工業(yè)app，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)而生
負(fù)責(zé)IT和OT（運(yùn)營技術(shù)）的管理者，在工業(yè)化和信息化融合的幾十年來，井水不犯河水：IT看重業(yè)務(wù)流程合理，OT看重業(yè)務(wù)執(zhí)行穩(wěn)定。從具體的面向?qū)ο髞砜矗琌T與IT的區(qū)別主要是體現(xiàn)設(shè)備的邊緣端，OT的世界遵從物理進(jìn)化的原理和機(jī)制，發(fā)展比較緩慢：源自控制，專注于運(yùn)營。
然而，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，和數(shù)據(jù)流動(dòng)變得空前容易，激發(fā)了人們對(duì)于數(shù)據(jù)價(jià)值的想象，從而大大促使了OT和IT融合的必要性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用在很多層面上就是統(tǒng)一IT和OT的視角。但I(xiàn)T和OT二者自身的需求、緯度、思維方式太不一樣，融合是非常困難的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及，不同于常規(guī)的企業(yè)管理軟件ERP和執(zhí)行管理系統(tǒng)MES應(yīng)用，它不僅僅是收集的數(shù)據(jù)豐富性和顆粒度的問題，而且更多是要考慮這些數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，這只能站在更高的戰(zhàn)略崗位上才可以評(píng)估和定義。
GE在2018年的報(bào)告中指出，真正數(shù)字轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場，恰恰是發(fā)生在IT和OT交界的地方。實(shí)際上GE更傾向于OT技術(shù)的魅力將得到極大釋放，“IT正在失去魔法，OT的指揮棒正在緩緩升起”。而ARC咨詢團(tuán)隊(duì)在2016年提出的IT和OT融合成熟度模型中，描述了人員、流程、技術(shù)和測量之間在各融合度的關(guān)系，也表明了一點(diǎn)，需要連接邊緣和云、需要處理各種OT協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，都是IIoT大顯身手的地方。
圖1 設(shè)備連接與IT應(yīng)用的融合
IT要下沉，OT要上升，從各種系統(tǒng)匯流而來的數(shù)據(jù)要分析，這就使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的崛起成為可能。
這都使得面向工業(yè)應(yīng)用的開發(fā)，將大大加速。IIoT平臺(tái)，為工業(yè)app應(yīng)用的開發(fā)，提供了一張充滿沃土的溫床。
數(shù)據(jù)重力 推動(dòng)邊緣的進(jìn)化
設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有一種“沉底”的特性。它很少被真正打撈上來使用。因?yàn)闄C(jī)器現(xiàn)場的工業(yè)數(shù)據(jù)，最大的特點(diǎn)就是海量、而且無序。在工業(yè)發(fā)展數(shù)百年歷史上，產(chǎn)線的管理者從來不曾正眼看過它們。它被列入考慮對(duì)象也就是最近幾年的事情。
例如，僅僅單個(gè)數(shù)控機(jī)床設(shè)備，每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就可以達(dá)到400M。按照一個(gè)產(chǎn)線上有10個(gè)工位十臺(tái)設(shè)備計(jì)算，有五個(gè)產(chǎn)線的話，那么一個(gè)簡單的工廠，數(shù)據(jù)生產(chǎn)量每秒鐘可以達(dá)到20G！想想一個(gè)人，手機(jī)流量也不過是每個(gè)月10G左右。二者相差500萬倍！
工廠的大數(shù)據(jù)，往往都是垃圾數(shù)據(jù)山，主要表現(xiàn)在六大癥狀：數(shù)據(jù)很臟（必須大量的算法清洗，才能有可用數(shù)據(jù)）、頻率不同（現(xiàn)場觸發(fā)的頻率非常不同）、海量、大?。〝?shù)據(jù)的容量大小不一）、種類很多（各種異構(gòu)數(shù)據(jù)源）、跨學(xué)科導(dǎo)致的關(guān)系復(fù)雜（數(shù)據(jù)機(jī)制來自“機(jī)光電熱磁”等不同學(xué)科領(lǐng)域）。
如此龐大的數(shù)據(jù)，大多數(shù)是沒有用的，只能留在機(jī)器端。這就是所謂的“數(shù)據(jù)重力”。
它使得大量的數(shù)據(jù)被丟棄在車間的地板上、設(shè)備周圍的空氣中。
