一嚎卫、序言

近幾年嘉栓，在“工業(yè)4.0”，“中國制造2025”的洶涌浪潮中拓诸，工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新概念層出不窮侵佃，工業(yè)云平臺可能是眾多概念中比較引人關(guān)注的一個。不僅國外知名廠商奠支，如GE馋辈、西門子等紛紛加大力度推廣自己的工業(yè)云平臺，國內(nèi)的很多企業(yè)也快速跟進(jìn)倍谜，希望建立更加適合中國制造業(yè)的云平臺產(chǎn)品迈螟。

不難看出，工業(yè)云平臺能夠大受推崇尔崔，與制造業(yè)中細(xì)分領(lǐng)域眾多答毫、需求差異過大有很大關(guān)系。目前階段季春，大部分的廠商一般都只是在某個或某幾個制造業(yè)細(xì)分領(lǐng)域深耕細(xì)作洗搂、做大做強(qiáng)，很難成為整體行業(yè)的獨(dú)角獸鹤盒，因此，各家廠商都希望尋找制造業(yè)的共同痛點(diǎn)侦副，推出具有普適性的產(chǎn)品——工業(yè)云平臺無疑是當(dāng)前階段的共性選擇侦锯。

簡單來說，工業(yè)云平臺主要為工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集秦驯、傳輸以及在云端的數(shù)據(jù)存儲尺碰、處理及分析等各個環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)技術(shù)支持，降低制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化的技術(shù)門檻亲桥，加快相關(guān)智能制造項目的建設(shè)實(shí)施速度洛心。

西門子MindSphere架構(gòu)圖

但是，工業(yè)云平臺是否能在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中完成“工業(yè)領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”的角色定位题篷？是否能夠達(dá)成創(chuàng)立之初的預(yù)期目標(biāo)词身？是否能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用？筆者對此持懷疑態(tài)度番枚。

筆者認(rèn)為法严，短期內(nèi)工業(yè)云平臺很難實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用，從目前的應(yīng)用方式來看葫笼，制造業(yè)企業(yè)要想擁抱工業(yè)云平臺至少需要處理好兩個重要環(huán)節(jié)：

• 數(shù)據(jù)采集：包括與設(shè)備建立通訊深啤，獲取現(xiàn)場的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)
• 數(shù)據(jù)分析：把來自生產(chǎn)現(xiàn)場的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成具有可行性的生產(chǎn)運(yùn)營改進(jìn)建議

下文將以GE的Predix路星、西門子的MindSphere平臺為例溯街，從數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析兩個方面探討工業(yè)云平臺目前存在的問題。

二洋丐、數(shù)據(jù)采集

眾所周知呈昔，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集一直是推進(jìn)工業(yè)信息化進(jìn)程中的一個難點(diǎn)。現(xiàn)場設(shè)備種類繁多垫挨，通訊協(xié)議紛繁復(fù)雜韩肝，而且一些年代久遠(yuǎn)的設(shè)備缺乏進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的軟硬件條件，這些都為現(xiàn)場設(shè)備層的數(shù)據(jù)獲取增加了很大的困難九榔。

當(dāng)初哀峻，在乍一聽說工業(yè)云平臺的概念時，筆者就非常好奇像GE哲泊、西門子這樣的工業(yè)巨頭是如何解決這一棘手的難題的剩蟀，由于這方面的中文資料實(shí)在少的可憐，而且大部分資料在數(shù)據(jù)采集方面的描述也非城型籠統(tǒng)育特，為此，筆者翻閱了GE與西門子發(fā)布的官方資料先朦，總結(jié)如下：

predix的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)手段

對于predix缰冤，筆者重點(diǎn)查閱了包括“platform brief”以及“technical whitepaper”在內(nèi)的資料。

predix平臺為工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集以及向云端的數(shù)據(jù)傳輸專門設(shè)計了一個功能模塊喳魏，即Predix Machine棉浸。注意，別被這個名字誤導(dǎo)了刺彩，Predix Machine是純粹的軟件組件迷郑。

按照GE的說法枝恋，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的不同情況，Predix Machine在工業(yè)現(xiàn)場有三種部署應(yīng)用模式：

Predix Machine的三種部署方式

• 部署在網(wǎng)關(guān)（gateway）嗡害。對于支持通用工業(yè)通訊協(xié)議（如modbus焚碌，opc等）或TCP/IP等IT通訊協(xié)議的設(shè)備，Predix Machine可以通過設(shè)備自身所支持的協(xié)議直接與設(shè)備進(jìn)行通訊霸妹，在這種應(yīng)用場景中十电，Predix Machine往往部署在網(wǎng)關(guān)上，而網(wǎng)關(guān)起到設(shè)備與云之間的通訊連接作用抑堡；

• 部署在控制器（controller）摆出。predix machine直接部署在設(shè)備的控制單元中，這樣做能夠削弱機(jī)器軟件與硬件之間的聯(lián)系首妖，實(shí)現(xiàn)連接偎漫、可升級性、兼容性有缆、遠(yuǎn)程訪問等象踊，使獨(dú)立運(yùn)行或在單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的工業(yè)設(shè)備能夠直接連接到云端，完成數(shù)據(jù)采集與實(shí)時分析棚壁；

