【工業網際網路】自適應的工業生態系統

你是否正在對工業網際網路冥思苦想卻百思不得其解；你是否正在對工業網際網路的前景感到迷茫；你是否對工業網際網路躍躍欲試卻無從下手。有的人在觀望，有的人在造勢，有的人在砥礪前行……對於工業網際網路，以下是我的一些拙見，與君共享，希望有所幫助。

工業網際網路

古人云：多多益善。多臺機器組成的系統會極大地超越、擴充套件機器個體的能力，在用途和使用價值上實現“1+1>2”。例如，在郵寄包裹中嵌入一個小小的RFID晶片，簡單枯燥的物流之旅立刻變得“高大上”起來，每個包裹變成了物聯網的一個移動節點，實時傳遞資訊，讓物流公司插上了網際網路的翅膀。它能幫助物流公司對貨物進行實時追蹤，防止遺失；對物流資產實時監控，洞察資產使用率；實時跟蹤存貨量，減少浪費。它還能幫助物流公司預測需求，發現瓶頸，制定計劃，提升效率，平衡負載，優化人員配置。工業網際網路是一個由智慧機器和人組成的自適應工業生態“大系統”。

軟體定義機器就是一種典型的自適應技術，即通過軟體定義機器所有功能。硬體與軟體的解耦使得機器可以實現遠端自動升級，用當下時髦的詞來說就是從“雲端”升級。工業網際網路作為智慧機器（軟體定義的機器）和人及智慧機器之間互聯互通的生態系統，它誕生之初就具備與時俱進的能力。在互聯的智慧機器世界裡，每個機器都具備交流能力，知道該與誰（其他機器和人）互通有無。讓我們想象一下未來的火力發電廠：鍋爐能夠主動尋求和蒸汽輪機打交道，蒸汽輪機會自然的聯絡發電機，發電機則會默契的和變壓器溝通交流，而變壓器又會輕鬆的尋找聯絡到電網中的其他輸配電裝置，最終將電力提供給使用者。這些智慧電力裝置和人（運營商、使用者等）相互融合成就了智慧電網，這就是一個典型的工業網際網路系統。

工業網際網路涵蓋了智慧園區、智慧工廠、智慧電網、智慧能源系統、智慧農業系統等各種工業社群或生態系統，它將具有“使命感”和“自我意識”的智慧機器融合在一起。

賦予使命

智慧機器，知己知彼。它可以感知自己的執行狀態，包括健康、潛能和自身所處的環境等。智慧機器被賦予了充分釋放自身潛能，並服務整個工業網際網路，使其達到最優執行狀態的使命。通過協同合作，智慧機器可以不斷繼承機器本體和所處環境的歷史資料。它們分享經驗和知識的能力與生俱來，因此，能夠在殘酷的市場競爭中存活下來並保持繁榮昌盛。

過去20年來，人類社會生產力隨著商業網際網路的發展而呈指數級增長，互聯互通的人口達數十億之多。商業網際網路徹底改變了我們的娛樂、社交、溝通和商業模式。尤其是移動網際網路將製造者和消費者“零距離”連線，顛覆了人類傳統的生活和工作方式。

可以預見的是，一旦通過工業網際網路將目前全世界500多億臺機器全部連線在一起，各個工業行業都會產生天翻地覆的變化。但有個前提條件：系統中所連線的機器必須足夠智慧，才能將整個系統的智慧化水平提升到新的高度。工業網際網路的設計者必須確保工業生態系統中的每個層級、每個節點都是智慧的。“傻瓜”的溫控器只能承擔維持設定溫度的簡單功能，而智慧溫控器可以思考“我該如何讓人們感覺舒適”，以節能的方式自動調節溫度和溼度，讓人“如沐春風”。智慧機器具有思維能力，知道如何減少零部件的磨損來延長壽命，減少損耗的同時儘量提高產出。它是智慧的，目標導向的，並且具有“我可以協助社會持續發展”的“自我”意識。一個自適應的工業網際網路系統會最大限度的減少人的干預，並且通過機器之間有針對性的交流來實現服務全域性的目標。用技術語言來描述就是：將分析和思考能力“植入”感測器、執行器、元件、子系統、系統和邊緣裝置等工業網際網路的節點中，它們能相互交換資訊並採取相應行動來優化工業生態系統。

設計方案

工業網際網路系統是網路化的控制系統，它必須從一個個簡單、處於網際網路邊際的控制系統生長起來。複雜是工業網際網路系統的自然屬性，而這種複雜性是無數小系統聚沙成塔發展出來的。下面是一些工業網際網路的設計準則：

1

通過將子系統逐個、逐層的疊加構建，形成最高效的互聯互通方式。系統的複雜性以自然的方式有機增長，避免“畫蛇添足”、“牽強附會”；

2

通過對邊緣裝置、感測器、執行機構、路由器、資料閘道器和控制器的智慧化，實現系統的逐級賦能，控制許可權的分散、下沉；

3

 每個節點被賦予“使命”和“自我意識”；

4

節點之間既可以“自治”，又可以相互協作，形成“健康”、“美好”的生態系統；

5

 採用稀疏通訊，通訊內容和方式言簡意賅、按需而動；

6

授權節點自主選擇“如影隨形”或“分崩離析”；

解釋一下稀疏通訊的必要性：一個典型的海底石油鑽井平臺，每天會產生TB級的資料量，如果使用當今的通訊基礎設施，則需要數週的時間才能將資料上傳到雲端。將大量感測器安裝到機器上並直接將海量高解析度資料收集到雲端的“粗暴”方法，在技術和經濟上都是不可行的。人類無法通過設計解決的難題，都可以在自然界找到相應的答案。比如，通過研究群居棲息方式的飛鳥和魚如何進行溝通，我們可以找到靈感。它們通過使用稀疏的區域性通訊實現集體的和諧和智慧。在一個遊動的魚群中，沒有中央指揮官，控制權分散到每個使用同種語言的節點。同理可得，在未來的工業生態系統中，來自不同製造商的機器將使用統一的語言，以稀疏通訊的方式相互溝通，既達目的，又極其經濟。