數(shù)據(jù)重力，導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)無法上云端，也就無法完成分析。而這幾年物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算能力的發(fā)展，推動(dòng)了人們對(duì)于邊緣智能的思考。太重的數(shù)據(jù)，可以就地處理。在大數(shù)據(jù)分析的時(shí)代，這個(gè)任務(wù)交給了邊緣計(jì)算。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，本身就是一個(gè)分布式的計(jì)算平臺(tái)，它很好地解決云和邊緣的集成問題。通過連接、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理和機(jī)器學(xué)習(xí)，為真正打開數(shù)據(jù)的分析價(jià)值，提供了一個(gè)認(rèn)真的鑰匙。這也為面向場景應(yīng)用的工業(yè)APP的開發(fā)和部署，提供了極大的方便。
工業(yè)app的春天正在來臨
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中間的PaaS平臺(tái)（Platform as a Service）是最重要的部分。目前最有雄心壯志的選手，都在聚焦這個(gè)地方。新型API技術(shù)和與環(huán)境無關(guān)的容器封裝技術(shù)，使得平臺(tái)本身的快速部署和應(yīng)用。有了工業(yè)PaaS平臺(tái)的支撐，面向場景的工業(yè)APP應(yīng)用，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下最具憧憬的一個(gè)領(lǐng)域：千軍萬馬過大江的局面，正在呼之欲出。
圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)
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平民開發(fā)師（Citizen developer）也就是非專業(yè)軟件人士，正在大量涌現(xiàn)，當(dāng)前很多企業(yè)的設(shè)備維護(hù)都是這一類人員，如果也能使用軟件環(huán)境，輕松部署，這就需要有大量輕代碼的編程，大量拖拽式的應(yīng)用。
2017年10月工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭，美國通用電氣公司GE與蘋果達(dá)成合作，兩家公司將共同開發(fā)企業(yè)級(jí) iOS 應(yīng)用，并推出全新的Predix SDK，重點(diǎn)就是物聯(lián)網(wǎng)。GE 將為自己開發(fā) iOS 應(yīng)用以及商業(yè)合作伙伴，并在全公司部署 iPhone 和 iPad。
這個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)app應(yīng)用，背后是有一個(gè)真實(shí)的故事。
加州州立大學(xué)的計(jì)算機(jī)系大學(xué)生在GE Predix的創(chuàng)新大賽中，發(fā)明了一款app，可以利用學(xué)校三個(gè)不同的能源點(diǎn)（太陽能光伏板、熱電氣聯(lián)產(chǎn)等）的能源消耗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析，可以得出最佳的供電量。該項(xiàng)目獲得了10000美元的獎(jiǎng)金。
圖3 GE創(chuàng)新APP競賽的優(yōu)勝者團(tuán)隊(duì)
一直在思考電廠如何更加有效運(yùn)行的GE團(tuán)隊(duì)，受到TITAN的啟發(fā)非常大，因?yàn)樗麄兊囊粋€(gè)方向就是更好解決管道蒸汽損耗。隨后，開發(fā)團(tuán)隊(duì)又在iPhone的應(yīng)用商店中找到一例照相機(jī)輔助應(yīng)用，可以獲得快速、高效和低成本形成熱成像技術(shù)。這讓他們覺得找到了提高電廠效率的方法。
GE的app研發(fā)團(tuán)隊(duì)，跟亞特蘭大電廠的現(xiàn)場經(jīng)理合作。后者陪著他們一起走訪了現(xiàn)場的各種管道，并指出哪些管道接口是可能漏汽從而造成熱損耗的。
借助于這些領(lǐng)域?qū)＜宜鶚?biāo)定的異常故障圖像，再結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和成像工具，GE開發(fā)團(tuán)隊(duì)隨后開發(fā)了一款app，面向管道的熱成像工具TITAN（異常報(bào)警熱成像工具），可以使得每年節(jié)省50000美元。