• 部署在傳感器（sensor）節(jié)點(diǎn)杯矩。在這一應(yīng)用場景中，傳感器部署在生產(chǎn)現(xiàn)場袖外，完成數(shù)據(jù)采集史隆，直接將數(shù)據(jù)上傳至云端，在云端完成其他的數(shù)據(jù)處理操作曼验。

mindsphere的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)手段

西門子的MindSphere推出時間較晚泌射，今年三月才有了第一個beta版本，筆者重點(diǎn)翻閱了產(chǎn)品的宣傳冊資料（Brochure）鬓照、MindSphere Getting Started熔酷、IOT 2000 Operating Instructions。

這些資料看下來豺裆，總體感覺是MindShpere資料中關(guān)于數(shù)據(jù)采集的描述相對模糊拒秘，體系也不是很清晰，筆者自行總結(jié)一下臭猜，MindShpere的數(shù)據(jù)采集主要依托nano這一網(wǎng)關(guān)型硬件產(chǎn)品躺酒，向上與MindSphere的云端進(jìn)行連接，向下與西門子的眾多具有以太網(wǎng)通訊能力的硬件產(chǎn)品蔑歌、以及支持通用協(xié)議的其他品牌產(chǎn)品進(jìn)行通訊羹应，完成數(shù)據(jù)采集與傳輸。如果設(shè)備的通訊協(xié)議比較特殊丐膝，用戶可以基于nano中的開源軟件自行開發(fā)設(shè)備通訊與數(shù)據(jù)采集程序量愧。

從西門子的宣傳資料上看，主要通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備與MindSphere的通訊與數(shù)據(jù)傳輸：

• MindConnect Nano
• MindConnect IOT 2040
• MindConnect Software
• Integration in SIMATIC and other Siemens products

下面逐一介紹各種連接方式的具體實(shí)現(xiàn)：

1.MindConnect Nano

Namo這款硬件產(chǎn)品可以說是專為MindSphere量身打造的帅矗。從名字上看也是非常時尚偎肃，有點(diǎn)消費(fèi)電子產(chǎn)品的感覺。

Nano的實(shí)質(zhì)是一款嵌入式工控機(jī)浑此，通過預(yù)先進(jìn)行配置的方式與MindSphere進(jìn)行連接通訊累颂。在硬件上支持的接口主要包括USB、PCIe插槽凛俱、串口以及以太網(wǎng)口紊馏。支持的通訊協(xié)議包括西門子S7系列的以太網(wǎng)通訊協(xié)議以及OPC UA。nano能夠通過安全的網(wǎng)絡(luò)連接向MindSphere傳輸加密數(shù)據(jù)蒲犬，保證數(shù)據(jù)安全朱监。Nano只能與MindSphere共同使用。

從Nano的產(chǎn)品介紹中可以看出原叮，它扮演的角色類似于位于云平臺和現(xiàn)場設(shè)備之間的工業(yè)網(wǎng)關(guān)赫编，既完成數(shù)據(jù)采集（包括建立通訊），又完成數(shù)據(jù)向云端的加密傳輸奋隶。而且Nano這一工業(yè)網(wǎng)關(guān)只能用于MindSphere體系中擂送。

nano圖片

2.MindConnect IOT 2040

MindShpere的宣傳資料上給出的名字叫“MindConnect IOT 2040”，但是在網(wǎng)站上查到的IOT 2040所歸屬的產(chǎn)品系列是Simatic唯欣，也就是說歸類到西門子自動化產(chǎn)品系列嘹吨，而且從產(chǎn)品樣本手冊的圖片上看，其外觀樣式也秉承了西門子自動化產(chǎn)品的一貫風(fēng)格境氢。所以蟀拷，筆者搞不清楚究竟是MindShpere資料的編寫者的筆誤，還是另有其他的產(chǎn)品产还。以下都按Simatic IOT 2040進(jìn)行介紹匹厘。

IOT2000

這個產(chǎn)品在接口方面包括RS232/RS422/RS485, Ethernet和USB，并且內(nèi)部提供擴(kuò)展Arduino和Mini PCIe的擴(kuò)展接口脐区。

從接口上以及產(chǎn)品的名字IOT上來看愈诚，這款產(chǎn)品的定位還是作為工控設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)的連接器，因為這款產(chǎn)品本身秉承了SIMATIC系列產(chǎn)品的工藝設(shè)計牛隅，保證了在工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下的可靠性炕柔，這一點(diǎn)能夠彌補(bǔ)Arduino等物聯(lián)網(wǎng)開源硬件在工業(yè)強(qiáng)度等級上的不足，相當(dāng)于給性能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)硬件穿上一身安全服媒佣。