以風電場為例，一個先進的工業網際網路風電機組系統具有以下特點：渦輪機內建獨特的機載分析功能，可以監控風機執行狀態，檢測故障，確定優先順序和最佳解決方案。就像身邊擁有全球的專家團隊為其實時解決問題，如果發生問題，風場檢修人員會自動收到通知，無需進行故障排查，直接按照提示排除故障即可，從而節省了大量的時間和成本。功率過大的風機會將多餘的電能儲存進電池儲能系統。當遇到風力不足的情況，風機會要求儲能系統補充供電。風儲互補技術提高了風場供電的穩定性和可靠性，為客戶創造了額外的收入。如果某個風機失去了風速或風向的感知能力，它會獲取鄰近風機的資料繼續執行，保證自身的可利用率和能量輸出。通過風場之間的相互協調，可以穩定電網電壓，保障了電網的廣域穩定。 

“以夷制夷”

         區域性和地方性是網路的自然屬性。網路全域性的行為蘊含著地方特色。在有生態的地方，就有“土著”專家。一個局外人也許能在某些層面上蹣跚前進，走出沼澤，但是要想披荊斬棘、大功告成，他必須藉助“土著”專家。

凱文凱利-《失控》

設計像工業網際網路這樣的複雜系統需要深諳操作技術（OT）和IT技術的專家通力合作。操作技術（OT）包括設計、工程、控制、嵌入式系統、工業通訊、人機互動、服務工具、資產管理工具等；IT技術涵蓋使用者體驗、大資料、互聯、軟體、移動網際網路、數字安全性、APPs、ERP等。

OT專家和IT專家必須勇敢邁出自己的領地，將雙方的思想、理念融合交匯，給工業網際網路注入生機。OT專家和IT專家在各自領域內都可以視為“土著專家”，為了實現OT和IT融合，“土著”專家們必須具備因時制宜、與時俱進的能力，只有這樣才能設計出一個適應當下、迎合未來的工業生態系統。他們是設計師，同時也是工業網際網路生態系統中的智慧節點。事實上，我們每個人都是工業網際網路生態系統中的活躍節點，都在順應時代、不斷革新、與時迭代。

結論

工業網際網路不是分散式控制，它更不是遠端監控和診斷的代名詞或品牌重塑。工業網際網路也不僅僅是指工業大資料系統。當今的運營技術（OT）可擴充套件性差、效率低下，缺乏與人的無縫聯接。在過去的20年裡，分散式控制系統（如SCADA系統）的發展幾乎原地踏步。是改變的時候了，工業網際網路給我們帶來了契機。工業網際網路的發展在本質上是漸進的，需要時間來“生長”和“強大”。OT和IT的融合是實現這一目標的關鍵。

沉舟側畔千帆過，病樹前頭萬木春。讓我們以更加積極開放的心態擁抱工業化聯網時代的到來。

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工業網際網路平臺大盤點之國際篇！

本文為工業網際網路平臺大盤點（上篇），主要梳理國外主流的工業網際網路平臺。e-works將於後續釋出工業網際網路平臺大盤點（下篇），對國內主流工業網際網路平臺的進行梳理！

文/e-works熊東旭

e-works粗略統計，截止2018年3月，聲稱能提供工業網際網路平臺服務的國內外廠商已經超過150家，耳熟能詳且能直接說出名字的工業網際網路平臺不下30家。漫天飛舞的工業網際網路平臺可謂是亂花漸欲迷人眼，讓人看的眼花繚亂，很難讓人真正理解不同工業網際網路平臺之間的本質區別。

帶著對工業網際網路的思考，e-works特別策劃了題為“工業網際網路平臺大盤點”的活動，希望能通過對業界主流工業網際網路平臺的梳理來理清它們之間的區別，進而引導製造企業有針對性的推進工業網際網路平臺的選型與實施。

01

工業網際網路平臺定義

工信部信軟司副司長安筱鵬將工業網際網路用一個簡單的公式進行表述，即“資料+模型=服務”。安司長認為，工業網際網路平臺通過對企業的機器、業務系統、產品模型等過程資料進行廣泛的採集，將採集到的關鍵資料匯入到工業化模型以實現業務功能的軟體化，最終為企業提供工業級應用服務，幫助企業優化生產流程，為產品從研發到生產、銷售和使用等全生命週期提供服務，從而實現製造資源的優化配置。

e-works數字化企業網總編黃培博士則認為，工業網際網路是指工業互聯的網，而不是工業的網際網路。他認為，在企業內部工業網際網路要實現工業裝置、資訊系統、業務流程、產品與服務、人員之間的互聯，實現企業IT網路與工控網路的互聯，實現從車間到決策層的縱向互聯；在企業與企業之間，工業網際網路要實現上下游企業（供應商、經銷商、客戶、合作伙伴）之間的橫向互聯；從產品生命週期的維度來看，工業網際網路要實現產品從設計、製造到服役，再到報廢回收再利用整個生命週期的互聯。

圖 1 工業網際網路平臺架構

在工業網際網路產業聯盟提供的白皮書中將工業網際網路平臺從架構上具體劃分為四個層次，即邊緣層、IaaS層、工業PaaS層和工業SaaS層。其中，IaaS層主要是為PaaS層提供雲基礎設施支撐，以構建滿足工業應用開發需求的硬體環境。工業與資訊化部電子資訊司副司長安筱鵬曾用三句話概括了工業網際網路平臺需要支撐的應用功能。

第一，資料採集是基礎。對應工業網際網路的邊緣層，其本質是利用泛在感知技術對多源裝置、異構系統、運營環境、人員資訊等要素進行實施高效採集和雲端匯聚。

第二，工業PaaS是核心。對應工業網際網路的平臺層，其本質是在現有成熟的IaaS平臺上構建一個可擴充套件的作業系統，為工業應用軟體開發提供一個基礎平臺。

第三，工業APP是關鍵。對應工業網際網路的應用層，其主要功能是為面向特定工業應用場景，激發全社會資源推動工業技術、經驗、只是和最佳實踐的模型化、軟體化、在封裝，讓使用者可以通過對工業APP的呼叫實現對特定製造資源的優化配置。