代價(jià)竟是如此之小。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的大學(xué)生們只獲得了10000美元的獎(jiǎng)金。而GE的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，僅僅用了6個(gè)就開發(fā)出這樣一個(gè)效果神奇的工業(yè)app。
這就是數(shù)字組合創(chuàng)新的魅力，就像是高中畢業(yè)生的舞會(huì)，空氣中彌漫了隨時(shí)可以撮合的火花。
而要滿足數(shù)字化的全新組合，所有的要素盡量服務(wù)化。這樣得以釋放的數(shù)據(jù)，就可以輕松成為場景應(yīng)用的基本素材。借助于一個(gè)松耦合、多方可以調(diào)用的資源，工業(yè)App把各種數(shù)據(jù)重新組合，經(jīng)過信息化、知識(shí)化的處理，封裝成可以執(zhí)行或者調(diào)用的模塊。
云化風(fēng)正盛
上云的應(yīng)用，場景意圖往往很明顯，需求變化也很快。為了適應(yīng)這種快速變化，就要微服務(wù)化，這就是最近幾年微服務(wù)非常流行的原因。微服務(wù)，可以為各類APP開發(fā)者提供滿足場景應(yīng)用的資源池調(diào)用，因此它正在成為全新的潮流。一心要往云方向轉(zhuǎn)型的金蝶，據(jù)說已經(jīng)有了幾百多種微服務(wù)。
在今年德國漢諾威博覽會(huì)上，傳感器制造商Sick推出了具有可編程的傳感器，同時(shí)建立一套軟件體系，可以幫助現(xiàn)場工作人員，建立面向傳感器應(yīng)用的AppSpace。這大大改變了傳統(tǒng)上對(duì)傳感器只有開關(guān)信號(hào)的認(rèn)知。軟件定義硬件，已經(jīng)武裝到設(shè)備最末端的牙齒上了。而Sick同時(shí)推出了AppSpace的編程社區(qū)，旨在推動(dòng)那些在現(xiàn)場的人員，也能夠成為App的開發(fā)者，實(shí)現(xiàn)各種靈活的功能，具有非常大的吸引力。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)走向平民化，非IT的專業(yè)人士也可以輕松上手工業(yè)App應(yīng)用。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，一種開放式的知識(shí)洪流，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上轟鳴，并重新匯成令人興奮的場景應(yīng)用。
數(shù)據(jù)天梯，推動(dòng)OT與IT數(shù)據(jù)融合
IT由管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、支撐管理流程的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成。通常報(bào)告給CIO，這些管理的應(yīng)用程序包括ERP、MES、EAM、WMS等。而OT由管理生產(chǎn)資產(chǎn)、保持順暢運(yùn)營的技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用程序組成。通常報(bào)告給COO，管理的應(yīng)用程序包括PLC、PCD、SCADA、SIS、數(shù)據(jù)歷史和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)等。
這些數(shù)據(jù)要實(shí)現(xiàn)融合，意味著要克服數(shù)據(jù)重力，完成從地板到天花板的遷移。
這些數(shù)據(jù)有三條通道可以直達(dá)天花板：帶通訊能力的傳感器、網(wǎng)關(guān)和PLC。對(duì)于褐色工廠（brown field），很難采用PLC/IPC，因?yàn)閷?duì)PLC重新編程會(huì)有很多困難；這個(gè)時(shí)候，一般采用網(wǎng)關(guān)集成的方式。而對(duì)于綠色工廠（green field），也就是通過使用當(dāng)下各種接口的PLC/IPC，包括支持OPC UA協(xié)議的，都可以有很多自由的選擇；對(duì)于一些褐色工廠，傳感器也是適合的。但是這一點(diǎn)不能規(guī)?；@種多帶有通訊能力的傳感器，成本還是會(huì)太高。
圖4 數(shù)據(jù)天梯
數(shù)據(jù)要完成從設(shè)備級(jí)的地板，升到企業(yè)級(jí)的天花板。需要闖過三關(guān)，第一關(guān)是設(shè)備連接；第二關(guān)是數(shù)據(jù)重力識(shí)別，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；第三關(guān)是建立面向個(gè)人的app應(yīng)用。
