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化工业物联网云服务平台用着怎么样?

化工业物联网云服务平台用着怎么样?

2022-04-25

作者:yunzhimeng

近年来,物联网技术已经广泛应用于工业生产优化、管理提升、改进服务和节能减排等方面。有国际分析报告显示:预计到2020年全球工业物联网产值将达到1510亿美元。工业物联网云服务平台应用前景十分广阔,为此,各政府纷纷出台相关支持政策,德国率先提出“工业4.0”,通过提升制造业的计算机化、数字化和智能化,建立具有适应性与资源效率的工厂。

1. 什么是物联网?

在过去的二百年中,发生了三次工业革命,目前,我们正处于第四次,也被称之为工业4.0。与之前的三次革命不同,工业4.0不是由一个发明,如蒸汽动力或集成电路,而是技术进步的融合,是实体物理世界与虚拟世界融合的时代。

物联网、工业4.0等概念既有交集也有差异。物联网是基于现有的/演进的可互操作的信息通信技术,通过互联(物理和虚拟的)物件提供先进服务的全球信息社会基础设施。(其中虚拟的物件指的是在信息世界中可存储、处理和接入的内容,例如多媒体内容和应用软件等。借助识别、数据获取、处理和通信能力,物联网能够提供满足安全和隐私要求的各种类型应用服务)。

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2. 什么是工业物联网?

随着工业化与信息化的深度融合,企业内部互联互通的需求渐增,通过接入网络今儿达到提高产品质量和运营效率的需求更为强烈,工业物联网云服务平台应运而生。

工业物联网云服务平台是将具有感知、监控能力的各类采集或控制传感或控制器以及泛在技术、移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节,从而大幅度提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。

3. 工业物联网云平台

相比于物联网,工业物联网云平台对于实时性以及安全性的要求更高,因此对上层的管理系统提出了更高的要求。工业物联网将生产过程的每一个环节、设备变成数据终端,全方位采集底层基础数据,并进行更深层面的数据分析和挖掘,从而提高效率、优化运营。此外,工业物联网是一个渐进发展成熟的过程,在实施中包括四个阶段:智能的感知控制阶段、全面的互联互通阶段、深度的数据应用阶段以及创新的服务模式阶段。

随着工业物联网云服务平台的发展成熟,如何针对不同行业与企业提供合适的使能技术和可持续的解决方案成为了工业物联网面临的挑战之一。而工业物联网云服务平台可以实现安全监控、工业数据管理、工业数据分析以及云技术应用等,如果将设备管理、数据分析、资源调度等在工业生产中需要经历的各个环节进行服务化表达,就可以打破产品在整个生命周期中的信息壁垒,帮助企业更好得经营管理工业生产,从而加速产品应用开发能力,极大地提高生产效率。

4. 基于服务的工业物联网云平台

为了实现上述的在工业生产过程中物联网云平台要对生产过程中的不同模块或阶段进行服务化表达的要求,我们使用OSLC技术规范进行工业物联网云平台的搭建。

4.1 什么是OSLC

OSLC的全称为 “Open Services for Lifecycle Collaboration”, 是由IBM提出的一套技术规范,该规范主要用于解决生命周期工具的集成问题。OSLC的核心思想是链接数据,将事物都通过HTTP URI进行标识,用户通过请求能够获取通过标准形式表达的有用信息,并且允许事物间的链接,使得用户能够发现更多的信息。

基于这一基础思想,OSLC将软件研发生命周期的工件进行资源化。用户通过HTTP协议对这些资源进行访问。OSLC中对资源的表述强制要求具备RDF的提供能力,同时也可以支持例如JSON/HTML等其他资源格式。

4.2 系统架构

如图所示,服务化的工业物联网云服务平台大概包括四层,前端BS层、逻辑层、基础服务层和基础组件层。

(1). 前端BS层即为用户交互层,直接面向用户,包括网页客户端。不同的用户通过底层的服务可以访问对应的前端界面,使用JavaScript、HTML和 CSS等web技术创建原生程序框架,它兼容Mac/Windows/Linux,构建的应用可在这三个操作系统上面运行,从而支持多平台的应用部署。

(2). 逻辑层在基础服务层,用于表达基础服务的组成逻辑,为用户交互层提供接口和业务逻辑服务。

(3). 基础服务层用于存放工业物联网云服务平台所涉及的基础服务,如对于工业生产的设备管理、传感器硬件IO接口服务、数据库的操作服务等。该基础服务和逻辑层匹配用于直接实现前端的相关功能。该层基础服务通过OSLC标准开发的OSLC服务配置器生成。针对不同资源,其对应OSLC服务配置器可以将该资源表达为统一的OSLC服务,每个OSLC服务可以通过URL进行访问。

(4). 基础组件层包括整个IOT系统的数据来源、数据存储、核心诊断算法、核心预测算法、硬件接口等。包括模型数据库、用户权限数据库及文件等。其中虚拟文件包括模型文件、仿真文件、结果文件、仿真报告和其他文件的存储。

通过以上服务化架构,工业物联网云服务平台可以具备基于服务的快速配置能力,从而对工业生产中的需求应用进行快速开发,同时也可以采用相关模型实现该服务化工业物联网云服务平台的自动生成。

4.3 物联网云平台的快速开发过程

采用基于模型的方法实现工业物联网云服务平台的自动生成。本方案中,工程师采用特定域建模工具MetaGraph 对工业物联网云平台的架构和开发过程进行描述,并通过代码生成器,将工业物联网云平台架构模型自动生成和工业物联网云平台有关的本体信息。工程师通过采用Datalinks 读入相关本体信息分别生成图 1中前端BS代码、业务逻辑代码、生成服务的OSLC服务配置器。这些服务配置器用于把该工业物联网云平台中所涉及的相关基础组件生成为服务,进而实现基于工业物联网云服务平台的生成。

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5. 案例

5.1 案例介绍

为验证此实施方案在物联网领域的可行性,我们用物联网小车进行案例展示。如图6所示,基于TURTLEBot3的小车框架,开发两个小车实物。这些小车通过ROS(Robot Operating System)系统和Wifi将小车的实时数据传送到PC端,通过PC端的OSLC服务配置器,将实时数据传递到服务云上,开发人员通过云服务实现小车的实时数据监控。将实物数据与仿真模型的数据同时在基于服务的物联网平台中显示。

同时,以小车的Simulink模型、CAD模型、仿真数据等表示工业物联网领域中要使用到的设备多对应的数字孪生的虚拟空间的仿真模型。在仿真过程中,将仿真模型的数据在服务化的物联网平台中显示。如图7所示,除了采用OSLC adapter生成直接用于物联网平台的服务以外,还采用同样的技术将小车开发过程中所涉及的所有模型和数据转化为对应的OSLC服务及基于OSLC的全生命周期数据标准描述。这些数据可以在大数据可视化DataVis及分析平台中用于分析辅助对工业设备的故障诊断和预测算法的开发。

6. 应用展望

本物联网管理平台采用基于OSLC技术规范实现对工业物联网的创新型服务化管理。通过服务化形式的表达,可实现不同用户对于不同工业领域的各种生产需求,从而帮助企业对工业应用进行快速开发,并在实际应用中也能通过简便的配置快速完成对产品线的管理。在将来,可通过对其他领域的进一步集成,健全此工业物联网云服务平台服务功能,真正做到将产品生产的各个领域进行服务化表达。

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