02

工業網際網路平臺應用支撐能力

通過梳理業界專家對工業網際網路平臺的定義，我們可以總結出工業網際網路平臺需要具備的基本功能： 

第一，能實現將不同來源和不同結構的資料進行廣泛採集； 

第二，具備支撐海量工業資料處理的能力； 

第三，能通過工業機理和資料科學實現海量資料的深度分析，並能實現對工業知識的沉澱和複用； 

第四，能夠提供開發工具及環境，實現工業APP的開發、測試和部署。

從當前工業網際網路發展水平看，能完全滿足以上四個層級功能的國內工業網際網路平臺還比較少，但針對某些行業應用，領先的廠商基本能做到四個層級功能的全覆蓋。比如在燃氣輪機、醫療等領域，由於較高的市場佔有率和多年的資料積累使得GE、西門子能充分構建基於這些資料執行特點的演算法和模型，通過工業機理和資料科學實現海量資料的深度分析，並能實現對工業知識的沉澱和複用。同時還能夠提供開發工具及環境，實現工業APP的開發、測試和部署。但對於當前大多數工業網際網路平臺而言，由於行業影響力和技術支撐能力有限，基本上只能做到資料採集和分析，很難提供基於PaaS平臺的應用開發能力。同時缺乏強力的合作伙伴也很難形成工業APP應用開發生態。

為了全面的瞭解當前工業網際網路平臺的發展情況，我們將以前面談到的四個層次功能為基礎，採用對標的方法對當前主流的工業網際網路平臺進行功能梳理和解讀。

03

國外主流廠商及平臺

① GE ——Predix

按照Predix白皮書公佈的資訊，Predix平臺的四大核心功能是連結資產的安全監控、工業資料管理、工業資料分析，雲技術應用和移動性。平臺架構共分為三層，分別為邊緣連線層、基礎設施層和應用服務層。其中，邊緣連線層主要負責收集資料並將資料傳輸到雲端；平臺層主要提供基於全球範圍的安全的雲基礎架構，滿足日常的工業工作負載和監督的需求；應用服務層主要負責提供工業微服務和各種服務互動的框架，主要提供建立、測試、執行工業網際網路程式的環境和微服務市場。

圖2 Predix工業網際網路平臺架構

Predix平臺主要通過一個名為Predix機器的功能模組採集工業資料，這是一個能嵌入到工業控制系統或網路中的軟體棧，其嵌入方式主要由三種：

1)部署在閘道器。對於支援通用工業通訊協議（如modbus，opc等）或TCP/IP等IT通訊協議的裝置，Predix機器可以通過裝置自身所支援的協議直接與裝置進行通訊，在這種應用場景中，Predix機器往往部署在閘道器上，而閘道器起到裝置與雲之間的通訊連線作用；

2)部署在控制器。Predix機器直接部署在裝置的控制單元中，這樣做能夠削弱機器軟體與硬體之間的聯絡，實現連線、可升級性、相容性、遠端訪問等，使獨立執行或在單獨網路中執行的工業裝置能夠直接連線到雲端，完成資料採集與實時分析；

3)部署在感測器節點。在這一應用場景中，感測器部署在生產現場，完成資料採集，直接將資料上傳至雲端，在雲端完成其他的資料處理操作。

為了實現對大量採集來的工業資料進行處理和分析，進而優化工業生產過程。Predix平臺提供包括裝置服務、資料服務、分析服務在內的一系列服務。具體實現過程：

Predix先通過裝置服務為裝置建模，再利用資料服務將採集的裝置執行資料與來自其他的資料來源的資料（包括裝置模型、ERP資料）相結合，並根據資料的特點儲存到不同型別的資料庫中，最後採用分析服務對資料進行分析，進而輸出分析結果。目前，Predix提供兩種型別的資料分析：運算元據分析和歷史資料分析。其中，運算元據分析實質是實時資料分析，對裝置的狀態變化進行實時分析與響應；歷史資料分析是對海量歷史資料進行分析，進而建立裝置預防性維護模型。

面對當前不同行業資料的分析需求，Predix分析服務提供開發框架，一個基於微軟Cloud Foundry框架的PaaS開發平臺，利用這個開發平臺，企業可以根據需求自主開發演算法和模型，在通過配置、抽象以及擴充套件模型用於管理分析演算法的執行。由於多年在航空、能源、電力、醫療等行業的經驗和資料積累，Predix平臺內部整合了一些針對飛機發動機引擎、醫療資料、能源資料的演算法和模型。除此之外，GE及合作伙伴還基於Predix平臺開發部署了一系列工業APP應用，包括計劃和物流、互聯產品、智慧環境、現場人力管理、工業分析、資產績效管理、運營優化等。

e-works認為，Predix平臺基本實現了對工業網際網路平臺四大功能的全覆蓋，屬於比較典型的工業網際網路平臺。就目前而言，Predix工業網際網路平臺無論是在技術架構的領先性、功能服務的全面性、行業應用的覆蓋度，以及業界的影響力等方面都要領先與同行，屬工業網際網路平臺中的旗艦和標杆。

② 西門子——MindSphere

如果需要為Predix選擇一個行業對手，我認為非MindSphere莫屬。MindSphere是西門子推出的基於雲的開放式物聯網作業系統，自2016年4月釋出以來受到了行業的廣泛關注。MindSphere之所以有著強大的行業影響力就在於西門子不但在構建工業網際網路理念，而且有著比較廣泛的行業應用實踐，包括一系列數字化工廠和無人工廠都是以MindSphere平臺為核心構建。

圖3 MindSphere基於雲的開放式物聯網作業系統

對工業裝置的資料採集，西門子提供了一個MindConnect的工具盒子，可以讓裝置輕鬆連線入網。在這裡可以找到Nano這種即插即用的工具，而配套的閘道器、軟體也都使得連線變得容易，並且可以輕鬆整合到MES軟體上。當然，這個即插即用目前是有限制條件的，要麼裝置支援西門子S7的通訊協議，要麼支援OPC UA這個新一代通訊協議。當然Nano應該只是一個面向既有產品的過渡手段，而對於西門子新自動化裝置而言，這種工具乾脆就會直接成為數字化裝置的一部分。

