工业互联网技术基础 课件 第2章 工业互联网平台

工业互联网技术基础1一、工业互联网概述二、工业互联网平台三、边缘层与工业大数据采集四、PaaS层与工业大数据治理五、应用层与工业APP开发六、工业互联网安全七、工业互联网应用2工业互联网平台的体系架构工业互联网平台基本概念工业互联网平台是工业互联网的核心，它面向制造业数字化、网络化、智能化需求，结合云计算、大数据、物联网等技术，构建出基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，形成支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。工业互联网平台体系架构3工业互联网平台的核心功能工业互联网平台基本概念边缘层工业数据接入，包括工业设备数据接入和信息系统数据接入。协议解析与数据预处理，将采集连接的各类多源异构数据进行格式统一和语义解析，并进行数据剔除、压缩、缓存等操作后传输至云端。边缘分析应用，面向高实时应用场景，在边缘侧开展实时分析与反馈控制，并提供边缘应用开发所需的资源调度、运行维护、开发调试等各类功能。4工业互联网平台的核心功能工业互联网平台基本概念PaaS层IT资源管理，通过云计算PaaS等技术对系统资源进行调度和运维管理，并集成边云协同、大数据、人工智能、微服务等各类框架，为上层业务功能实现提供支撑。工业数据与模型管理，面向海量工业数据提供数据治理、数据共享、数据可视化等服务，为上层建模分析提供高质量数据源，以及进行工业模型的分类、标识、检索等集成管理。工业建模分析，融合应用仿真分析、业务流程等工业机理建模方法和统计分析、大数据、人工智能等数据科学建模方法，实现工业数据价值的深度挖掘分析。工业应用创新，集成CAD、CAE、ERP、MES等研发设计、生产管理、运营管理已有成熟工具，采用低代码开发、图形化编程等技术来降低开发门槛，支撑业务人员能够不依赖程序员而独立开展高效灵活的工业应用创新。5工业互联网平台的核心功能工业互联网平台基本概念应用层工业创新应用，针对研发设计、工艺优化、能耗优化、运营管理等智能化需求，构建各类工业APP应用解决方案，帮助企业实现提质降本增效。开发者社区，打造开放的线上社区，提供各类资源工具、技术文档、学习交流等服务，吸引海量第三方开发者入驻平台开展应用创新。应用商店，提供成熟工业APP的上架认证、展示分发、交易计费等服务，支撑实现工业应用价值变现。

应用二次开发集成，对已有工业APP进行定制化改造，以适配特定工业应用场景或是满足用户个性化需求。6工业互联网平台的部署实施工业互联网平台基本概念工业互联网平台实施架构7工业互联网平台的部署实施工业互联网平台基本概念1.设备层系统部署目标：为工业互联网平台提供底层的数据基础支撑。主要任务：（1）提供针对性工业数据接入解决方案；（2）提供协议解析和数据预处理服务。部署方式：（1）对存量设备进行叠加改造，通过开放设备已有控制系统或者是额外添加传感器的方式，对工业设备进行数字化改造；（2）采用新型数字化装备。2.边缘层系统部署目标：满足生产现场的实时优化和反馈控制应用需求。主要任务是：（1）面向视觉检测、AGV智能调度等高实时性场景，提供边缘智能分析应用能力；（2）进行边缘云端协同，进一步提升边缘分析应用的深度和效果。部署方式：（1）嵌入式软件，通过开放设备已有控制系统或者是额外添加传感器的方式，对工业设备进行数字化改造；（2）智能网关，将边缘智能分析应用部署和运行在独立的智能网关之中，基于网关提供的硬件资源和操作系统来进行工业数据的深度挖掘分析，这是当前的主流部署方式。8工业互联网平台的部署实施工业互联网平台基本概念3.企业层系统部署目标：打造企业工业互联网平台，并基于平台开展数据智能分析应用，驱动企业智能化发展。主要任务是：（1）聚焦数据管理与建模分析能力开展工业PaaS建设；（2）结合企业业务需求定制开发工业APP。部署方式：（1）服务器部署，适用于功能要求聚焦、资源容量不大的应用需求；（2）私有云部署，既利用了云计算的优点，又可以确保核心数据停留在企业内部，避免敏感信息泄露；（3）混合云部署，用私有云存储管理核心数据，同时享用公有云的海量IT资源。4.产业层系统部署目标：通过构建产业工业互联网平台，广泛汇聚产业资源，支撑开展资源配置优化和创新生态构建。主要任务：（1）提供基础IT资源支撑；（2）提供数据管理和建模分析能力及良好工业应用创新能力；（3）聚焦行业共性问题和资源优化配置提供解决方案；（4）开展创新生态建设，通过构建开发者社区、应用商店或者是提供二次应用开发等方式来吸引外部开发者，形成应用开发和交付的双向循环，打造充满活力和竞争力的生态化发展模式。部署方式：主要采用公有云形式。9IoTHub工业互联网平台简介工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台是由天津宜科自动化股份有限公司设立在德国德雷斯特的研发中心历经多年的研发积累后，于2018年5月17日正式发布的工业互联网平台，2020年入选全国特色专业型工业互联网平台。IoTHub平台为工业设备泛在连接、工业数据采集分析、工业应用创新开发提供高可靠性和高安全性开发运行环境，是一款面向各类物联网智能终端及工业互联网采集应用的配置、监控、可视化和数据存储应用的赋能系统。10①用于整个IoTHub平台的用户角色权限的管理，控制不同平台用户访问IoTHub各模块的权限。②用于创建的实体终端设备（PLC、ROBOT、数控机床等）的镜像或者映射，也可以创建虚拟设备。③将平台采集数据持久化存储在本地或云端④用于连接外部信息化系统、数据库，以及平台数据的二次加工⑤通过简单的视图组件使平台中的数据可视化⑥通过连接其他外部系统可实现数据整合，同时也能够连接关系型或非关系型数据库，将有价值的数据提取后进行保存⑦边缘网关中协议驱动的管理⑧通过对监控设备的参数设定不同的规则，实现不同级别的报警信息①②③④⑤⑥⑦⑧工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台功能11（1）强大的数据集成能力（2）标准化数据（3）数据存储功能（4）低代码云化开发工具（5）规则引擎（6）预测性维护（7）微服务架构工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台特点12（1）强大的数据集成能力（2）标准化数据（3）数据存储功能（4）低代码云化开发工具（5）规则引擎（6）预测性维护（7）微服务架构工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台特点13IoTHub平台的特点（1）强大的数据集成能力（2）标准化数据（3）数据存储功能（4）低代码云化开发工具（5）规则引擎（6）预测性维护（7）微服务架构工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台特点14概览页面

