fā)者，形成應(yīng)用開發(fā)和交付的雙向循環(huán)，打造充滿活力和競爭力的生態(tài)化發(fā)展模式。部署方式：主要采用公有云形式。9IoTHub工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺簡介工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺是由天津宜科自動化股份有限公司設(shè)立在德國德雷斯特的研發(fā)中心歷經(jīng)多年的研發(fā)積累后，于2018年5月17日正式發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，2020年入選全國特色專業(yè)型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。IoTHub平臺為工業(yè)設(shè)備泛在連接、工業(yè)數(shù)據(jù)采集分析、工業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新開發(fā)提供高可靠性和高安全性開發(fā)運行環(huán)境，是一款面向各類物聯(lián)網(wǎng)智能終端及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采集應(yīng)用的配置、監(jiān)控、可視化和數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用的賦能系統(tǒng)。10①用于整個IoTHub平臺的用戶角色權(quán)限的管理，控制不同平臺用戶訪問IoTHub各模塊的權(quán)限。②用于創(chuàng)建的實體終端設(shè)備（PLC、ROBOT、數(shù)控機床等）的鏡像或者映射，也可以創(chuàng)建虛擬設(shè)備。③將平臺采集數(shù)據(jù)持久化存儲在本地或云端④用于連接外部信息化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫，以及平臺數(shù)據(jù)的二次加工⑤通過簡單的視圖組件使平臺中的數(shù)據(jù)可視化⑥通過連接其他外部系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合，同時也能夠連接關(guān)系型或非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，將有價值的數(shù)據(jù)提取后進行保存⑦邊緣網(wǎng)關(guān)中協(xié)議驅(qū)動的管理⑧通過對監(jiān)控設(shè)備的參數(shù)設(shè)定不同的規(guī)則，實現(xiàn)不同級別的報警信息①②③④⑤⑥⑦⑧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺功能11（1）強大的數(shù)據(jù)集成能力（2）標準化數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)存儲功能（4）低代碼云化開發(fā)工具（5）規(guī)則引擎（6）預(yù)測性維護（7）微服務(wù)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺特點12（1）強大的數(shù)據(jù)集成能力（2）標準化數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)存儲功能（4）低代碼云化開發(fā)工具（5）規(guī)則引擎（6）預(yù)測性維護（7）微服務(wù)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺特點13IoTHub平臺的特點（1）強大的數(shù)據(jù)集成能力（2）標準化數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)存儲功能（4）低代碼云化開發(fā)工具（5）規(guī)則引擎（6）預(yù)測性維護（7）微服務(wù)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺特點14概覽頁面

顯示平臺中各功能模塊的數(shù)量，以及各模塊的激活或運行狀態(tài)信息。ThingModule（設(shè)備管理模塊）UserManagement（用戶管理）LicenseModule（授權(quán)模塊）AgentModule（協(xié)議驅(qū)動模塊）AlarmingModule（報警模塊）ScriptsModule（腳本模塊）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面15設(shè)備管理頁面

負責配置及管理現(xiàn)場通訊設(shè)備、系統(tǒng)或產(chǎn)品，也可通過屬性參數(shù)直接監(jiān)控數(shù)據(jù)信息。點擊列表上方的“+”新建Thing（注意：每個Thing的名稱必須是唯一的），創(chuàng)建成功后其名稱將顯示在左側(cè)的Thing菜單中。單擊菜單中Thing的名稱則打開其屬性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面16協(xié)議驅(qū)動頁面

用于管理協(xié)議解析所需的驅(qū)動應(yīng)用程序。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面17報警中心頁面

通過對平臺中相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定監(jiān)視條件，可在現(xiàn)場發(fā)生異常情況時及時發(fā)出報警提示。左側(cè)菜單顯示報警監(jiān)控功能的三個選項：Alarms用于創(chuàng)建或編輯報警信息在History中能夠查看歷史報警信息Templates用來定義報警響應(yīng)模板，該模板可重復(fù)使用在報警參數(shù)設(shè)置中。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面18腳本頁面