MindSphere平臺主要依託Nano這一閘道器型硬體產品，向上與MindSphere的雲端進行連線，向下與西門子的眾多具有乙太網通訊能力的硬體產品、以及支援通用協議的其他品牌產品進行通訊，完成資料採集與傳輸。如果裝置的通訊協議比較特殊，使用者可以基於Nano中的開源軟體自行開發裝置通訊與資料採集程式。

下面我們具體介紹MindSphere是如何實現與裝置之間的通訊與資料傳輸，主要的方式可歸結為四種：

1)MindConnect Nano

MindConnect Nano實質上是一款嵌入式工控機，通過預先進行配置的方式與MindSphere進行連線通訊。在硬體上支援的介面主要包括USB、PCIe插槽、串列埠以及乙太網口。支援的通訊協議包括西門子S7系列的乙太網通訊協議以及OPC UA。Nano能夠通過安全的網路連線向MindSphere傳輸加密資料，保證資料安全。Nano只能與MindSphere共同使用。

從Nano的產品介紹中可以看出，它扮演的角色類似於位於雲平臺和現場裝置之間的工業閘道器，既完成資料採集（包括建立通訊），又完成資料向雲端的加密傳輸。而且Nano這一工業閘道器只能用於MindSphere體系中。

2)MindConnect IOT 2040

這款產品的定位還是作為工控裝置與物聯網的聯結器，因為這款產品本身秉承了SIMATIC系列產品的工藝設計，保證了在工業現場惡劣環境下的可靠性，這一點能夠彌補Arduino等物聯網開源硬體在工業強度等級上的不足，相當於給效能強大的物聯網硬體穿上一身安全服。

3)MindConnect Software

從功能上推斷可能就是Nano中提供的免費開源軟體。通過這個開源的軟體使用者可以自行開發所需要的通訊協議，與裝置建立連線，採集資料。比如有些裝置並不支援OPC UA工業通訊標準，也不支援西門子S7系列的乙太網通訊協議，在這種情況下，企業就可以利用MindConnect Software進行自主的通訊協議開發。

4)SIMATIC系列及其他西門子產品

西門子的自動化產品中有很多通訊模組，比如乙太網通訊模組，甚至有些CPU模組中就帶有乙太網通訊的功能，因此，MindSphere可以通過Nano直接與西門子的這類產品進行整合，實現通訊與資料採集。

對於資料的分析，MindSphere白皮書只是在介紹了MindSphere融合了自己開發的Sinalytics分析平臺。這個平臺與Predix平臺非常類似，整合了遠端維護、資料分析及網路安全等一系列現有技術和新技術，還能夠對機器感應器產生的大量資料進行整合、保密傳輸和分析。不過西門子提供的資料表明，Sinalytics分析平臺主要是提升對燃氣輪機、風力發電機、列車、樓宇和醫療成像系統的監控能力。

但經過2017年的發展，西門子已經對MindSphere平臺的資料分析和應用開發能力做了重大優化。西門子通過與IBM進行合作，將Watson Analytics融入到MindSphere中，為MindSphere提供了多個分析工具，包括預測分析、規範分析和認知分析。在2017年漢諾威工業博覽會上，西門子展示約50種工業APP，包括了降低安全風險，提升互聯裝置和工廠的可用性等功能。除此之外，西門子正在與源訊、埃森哲、Evosoft、SAP和微軟，以及亞馬遜雲服務（AWS）和Bluvision等新的合作伙伴進行合作，強化工業APP產業生態的構建。

MindSphere平臺向下提供資料採集API，即支援開放式通訊標準OPC UA，也支援西門子和第三方裝置的資料連線；向上提供開發API，方便合作伙伴和使用者開發應用程式。MindSphere平臺應用開發也是基於Cloud Foundry框架構建，即搭建完整的大資料預處理、儲存及分析的技術框架，也融合了西門子以前在若干個領域積累的分析模型與演算法，也提供開放的介面，便於使用者嵌入滿足個性化需求的分析演算法模型。

e-works認為：MindSphere平臺是目前最貼近製造企業工業自動化應用需求的工業網際網路平臺。西門子本身就是一家制造企業，生產製造一些關鍵的工業自動化裝置。因此，既能準確的把握製造企業的應用需求，也能通過對工業裝置的技術和生態掌控構建滿足製造企業需求的工業網際網路平臺。這決定了MindSphere平臺必然是當前製造企業的優先關注物件和應用實施的首選。

③ ABB——Ability

ABB集團全球CEO史畢福將ABB Ability工業雲定義為從裝置、邊緣計算到雲服務的跨行業、一體化的數字化解決方案。具體來說，ABB Ability工業雲平臺就是“邊緣計算+雲”架構，邊緣裝置負責工業裝置的接入，對關鍵裝置的引數、值和屬性進行資料採集，由ABB Ability邊緣計算服務進行資料的處理和展現，最上層雲平臺用來對工業效能的高階優化和分析。

圖4 ABB Ability工業雲平臺架構

從產品白皮書提供的資料分析，ABB Ability可按照“金字塔型”劃分為四個層次，分別是底層的裝置與感測器，中間層的自動化系統、端到端的工業/企業數字化解決方案，以及最上層的開放的工業雲平臺。從四層架構體系看基本涵蓋了工業網際網路平臺定義的功能。

1)底層的裝置與感測器

ABB主要業務是電力和自動化，ABB Ability工業網際網路平臺也是圍繞產業業務構建。對於底層的資料採集，ABB主要是通過感測器來完成。早在2016年，ABB就推出的智慧感測器解決方案，將低壓電機與工業網際網路相連線，從而實現對電機的連續監測。感測器可以便捷地貼附在電機上，將電機震動、溫度、負載和能耗等關鍵資料傳輸到雲端。一旦任何引數偏離標準值，它就會發出警報，從而使操作人員在電機發生故障前採取預防措施。