對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)而言，最需要的就是搭建這樣一個(gè)“數(shù)據(jù)天梯”，來完成數(shù)據(jù)上上下下的運(yùn)載，從而可以豐富工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的應(yīng)用。
針對(duì)這種局面，宜科電子采用了一種IoT Hub的思路，通過三駕馬車實(shí)現(xiàn)從邊緣到云端的一攬子數(shù)據(jù)解決方案。一是面向連接的大胃王的IoT Hub邊緣端，完成各種設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，尤其是對(duì)PLC的采集；二是在邊緣層構(gòu)建ThingsWise大數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析；這兩者完成了對(duì)數(shù)據(jù)的邊緣分析和計(jì)算。最后，通過工業(yè)APP快速生成工具WorkBench的應(yīng)用端，可以使得“平民程序員”（citizen developer）用最少代碼的方式，通過視圖和拽曳，就可以快速生成app程序，并且可以適配各種移動(dòng)操作系統(tǒng)。
這就實(shí)現(xiàn)了設(shè)備連接、邊緣分析和app應(yīng)用的“三位一體”的使能平臺(tái)，從而使得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以面向場景應(yīng)用，來處理各種設(shè)備和數(shù)據(jù)。
例如在博世的一個(gè)純蒸汽發(fā)生器的場景中，大型設(shè)備往往需要多個(gè)本地的HMI，而且部分工序需要人工操作（如轉(zhuǎn)換、物料再存儲(chǔ)等）。
圖5 為博世提供IoT Hub解決方案
而在IoT Hub的三位一體解決方案中，通過OPC UA采集過程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過WiFi傳輸，然后在移動(dòng)端分析各種KPI信息。這使得機(jī)器故障可以及時(shí)得到反饋，同時(shí)節(jié)省了固定的HMI，也不需要多次切換。
在5月份天津的第二屆世界智能大會(huì)上，宜科電子總經(jīng)理張鑫發(fā)表了以《賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) 使能云制造》為主題的演講，提到：“宜科的理念是搭建一個(gè)‘數(shù)據(jù)天梯’，將邊緣層的數(shù)據(jù)送至云端，在Paas層利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；在Saas層通過提供工業(yè)APP等創(chuàng)新工具，將數(shù)據(jù)應(yīng)用展示出來。” 這樣的賦能平臺(tái)，核心IoT Hub就像是一個(gè)“數(shù)據(jù)云梯”，使數(shù)據(jù)能力真正成為一種戰(zhàn)略上的資源優(yōu)勢。
一個(gè)好的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，需要行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜姨岢鲂枨蠛兔枋?，這是企業(yè)必須要獨(dú)立解決的——在很大程度上，這也是一個(gè)企業(yè)Know-how的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)之上，可以通過外包團(tuán)隊(duì)或者全職程序員完成資產(chǎn)建模。而剩余的設(shè)備連接、數(shù)據(jù)分析、到工業(yè)APP的生成，都是數(shù)據(jù)云梯可以大展身手的地方。
小記
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)大大加速了IT、OT的融合過程。數(shù)據(jù)開始從設(shè)備中掙脫數(shù)據(jù)重力，像珠子一樣，四處滾落。而借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)天梯，一部分經(jīng)過邊緣計(jì)算和分析就地處理，一部分則上升到IT層，都是業(yè)務(wù)決策的一部分。
在機(jī)器和人的注視中，上上下下的數(shù)據(jù)，開創(chuàng)著一個(gè)技術(shù)上分工合作的數(shù)字時(shí)代。
第三十四屆CIO班招生
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