工業互聯網 第3章 核心技術支撐

工業互聯網的核心技術有:數據集成和邊緣處理技術、IaaS 技術、平臺使能技 術、數據管理技術、應用開發和微服務技術、工業數據建模與分 析技術、安全技術。

1.數據集成與邊緣計算處理技術

通常分爲數據採集、數據計算、設備接入。嵌入式技術、邊緣計算、傳感器技術。

1.1 設備接入

基於工業以太網、工業總線等技術。以太網、光纖等通用協議、Wi-Fi、4G/2G、NB-IoT等無線技術將工業設備、傳感器、攝像頭等接入到工業互聯網平臺的邊緣層。

1.2 協議轉換

使用協議轉換標準、中間件等兼容現有的ModBus、OPC、CAN等工業通信協議和軟件通信接口,實現數據格式的統一。

同時使用HTTP、MQTT、TCP、UDP、RTP、CoAP等協議,將採集到數據傳輸到雲端,實現數據的遠程通信。

1.3 數據處理

數據處理通常基於嵌入式、實時操作系統、邊緣計算算法等,在設備端進行數據處理、提高系統響應能力、減少雲端的依賴。

2.IaaS技術

IaaS(Infrastructure as a Service基礎設施即服務)是指把IT基礎設施作爲一種服務通過網絡對外提供。在這種服務模型中,用戶不用自己構建一個數據中心,而是通過租用的方式來使用基礎設施服務,包括服務器、存儲和網絡等。在使用模式上,IaaS與傳統的主機託管有相似之處,但是在服務的靈活性、擴展性和成本等方面IaaS具有很強的優勢。

基於虛擬化、分佈式存儲、並行計算、負載調度等技術,實 現網絡、計算、存儲等計算機資源的池化管理,根據需求進行彈 性分配,並確保資源使用的安全與隔離,爲用戶提供完善的雲基 礎設施服務。

3.平臺使能技術 PaaS 

在通用PaaS架構上進行二次開發,實現工業PaaS層的構建,爲工業用戶提供海量工業數據的管理和分析服務,並能夠積累沉澱不同行業、不同領域內技術、知識、經驗等資源,實現封裝、固化和複用,在開放的開發環境中以工業微服務的形式提供給開發者,用於快速構建定製化工業APP,打造完整、開放的工業操作系統。

 

其實從工業化時代開始,各行業都開始通過做一個靠譜的Platform來降低創新和迭代的成本,將不變的東西自動化,將不斷變化的東西抽象成編程語言來提供靈活性,以此降低創新的成本和風險,這就是規模生產的工業化Platform的概念。

 

4.數據管理技術——大數據技術

在製造業的業務流程普遍完成信息化改造的今天,不少企業已經部署了涵蓋生產信息化、裝備信息化、流程信息化、客戶管理信息化、產供銷管理信息化在內的大量信息化應用,並在生產經營的過程中發揮了巨大的效果

這些工業互聯網所產生的數據無疑有着極高的價值,但數據分析與展示問題也同樣浮出水面。如果通過傳統的數據報表來分析與呈現,不僅將耗費數據分析人員大量的精力,而且只能呈現幾個小時甚至數天之前的數據。隨着集團工業互聯網的快速發展,其先進的業務模式與數據運營模式之間的矛盾日趨凸顯,其迫切需要更加智慧、直觀、實時的數據展現與分析方式,以支撐工業互聯網快速發展。

4.1數據處理框架:

藉助 Hadoop、Spark、Storm 等分佈式處理 架構,滿足海量數據的批處理和流處理計算需求。

4.2 數據預處理:

運用數據冗餘剔除、異常檢測、歸一化等方法 對原始數據進行清洗,爲後續存儲、管理與分析提供高質量數據 來源。

4.3 數據存儲與管理:

通過分佈式文件系統、NoSQL 數據庫、關 係數據庫、時序數據庫等不同的數據管理引擎實現海量工業數據 的分區選擇、存儲、編目與索引等。

5.應用開發和微服務技術

5.1多語言與工具支持:

支持 Java、Python、JavaScript、Ruby 和 PHP 等多種語言編譯環境,並提供 Eclipse integration, JBoss Developer Studio、git 和 Jenkins 等各類開發工具,構 建高效便捷的集成開發環境。

5.2 微服務架構:

提供涵蓋服務註冊、發現、通信、調用的管理 機制和運行環境,支撐基於微型服務單元集成的“松耦合”應用開發和部署。

5.3 圖形化編程:

通過類似 Labview 的圖形化編程工具,簡化開 發流程,支持用戶採用拖拽方式進行應用創建、測試、擴展等。

 

6.工業數據建模與分析技術

6.1 數據分析算法:

運用數學統計、機器學習及最新的人工智能 算法實現面向歷史數據、實時數據、時序數據的聚類、關聯和預

測分析。

 

6.2 機理建模:

利用機械、電子、物理、化學等領域專業知識,結合工業生產實踐經驗,基於已知工業機理構建各類模型實現 分析應用。

 

7.安全技術

7.1數據接入安全:

通過工業防火牆技術、工業網閘技術、加密 隧道傳輸技術,防止數據泄漏、被偵聽或篡改,保障數據在源頭 和傳輸過程中安全。

 

7.2平臺安全:

通過平臺入侵實時檢測、網絡安全防禦系統、惡 意代碼防護、網站威脅防護、網頁防篡改等技術實工業互聯網 平臺的代碼安全、應用安全、數據安全、網站安全。

 

7.3訪問安全:

通過建立統一的訪問機制,限制用戶的訪問權限 和所能使用的計算資源和網絡資源實現對雲平臺重要資源的訪 問控制和管理, 防止非法訪問。

 

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