通訊連線由每臺感測器內建的藍芽，通過工作人員的智慧手機或者ABB閘道器解決方案實現。雲伺服器進行資料分析，產生有用資訊，並將其直接傳送到工作人員的智慧手機或客戶終端。通過使用者終端，工作人員可以獲得趨勢資料、執行時間以及負載資料等，用以優化執行維護計劃。這些狀態與效能資料可以幫助工廠降低電機整個生命週期的總體成本，從而延長電機的工作時間和使用壽命，並提升電機效能和效率。

2)中間層的自動化系統

ABB Ability工業雲平臺的自動化執行環節是由ABB Ability系統 800xA來完成的，這是一款集DCS（分散式控制系統）、電氣控制系統，以及安全系統於一體的協同自動化系統，幫助客戶提高工程效率、操作員效率和資產利用率。該系統包括800xA DCS、 800xA安全、800xA電氣控制。

3)端到端的工業數字化解決方案

ABB Ablility工業雲平臺支援的行業應用包括：面對資產密集型行業的績效管理解決方案；針對流程工業的控制系統；面向機器人、電機和機械裝置的遠端監測服務；用於建築、海上平臺和電動汽車充電基礎設施的控制解決方案；以及滿足資料中心能源管理和遠洋船隊航線優化等需求的專業領域的解決方案。

4)開放的工業雲平臺

ABB已經與微軟達成戰略合作，將依託於微軟的Azure平臺提供工業雲服務。ABB與IBM Watson已經展開合作，計劃為 ABB Ability平臺提供工業資料計算和分析能力。在中國市場，ABB則與華為合作，聯合研發機器人端到端的數字解決方案，實現機器人遠端監控、配置和大資料應用。

e-works認為：ABB Ability工業雲平臺的體系架構基本涵蓋了工業網際網路平臺的四大基本功能，但在工業分析能力和應用開發能力方面還有待完善。為強化平臺分析能力，ABB正在通過與微軟、IBM、華為這些資訊科技領導廠商合作。ABB Ability工業雲平臺最適用的仍然是電力自動化，並在交通、資料中心、智慧建築、採礦業、石油化工以及製造業得到了廣泛應用。

④ 菲尼克斯電氣——ProfiCloud

菲尼克斯電氣專注做電子電氣介面與連線，從世界上第一片組合式接線端子開始，到現在可以為客戶提供聯結器、殼體、功能安全、工控機、照明、標識、電源、防雷等全系列選擇。菲尼克斯電氣提供的ProfiCloud技術可以讓PROFINET的使用者在不新增任何硬體成本的情況下，輕鬆實現安全、快捷的底層裝置間的互聯互通。

圖5 ProfiCloud工業雲平臺

對於實現裝置之間的互聯，ProfiCloud工業雲平臺主要通過一種叫做ProfiCloud耦合器的裝置安全地將本地PROFINET網路連線到ProfiCloud雲平臺上，同時也使ProfiCloud服務可以在PROFINET中使用。對於遠端的裝置則可以採用分散式控制器通過網際網路與ProfiCloud相聯接。它就像PROFINET網路中的一個本地裝置一樣可以直接使用，無需進一步的配置或程式設計。在ProfiCloud平臺上遠端的PROFINET子站甚至都不需要控制器，所有的控制命令都可以由本地PROFINET控制器發出，這樣為客戶節約了大量硬體成本。

ProfiCloud裝置的接入非常簡單，工程師只需在ProfiCloud雲端伺服器上通過UUID（裝置通用唯一識別碼）新增ProfiCloud裝置，並將分佈在不同區域的PROFINET IO子站、交換機和雲耦合器“連線”在一起就完成了設定工作，然後就可以像使用本地PROFINET裝置一樣對遠端裝置進行組態和程式設計。

除ProfiCloud工業雲平臺之外，菲尼克斯電氣還有開放式控制平臺PLCnext，PLCnext可以讓各類工具軟體如Visual Studio、 Eclipse、Matlab Simulink、PC Worx等並行工作成為現實，並共享資料資訊資源。通過將PLCnext開放式控制平臺與ProfiCloud工業雲平臺的結合，使得來自產品開發、裝置工程、生產部門的團隊可以在新產品開發階段就跨部門合作，協同配合，以便更快速地使用生產裝置。同時還可以結合第三方資料，如天氣資料、匯率資料等，這樣的功能能為某些風力發電、光伏發電、水利設施及生產製造企業帶來便利。

除了支援ProFinet協議的工業裝置的接入，ProfiCloud工業雲平臺也可以將智慧手機、智慧手錶等移動智慧裝置整合為虛擬的PROFINET裝置，通過智慧終端可以隨時讀取操作人員的心率感測器、重力感應感測器、電子羅盤感測器、三重陀螺儀感測器、溫溼度氣壓感測器等資料。菲尼克斯電氣認為，在未來在智慧工廠內部，參與生產的將不僅僅是高階智慧製造裝置，人機交換也不僅僅是簡單的通過按鈕和開關，智慧穿戴裝置和連線智慧世界的通訊技術將帶來更加高效便利的生產製造模式。

在安全方面，為保障工業裝置之間的通訊安全，ProfiCloud工業雲平臺中的裝置之間的通訊都採用了TLS（安全傳輸層協議）方式加密，簡單而安全的通訊機制可以讓使用者輕鬆控制分佈在世界各地的裝置及系統。

e-works認為：與Predix、MindSphere這些能廣泛支援異構工業協議裝置之間互聯有所不同，ProfiCloud工業雲平臺主要支援以ProFinet工業協議為主的工業裝置互聯。同時對照工業網際網路平臺的四大功能，ProfiCloud的重點在裝置的接入和互聯，以及資料的採集和分析，在平臺開發能力和構建工業APP產業生態方面還有待進一步的完善。

⑤ 施耐德電氣——EcoStruxure

EcoStruxure是施耐德電氣推出的新一代物聯網平臺。該平臺將原有的三大解決方案融合到一起，包括電力行業的能效管理解決方案PowerStruxure，機器製造行業的能效管理解決方案MachineStruxure，工廠的能效管理解決方案PlantStruxure，實現了從多維Struxure 向EcoStruxure平臺的統一。