給數(shù)據(jù)提供云端算法建模的編程環(huán)境左側(cè)為Script列表，點擊列表上方的“+”可新建腳本，單擊列表中的腳本名稱則打開相應(yīng)的編輯界面。右側(cè)顯示腳本匯總信息，列舉處于各類型的腳本數(shù)量。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面19管理中心頁面

用于新建或管理平臺上的用戶User（用戶管理）：針對用戶賬號基本信息的管理，支持新建、編輯、查詢或刪除用戶，以及密碼設(shè)置的功能。Group（組管理）：以組為單位的相關(guān)人員信息的管理，支持新建、編輯或刪除組信息。Role（角色管理）：針對用戶角色相關(guān)信息的管理，支持新建、編輯或刪除用戶角色，并可為角色分配權(quán)限。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面20協(xié)議驅(qū)動控制器頁面提供邊緣網(wǎng)關(guān)的基本信息，新建和控制邊緣網(wǎng)關(guān)中的驅(qū)動應(yīng)用程序。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面21APP開發(fā)工具頁面

支持用戶根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求進行工業(yè)APP的開發(fā)與發(fā)布。點擊IoTHub平臺的“”即可進入APP開發(fā)工具初始界面，允許用戶使用無代碼開發(fā)方法創(chuàng)建工業(yè)APP，定義工業(yè)應(yīng)用的UI和應(yīng)用邏輯。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺界面持續(xù)部署和測試多云服務(wù)平臺支持環(huán)境標準化和版本控制22基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺在整個開發(fā)和發(fā)布的生命周期中，不同環(huán)境之間總會有細微的差別，而Docker

可以通過確保從開發(fā)到生產(chǎn)的環(huán)境一致性來解決這個問題Docker

容器可以在例如AmazonEC2實例、GoogleComputeEngine實例，Rackspace

服務(wù)器或VirtualBox

中運行，只需要主機所運行的操作系統(tǒng)支持DockerDocker

容器標準化您的使用環(huán)境，確保不同開發(fā)者和發(fā)布周期之間的環(huán)境一致性。容器就像GIT倉庫一樣工作，您可以提交對某個Docker鏡像的修改和并進行版本控制工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-Docker

應(yīng)用程序和所分配的資源在容器間相互隔離安全性23基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺從架構(gòu)的角度來看，每個容器都只能使用自己被分配的資源，包括任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)堆棧，意味著在默認情況下它們不能訪問其他容器的sockets或接口作為提高安全性的手段，Docker

在容器中將主機的敏感掛載點（例如/proc和/sys）掛載為只讀，并使用了一套寫入時復(fù)制的文件系統(tǒng)來確保容器間不能讀取彼此的數(shù)據(jù)DockerHub上所有的Docker

鏡像都有數(shù)字簽名，以確保用戶使用的鏡像是完整、未被第三方修改的Docker確保每個容器都有自己的資源，并與其他容器相互隔離。Docker還確保每個應(yīng)用程序只使用分配給它們的資源（CPU，內(nèi)存和磁盤空間）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-Docker

中大型公司的不二選擇開發(fā)效率執(zhí)行性能24基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺Docker、YouTube、阿里云、京東、華為、小米、螞蟻金服完全使用Go語言進行業(yè)務(wù)重構(gòu)；百度騰訊新業(yè)務(wù)方向采用GoGO語言使用起來簡單、代碼描述效率高、編碼規(guī)范統(tǒng)一、上手快環(huán)境標準化和版本控制縮短API的響應(yīng)時長，解決批量請求訪問超時的問題；通過協(xié)程可以方便的實現(xiàn)API的并行處理，達到處理效率的最大化。依賴Golang的高性能HTTPServer，提升系統(tǒng)吞吐能力，由PHP的數(shù)百級別提升到數(shù)千里甚至過萬級別工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-Golang