显示平台中各功能模块的数量，以及各模块的激活或运行状态信息。ThingModule（设备管理模块）UserManagement（用户管理）LicenseModule（授权模块）AgentModule（协议驱动模块）AlarmingModule（报警模块）ScriptsModule（脚本模块）工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面15设备管理页面

负责配置及管理现场通讯设备、系统或产品，也可通过属性参数直接监控数据信息。点击列表上方的“+”新建Thing（注意：每个Thing的名称必须是唯一的），创建成功后其名称将显示在左侧的Thing菜单中。单击菜单中Thing的名称则打开其属性。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面16协议驱动页面

用于管理协议解析所需的驱动应用程序。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面17报警中心页面

通过对平台中相关数据设定监视条件，可在现场发生异常情况时及时发出报警提示。左侧菜单显示报警监控功能的三个选项：Alarms用于创建或编辑报警信息在History中能够查看历史报警信息Templates用来定义报警响应模板，该模板可重复使用在报警参数设置中。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面18脚本页面

给数据提供云端算法建模的编程环境左侧为Script列表，点击列表上方的“+”可新建脚本，单击列表中的脚本名称则打开相应的编辑界面。右侧显示脚本汇总信息，列举处于各类型的脚本数量。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面19管理中心页面

用于新建或管理平台上的用户User（用户管理）：针对用户账号基本信息的管理，支持新建、编辑、查询或删除用户，以及密码设置的功能。Group（组管理）：以组为单位的相关人员信息的管理，支持新建、编辑或删除组信息。Role（角色管理）：针对用户角色相关信息的管理，支持新建、编辑或删除用户角色，并可为角色分配权限。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面20协议驱动控制器页面提供边缘网关的基本信息，新建和控制边缘网关中的驱动应用程序。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面21APP开发工具页面

支持用户根据实际的业务需求进行工业APP的开发与发布。点击IoTHub平台的“”即可进入APP开发工具初始界面，允许用户使用无代码开发方法创建工业APP，定义工业应用的UI和应用逻辑。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台界面持续部署和测试多云服务平台支持环境标准化和版本控制22基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台在整个开发和发布的生命周期中，不同环境之间总会有细微的差别，而Docker

可以通过确保从开发到生产的环境一致性来解决这个问题Docker

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

服务器或VirtualBox

中运行，只需要主机所运行的操作系统支持DockerDocker

容器标准化您的使用环境，确保不同开发者和发布周期之间的环境一致性。容器就像GIT仓库一样工作，您可以提交对某个Docker镜像的修改和并进行版本控制工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-Docker