圖6 EcoStruxure工業物聯平臺架構

從字面上來講，E代表了能效，CO代表了控制，EcoStruxure就是我們能效管理平臺的總稱。顧名思義，EcoStruxure平臺的主要功能就是實現對企業的能源效率進行有效的管理以降低企業的運營成本。

EcoStruxure物聯網平臺共分三層，包括互聯互通的產品、邊緣控制以及應用、分析與服務。

1)互聯互通的產品層

EcoStruxure物聯網平臺通過在斷路器、變頻器和制動器等關鍵裝置中嵌入感測器、計算系統、IP網路和邊緣分析等功能，可以實現對裝置的發現和載入、裝置的配置和通訊、裝置資料的收集和儲存，並具備在裝置層級進行本地分析、便捷配置和升級更新的能力。

針對產品的互聯互通，施耐德電氣推出了Altivar Machine變頻器和Altivar Process變頻器。其中，Altivar機器變頻器設計用於滿足智慧機器的各種要求，並且能夠在簡單和複雜應用中給予原始裝置製造商對於變頻器的選擇指向。Altivar Process變頻器不只是一臺變頻器，而是一款智慧型互聯互通產品，企業可以通過移動端訪問有關資訊，從而實時做出業務決策。

2)邊緣控制層

EcoStruxure物聯網平臺實現位於本地或雲端運營的控制、管理、自動化和優化的各種構件。包括SoMachine、Mondicon M580 ePAC控制器、Foxboro、Triconex、機器自動化。

SoMachine軟體：是一款整合Vijeo-Designer軟體的開放、高效的專業軟體解決方案。它整合用於運動控制裝置的配置和傳送工具，具備對現場匯流排配置程式、專家診斷功能和故障除錯功能，以及維護和視覺化等多重功能。

Mondicon M580 ePAC控制器：是一款基於工業乙太網的可程式設計自動化控制器，其核心優勢在於通過最先進的ARM架構微處理器將標準的乙太網嵌入自動化控制器，並且將它應用到現場匯流排、控制匯流排和內部的背板匯流排等所有的通訊中，以及所有的裝置和模組，例如配電、低壓電路板、能源管理功能等，從而形成一個完整的、真正意義上的開放網路，實現無縫的連線和通訊的優化。

Foxboro DCS：Foxboro系列控制與 I/O 裝置能夠無縫整合現場匯流排功能，包括現場匯流排基礎、在現場的現場匯流排基礎控制、HART、PROFIBUS、Modbus。Foxboro DCS無縫完整整合的控制元件與一套功能強大的工具相結合。

Triconex 過程安全解決方案：為工廠提供全套的安全關鍵解決方案和全生命週期安全管理理念與服務，保持企業安全可靠穩定執行與盈利增效的同步。

機器控制：可以實現對機器的協調控制或同步控制，適用於各種自動化系統和行業，包括各種自動化包裝機器、物料搬運、暖通空調控制、泵控、材料加工控制等。

3)應用、分析與服務層

EcoStruxure平臺提供對基於開放IP協議備最寬泛的容納能力，能實現雲連線，為控制、監視、遠端聯網和資產管理的應用、分析與服務的交付提供支援，這些全部都構建在微軟Azure物聯網套件之上。

e-works認為：EcoStruxure平臺的應用定位比較清晰，主要是提供電力系統及裝置的互聯、狀態監控和效率優化。能支援較為寬泛的電力系統及裝置的互聯，並對裝置的資料進行採集和分析。實現了工業網際網路平臺功能三個基本功能，即裝置互聯、資料採集和儲存、資料分析及工業效能優化。但目前還不提供基於PaaS的開放平臺，也不支援企業自主開發工業APP。

⑥ 艾默生——PlantWeb

2016年艾默生推出了經過擴充套件升級的Plantweb數字生態系統，這是一個基於標準的可擴充套件硬體、軟體、智慧裝置和服務組合，它將數字智慧進一步擴充套件到整個製造企業，併為現場應用提供了一個全面的框架，幫助製造商在安全性、可靠性、生產力和能源方面實現最佳績效。

圖7 PlantWeb數字生態系統架構

從整體架構劃分，最下面一層是資料層，主要是利用艾默生廣泛的測量儀表實現對工業執行狀態的全面感知，包括傳統的溫壓液位、閥位監測、振動監測和腐蝕監測等。中間層是傳輸安全層，主要解決傳統資料的傳輸和儲存，以及通過應用閘道器實現異構裝置的互聯和資料接入。接入端安全傳輸運用一系列網路安全技術和裝置將各類儀表採集的資料單向傳輸到IT平臺供網際網路和雲端使用，同時防止外部資料侵入企業過程運營平臺。最上層是應用層，該層整合各種裝置監控軟體，可以對裝置的健康狀態、運營績效和能耗進行分析與優化。而且還可以支援移動應用，通過雲服務將整個工業物聯網平臺的資訊傳遞給專家，從而提供遠端服務。

PlantWeb主要功能模組：

普適測量：包括新推出的本安型溫度感測器、腐蝕監測感測器、中壓電氣保護及氣體洩漏探測裝置。

Secure First Mile：艾默生的Secure First Mile是一種資料安全手段，使客戶能夠有選擇地將高度安全的資料從受保護的控制和作業系統（OT）連線到雲環境（IT）中的運營績效應用。

資訊平臺：整合各種裝置狀態監測軟體，每一個品種的裝置監測就是一個獨立的應用軟體，因此可以從單個裝置資產類別監測軟體開始，逐步擴充套件到更多種類的資產裝置監測。Plantweb Insight資訊平臺可獨立於現有業務系統和DCS 執行，併為工業物聯網提供接入點。

顧問系統：整合的分析專家應用軟體，用於裝置資產健康、效能建模和全廠範圍內的能源優化。目前包括機械裝置顧問,、工廠效能顧問和能源顧問三個應用，可擴充套件到跨多個工廠的數千臺裝置，用於整個企業範圍的裝置和能源分析。Plantweb Advisor顧問系統可以在現場、公司內部雲平臺或第三方雲服務系統中執行。