強大的標準庫穩(wěn)定性部署方便，二進制文件、Copy部署25IoTHub平臺技術(shù)特點擴展-Golang基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺Go擁有強大的編譯檢查、嚴格的編碼規(guī)范和完整的軟件生命周期（開發(fā)、測試、部署、維護等）工具，具有很強的穩(wěn)定性Go里面的標準庫基本上非常穩(wěn)定，包括互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、系統(tǒng)編程、網(wǎng)絡(luò)編程等相關(guān)的庫文件。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-Golang

客戶端-服務(wù)器（Client-Server）

無狀態(tài)（Stateless）可緩存（Cachable）26基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺提供服務(wù)的服務(wù)器和使用服務(wù)的客戶端分離解耦；提高客戶端的便捷性（操作簡單），簡化服務(wù)器提高可伸縮性（高性能、低成本），允許客戶端服務(wù)端分組優(yōu)化，彼此不受影響來自客戶的每一個請求必須包含服務(wù)器處理該請求所需的所有信息(請求信息唯一性）服務(wù)器必須讓客戶端知道請求是否可以被緩存？如果可以，客戶端可以重用之前的請求信息發(fā)送請求；減少交互連接數(shù)，減少連接過程的網(wǎng)絡(luò)時延工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-RESTfulAPI

分層系統(tǒng)（LayeredSystem）統(tǒng)一接口（UniformInterface）支持按需代碼（Code-On-Demand)27基于Docker容器機制采用Golang語言開發(fā)的IoT平臺客戶和服務(wù)器之間通信的方法必須是統(tǒng)一化的。（例如：GET,POST,PUT,DELETE），提高交互的可見性，鼓勵單獨優(yōu)化改善組件允許服務(wù)器和客戶端之間的中間層（代理，網(wǎng)關(guān)等）代替服務(wù)器對客戶端的請求進行回應(yīng)，而客戶端不需要關(guān)心與它交互的組件之外的事情服務(wù)器可以提供一些代碼或者腳本并在客戶的運行環(huán)境中執(zhí)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺技術(shù)特點擴展-RESTfulAPI

28工業(yè)自動化：在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，IoTHub平臺可以連接各種傳感器、設(shè)備和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)互通。通過實時數(shù)據(jù)分析和處理，可以監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，預(yù)測故障，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。智慧能源：在新能源領(lǐng)域，如光伏、風電等，IoTHub平臺可以連接編碼器、變頻器、逆變器等設(shè)備，實時監(jiān)控能源發(fā)電和輸配過程中的關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化調(diào)度和控制策略，提高能源利用率。智能物流：在物流行業(yè)，如倉儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，IoTHub平臺可以連接各種物流設(shè)備，如倉儲管理系統(tǒng)WMS、AGV無人搬運車等。通過實時數(shù)據(jù)處理和分析，物流企業(yè)可以優(yōu)化倉儲管理、提高運輸效率、降低運營成本。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化：在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，IoTHub平臺可以連接土壤溫濕度傳感器、光照傳感器、CO濃度傳感器等設(shè)備。通過對農(nóng)田數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和分析，農(nóng)民可以科學(xué)種植、精準施肥、智能灌溉，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和產(chǎn)值。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHubIoTHub平臺應(yīng)用場景29EdgeBox設(shè)備報警應(yīng)用IoTHubCloud(云端版本)為工業(yè)APP應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接入點只有部分數(shù)據(jù)存儲在云端，其他數(shù)據(jù)都存儲在邊緣網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器中云端與邊緣網(wǎng)關(guān)TLS連接，保證了數(shù)據(jù)的安全性云端接收邊緣網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)，生成報警信息云端PushNotifications(設(shè)備會自動完成注冊，不需要人工干預(yù))ELCOEdgeBox（邊緣網(wǎng)關(guān)）通過工業(yè)總線(Profinet等)與現(xiàn)場終端連接一個邊緣網(wǎng)關(guān)可以控制一到多個PLC邊緣網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)連接到IoTHubCloud邊緣網(wǎng)關(guān)可以從IoTHubCloud接收控制命令邊緣網(wǎng)關(guān)提供生產(chǎn)信息到IoTHubCloud工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科IoTHub案例分享30案例分享工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實例–宜科Io