应用程序和所分配的资源在容器间相互隔离安全性23基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台从架构的角度来看，每个容器都只能使用自己被分配的资源，包括任务处理和网络堆栈，意味着在默认情况下它们不能访问其他容器的sockets或接口作为提高安全性的手段，Docker

在容器中将主机的敏感挂载点（例如/proc和/sys）挂载为只读，并使用了一套写入时复制的文件系统来确保容器间不能读取彼此的数据DockerHub上所有的Docker

镜像都有数字签名，以确保用户使用的镜像是完整、未被第三方修改的Docker确保每个容器都有自己的资源，并与其他容器相互隔离。Docker还确保每个应用程序只使用分配给它们的资源（CPU，内存和磁盘空间）工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-Docker

中大型公司的不二选择开发效率执行性能24基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台Docker、YouTube、阿里云、京东、华为、小米、蚂蚁金服完全使用Go语言进行业务重构；百度腾讯新业务方向采用GoGO语言使用起来简单、代码描述效率高、编码规范统一、上手快环境标准化和版本控制缩短API的响应时长，解决批量请求访问超时的问题；通过协程可以方便的实现API的并行处理，达到处理效率的最大化。依赖Golang的高性能HTTPServer，提升系统吞吐能力，由PHP的数百级别提升到数千里甚至过万级别工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-Golang

强大的标准库稳定性部署方便，二进制文件、Copy部署25IoTHub平台技术特点扩展-Golang基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台Go拥有强大的编译检查、严格的编码规范和完整的软件生命周期（开发、测试、部署、维护等）工具，具有很强的稳定性Go里面的标准库基本上非常稳定，包括互联网应用、系统编程、网络编程等相关的库文件。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-Golang

客户端-服务器（Client-Server）

无状态（Stateless）可缓存（Cachable）26基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台提供服务的服务器和使用服务的客户端分离解耦；提高客户端的便捷性（操作简单），简化服务器提高可伸缩性（高性能、低成本），允许客户端服务端分组优化，彼此不受影响来自客户的每一个请求必须包含服务器处理该请求所需的所有信息(请求信息唯一性）服务器必须让客户端知道请求是否可以被缓存？如果可以，客户端可以重用之前的请求信息发送请求；减少交互连接数，减少连接过程的网络时延工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-RESTfulAPI

分层系统（LayeredSystem）统一接口（UniformInterface）支持按需代码（Code-On-Demand)27基于Docker容器机制采用Golang语言开发的IoT平台客户和服务器之间通信的方法必须是统一化的。（例如：GET,POST,PUT,DELETE），提高交互的可见性，鼓励单独优化改善组件允许服务器和客户端之间的中间层（代理，网关等）代替服务器对客户端的请求进行回应，而客户端不需要关心与它交互的组件之外的事情服务器可以提供一些代码或者脚本并在客户的运行环境中执行工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台技术特点扩展-RESTfulAPI

28工业自动化：在工业生产环境中，IoTHub平台可以连接各种传感器、设备和控制系统，实现设备之间的数据互通。通过实时数据分析和处理，可以监控设备运行状态，预测故障，优化生产流程，提高生产效率。智慧能源：在新能源领域，如光伏、风电等，IoTHub平台可以连接编码器、变频器、逆变器等设备，实时监控能源发电和输配过程中的关键参数，优化调度和控制策略，提高能源利用率。智能物流：在物流行业，如仓储、运输等环节，IoTHub平台可以连接各种物流设备，如仓储管理系统WMS、AGV无人搬运车等。通过实时数据处理和分析，物流企业可以优化仓储管理、提高运输效率、降低运营成本。农业现代化：在农业领域，IoTHub平台可以连接土壤温湿度传感器、光照传感器、CO浓度传感器等设备。通过对农田数据的实时监控和分析，农民可以科学种植、精准施肥、智能灌溉，提高农业产量和产值。工业互联网平台实例–宜科IoTHubIoTHub平台应用场景29EdgeBox设备报警应用IoTHubCloud(云端版本)为工业APP应用程序提供数据接入点只有部分数据存储在云端，其他数据都存储在边缘网关/服务器中云端与边缘网关TLS连接，保证了数据的安全性云端接收边缘网关发送的数据，生成报警信息云端PushNotifications(设备会自动完成注册，不需要人工干预)ELCOEdgeBox（边缘网关）通过工业总线(Profinet等)与现场终端连接一个边缘网关可以控制一到多个PLC边缘网关通过以太网连接到IoTHubCloud边缘网关可以从IoTHubCloud接收控制命令边缘网关提供生产信息到IoTHubCloud工业互联网平台实例–宜科IoTHub案例分享30案例分享工业互联网平台实例–宜科Io