裝置管理平臺：它可將多個業務系統中的裝置健康狀態資料整合到一起，並根據企業管理人員的不同需求將資料推送到他們的電腦和移動裝置上。

移動應用：DeltaV 移動應用使使用者能夠安全地遠端監測他們的過程，並接收自定義的過程警報通知。AMS Trex裝置通訊器是一款適合維護技術人員使用的堅固耐用的工具，適用於嚴酷工況環境，在不干擾生產的情況下隔離並修復問題。AMS Asset View基於職能的警報系統確保了負責可靠性的員工接收到重要且相關的警報，以確保對生產至關重要的資產處於正常執行狀態。

遠端支援服務：指支援工業物聯網的雲服務，可用於實時監測重要裝置資產的健康狀況、能源消耗以及其它和運營相關的應用。可以對使用者的裝置資產、運營效能、具有優先順序的維修以及裝置狀態趨勢進行連續監測，並提供報告。

微軟雲服務和物聯網方案：艾默生將基於雲的Microsoft Azure 物聯網套件進行了標準化，以實現Connected Services遠端支援服務，使得Plantweb數字生態系統能夠提供一個安全、靈活的平臺，從而與企業內部雲網路和第三方雲服務連線。

艾默生的產品線主要包括工業閥門、儀器儀表，以及程式導向與離散製造業的工業控制化系統，如DCS、SCADA等。這些產品大多部署於工業生產的各個狀態監控節點，這決定了艾默生有能力從企業的生產過程中獲得實時的感測器資料，為艾默生構建工業物聯網平臺提供了堅固發展基礎。

e-works認為：PlantWeb數字生態系統屬比較成熟的平臺，是當前比較領先的面向流程行業的工業網際網路解決方案。PlantWeb數字生態系統可以通過遍佈工業生產過程的工業閥門、儀器儀表和工業自動化控制系統採集工業資料，並對工業資料分析實現對生產過程的配置優化。

⑦ 霍尼韋爾工業物聯網

霍尼韋爾將工業物聯網定義為一個六層的立體架構，由下而上包括實時感知層、資料連線層、介面層、雲服務層、分析計算層以及應用層。霍尼韋爾的工業物聯網解決方案可以用‘1-2-3’來表示，即1個生態平臺、2種資料連線方式、3種應用。

圖8 霍尼韋爾工業物聯平臺架構

在霍尼韋爾的六層架構中，感知層、邊界裝置和閘道器主要實現裝置的網際網路，霍尼韋爾主要通過Sentience工業軟體實現對資料的採集、分析和挖掘，該平臺包含有資料的安全協議和資料分析軟體，是連線工業物聯網資料連線層、介面層和雲服務層的重要工具。其連線方式主要通過兩種方式：

1)通過已有的現場實時監測裝置、自動化系統和資訊系統來獲取，如智慧感測器、智慧變送器、油氣行業灌區的液位儀、油氣的超聲波流量計等。這些裝置本身就攜帶大量的資料，可以通過裝置連線到霍尼韋爾的物聯網平臺上。

2)將現場的裝置直接通過OPC UA送到雲端的資料中心進行資料分析。OPC UA是霍尼韋爾資料連線和管理的協議，它提供了一種開放的網際網路資料的連線，既可以帶上下文，也有相應的資料安全。

在資料分析和應用層面，霍尼韋爾主要通過數字智慧的分析平臺，該平臺可以幫助客戶採集所需的資料，進行視覺化的發展趨勢分析，得以與其他使用者協作，預測和防止裝置故障，並能夠採取行動做出業務決策。除此之外，霍尼韋爾還提供自己開發的面向移動工業應用的APP軟體，確保了工廠的經理、主管等運營人員與企業時刻保持互聯。 

在應用開發層面，霍尼韋爾提供Matrikon OPC UA軟體開發工具包，這是一個不受平臺、作業系統或大小限制的整合工具包，能夠幫助使用者快速、輕鬆地實現工業軟體系統間的互聯互通。

e-works認為：霍尼韋爾提出的“至聯致遠”這個戰略口號蘊含的是對連線手段和資料獲取的重視。在應用開發層面，霍尼韋爾目前只為企業提供基於OPC UA的軟體開發包，以支援異構裝置的接入。但霍尼韋爾正在通過搭積木式的方式不斷從軟體層面尋求平臺功能的突破。

⑧ 庫卡——KUKA Connect

2017年，KUKAConnect平臺正式推出，這是一個基於訂閱的平臺，不需要進行軟體安裝。KUKA Connect平臺目前提供兩種可用的服務。

圖9 KUKAConnect平臺架構

第一種是KUKA Connect Lite。提供的功能包括：狀態監控、裝置維護提醒、機器人ID識別資料、控制器資料、規格說明、使用者手冊、管理員控制檯、機器人清單。

• 狀態監測：實現對接入平臺的庫卡機器人的系統狀態進行監測。

• 機器人ID識別資料：根據機器人ID資訊識別資料。

• 管理員控制檯：通過管理控制檯實現對各種裝置狀態的集中展示和操控。

• 多國語言支援：支援英文、中文、德文等主要系統版本和語種。

• 維護日誌：儲存所有系統及裝置維護記錄。

第二種是KUKA Connect Plus。除了上述功能之外，還能提供的附加功能包括：機器人實時狀態提醒、實時故障提醒、可匯出的資料包告、實時故障維修與記錄、全面的裝置日誌、機器人4D視覺化模型。

• 機器人實時狀態提醒：可實時的通過後臺檢視機器人狀態。

• 可匯出的資料包告：可匯出裝置狀態執行的資料包告。

• 實時故障提醒：實時的進行故障提醒，避免因裝置故障造成損失

• 實時故障維修與記錄：提供實時維修的功能，並對維修過程資訊進行記錄。

• 全面的裝置日誌：提供詳細而全面的裝置狀態及維護維修日誌供查閱。

• 機器人4D視覺化模型：能夠通過平臺虛擬展現實時生產場景下的機器人運動狀態模型。

除了以上談到的功能之外，KUKA Connect還可以通過與Nebbiolo技術的結合，使用fogNodeTM計算裝置實現端對端應用能力，從而安全地在機器人和雲平臺之間搜尋、交換、轉移資料。

從KUKA Connect平臺架構看，庫卡的的戰略十分明確。即通過搭建雲平臺接入應用廣泛的機器人裝置，採集機器人工作狀態和執行資料，實現工業機器人狀態的實時監控，進而做到效能的優化與分析。KUKA Connect是一種包月服務，製造企業可以自主選擇是否接入，一旦接入就按照服務功能支付費用。同時庫卡還與第三方合作伙伴開發工業APP，創造圍繞KUKA機器人的工業生態。

e-works認為：相對主流的工業網際網路平臺，KUKA Connect平臺的結構簡單，功能明確。既能實現對產品的效能監控，也可以通過公有云平臺遠端服務客戶企業。從功能上講，KUKA Connect就是典型的公有云服務平臺。與工業網際網路平臺存在明顯的本質區別。

人工智慧賽博物理作業系統

AI-CPS OS

“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧）分支用來的今天，企業領導者必須瞭解如何將“技術”全面滲入整個公司、產品等“商業”場景中，利用AI-CPS OS形成數字化+智慧化力量，實現行業的重新佈局、企業的重新構建和自我的煥然新生。

AI-CPS OS的真正價值並不來自構成技術或功能，而是要以一種傳遞獨特競爭優勢的方式將自動化+資訊化、智造+產品+服務和資料+分析一體化，這種整合方式能夠釋放新的業務和運營模式。如果不能實現跨功能的更大規模融合，沒有顛覆現狀的意願，這些將不可能實現。

領導者無法依靠某種單一戰略方法來應對多維度的數字化變革。面對新一代技術+商業作業系統AI-CPS OS顛覆性的數字化+智慧化力量，領導者必須在行業、企業與個人這三個層面都保持領先地位：

1. 重新行業佈局：你的世界觀要怎樣改變才算足夠？你必須對行業典範進行怎樣的反思？

2. 重新構建企業：你的企業需要做出什麼樣的變化？你準備如何重新定義你的公司？

3. 重新打造自己：你需要成為怎樣的人？要重塑自己並在數字化+智慧化時代保有領先地位，你必須如何去做？

AI-CPS OS是數字化智慧化創新平臺，設計思路是將大資料、物聯網、區塊鏈和人工智慧等無縫整合在雲端，可以幫助企業將創新成果融入自身業務體系，實現各個前沿技術在雲端的優勢協同。AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量與行業、企業及個人三個層面的交叉，形成了領導力模式，使數字化融入到領導者所在企業與領導方式的核心位置：

1. 精細：這種力量能夠使人在更加真實、細緻的層面觀察與感知現實世界和數字化世界正在發生的一切，進而理解和更加精細地進行產品個性化控制、微觀業務場景事件和結果控制。

2. 智慧：模型隨著時間（資料）的變化而變化，整個系統就具備了智慧（自學習）的能力。

3. 高效：企業需要建立實時或者準實時的資料採集傳輸、模型預測和響應決策能力，這樣智慧就從批量性、階段性的行為變成一個可以實時觸達的行為。

4. 不確定性：數字化變更顛覆和改變了領導者曾經仰仗的思維方式、結構和實踐經驗，其結果就是形成了複合不確定性這種顛覆性力量。主要的不確定性蘊含於三個領域：技術、文化、制度。

5. 邊界模糊：數字世界與現實世界的不斷融合成CPS不僅讓人們所知行業的核心產品、經濟學定理和可能性都產生了變化，還模糊了不同行業間的界限。這種效應正在向生態系統、企業、客戶、產品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量通過三個方式激發經濟增長：

1. 創造虛擬勞動力，承擔需要適應性和敏捷性的複雜任務，即“智慧自動化”，以區別於傳統的自動化解決方案；

2. 對現有勞動力和實物資產進行有利的補充和提升，提高資本效率；

3. 人工智慧的普及，將推動多行業的相關創新，開闢嶄新的經濟增長空間。

給決策制定者和商業領袖的建議：

1. 超越自動化，開啟新創新模式：利用具有自主學習和自我控制能力的動態機器智慧，為企業創造新商機；

2. 迎接新一代資訊科技，迎接人工智慧：無縫整合人類智慧與機器智慧，重新

   評估未來的知識和技能型別；

3. 制定道德規範：切實為人工智慧生態系統制定道德準則，並在智慧機器的開

   發過程中確定更加明晰的標準和最佳實踐；

4. 重視再分配效應：對人工智慧可能帶來的衝擊做好準備，制定戰略幫助面臨

   較高失業風險的人群；

5. 開發數字化+智慧化企業所需新能力：員工團隊需要積極掌握判斷、溝通及想象力和創造力等人類所特有的重要能力。對於中國企業來說，創造兼具包容性和多樣性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《論語·子路》雲端計算、大資料、物聯網、區塊鏈和 人工智慧，像君子一般融合，一起體現科技就是生產力。

如果說上一次哥倫布地理大發現，擴充的是人類的物理空間。那麼這一次地理大發現，擴充的就是人們的數字空間。在數學空間，建立新的商業文明，從而發現新的創富模式，為人類社會帶來新的財富空間。雲端計算，大資料、物聯網和區塊鏈，是進入這個數字空間的船，而人工智慧就是那船上的帆，哥倫布之帆！

新一代技術+商業的人工智慧賽博物理作業系統AI-CPS OS作為新一輪產業變革的核心驅動力，將進一步釋放歷次科技革命和產業變革積蓄的巨大能量，並創造新的強大引擎。重構生產、分配、交換、消費等經濟活動各環節，形成從巨集觀到微觀各領域的智慧化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式，實現社會生產力的整體躍升。

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產業智慧官  AI-CPS

用“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧），在場景中構建狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行-學習提升的認知計算和機器智慧；實現產業轉型升級、DT驅動業務、價值創新創造的產業互聯生態鏈。

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新技術：“雲端計算”、“大資料”、“物聯網”、“區塊鏈”、“人工智慧”；新產業：“智慧製造”、“智慧金融”、“智慧零售”、“智慧駕駛”、“智慧城市”；新模式：“財富空間”、“工業網際網路”、“資料科學家”、“賽博物理系統CPS”、“供應鏈金融”。

官方網站：AI-CPS.NET

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