至于在連接性上承擔(dān)的作用匕累，筆者認(rèn)為，IOT2000所處的位置應(yīng)該是位于nano與設(shè)備之間默伍，承擔(dān)類似于協(xié)議及接口轉(zhuǎn)換的作用欢嘿。直觀的感覺是衰琐，把這樣一款產(chǎn)品放在MindSphere體系中有點(diǎn)牽強(qiáng)，既然屬于SIMATIC系列炼蹦，那么和第四點(diǎn)就有些重復(fù)羡宙，也可能西門子是為了突出在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的擴(kuò)展應(yīng)用吧。

3.MindConnect Software

這個軟件目前沒有查到資料掐隐，但是根據(jù)nano的產(chǎn)品推斷一下狗热，可能指的就是nano中提供的免費(fèi)開源軟件。通過這個開源的軟件虑省，用戶可以自行開發(fā)所需要的通訊協(xié)議匿刮，與設(shè)備建立連接，采集數(shù)據(jù)探颈。

4.Integration in SIMATIC and other Siemens products

西門子的自動化產(chǎn)品中有很多通訊模塊熟丸，比如以太網(wǎng)通訊模塊，甚至有些CPU模塊中就帶有以太網(wǎng)通訊的功能伪节，因此虑啤，MindSphere可以通過Nano直接與西門子的這類產(chǎn)品進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)通訊與數(shù)據(jù)采集架馋。

存在的問題

對于predix平臺的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)手段狞山，第一種部署在網(wǎng)關(guān)上和第三種與傳感器結(jié)合的部署應(yīng)用方式是我們比較熟悉的，第一種方式中的網(wǎng)關(guān)可以理解成現(xiàn)場經(jīng)常用到的SCADA服務(wù)器的功能——連接設(shè)備叉寂、上傳數(shù)據(jù)萍启。第三種方式也比較好理解，對于一些不支持通訊協(xié)議的設(shè)備屏鳍，加一些傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集勘纯。

問題主要出在第二種方式上，即部署在控制器中的方式钓瞭。這一方式從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度上看不具有普適性驳遵，即，對設(shè)備的要求較高山涡，主要體現(xiàn)在兩個方面：

• 開放性要求堤结。只有開放性比較好的設(shè)備，Predix machine才能直接部署在控制單元上鸭丛，而且考慮到兼容性竞穷，控制單元內(nèi)部的軟件運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該是比較通用的平臺，如Windows鳞溉、Linux等瘾带。但是，工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備來自于多家廠商熟菲，大家出于對自身設(shè)備運(yùn)行安全性看政、可靠性以及商業(yè)利益方面的考慮朴恳，怎么會愿意在自己的設(shè)備上運(yùn)行其他公司的軟件，這就導(dǎo)致了大部分設(shè)備的開放性無法滿足predix machine的要求允蚣。
• 高性能要求菜皂。首先聲明，這一點(diǎn)是筆者的猜測厉萝，并沒有官方說法支持。Predix Machine應(yīng)該是功能強(qiáng)大榨崩、但同時對硬件資源（包括CPU谴垫、內(nèi)存等）要求也較高的軟件組件，因此母蛛，能夠部署predix machine的設(shè)備翩剪，其核心的控制單元需要硬件配置較高，一些單片機(jī)彩郊、嵌入式系統(tǒng)恐怕難以勝任前弯。

與GE的Predix相比，MindSpere提出了更加完整的數(shù)據(jù)采集解決方案秫逝，即提供了完善的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品nano恕出，應(yīng)該說這樣的設(shè)計更加貼近工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際情況，因此违帆，筆者更加看好MindSphere浙巫，但是MindSphere也存在如下兩方面問題

• 成本問題。由于MindSphere與nano的深度綁定刷后，因此的畴，要想使用MindSphere，就必須購買nano硬件尝胆，nano的作用無可替代丧裁，這無疑增加了采購成本；
• 兼容性問題含衔。西門子在設(shè)計MindSphere與現(xiàn)場設(shè)備的連接通訊功能時煎娇，充分利用了其在工業(yè)自動化領(lǐng)域的優(yōu)勢，更多支持的是西門子自己的工控產(chǎn)品贪染，對于其他品牌的產(chǎn)品逊桦，如果采用的是非通用協(xié)議，就會出現(xiàn)兼容性的問題抑进，當(dāng)然强经，這一問題一直都是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的難題，我們也不能對西門子求全責(zé)備寺渗。而且MindSphere也提供了方便用戶自行開發(fā)通訊協(xié)議的軟件基礎(chǔ)匿情，只不過這樣回提高用戶的應(yīng)用要求兰迫，延長項目的實(shí)施周期。

進(jìn)一步思考

GE在做產(chǎn)品功能設(shè)計的時候為什么對predix應(yīng)用的硬件環(huán)境有這么高的要求呢炬称？筆者認(rèn)為汁果，這與GE公司的背景、predix的產(chǎn)品定位有很大的關(guān)系玲躯。

• 美國人強(qiáng)大的IT技術(shù)背景据德。GE是一家美國公司，而美國是全世界IT技術(shù)最為先進(jìn)的國家跷车，相應(yīng)的設(shè)備信息化棘利、智能化程度也較高，甚至對于一些老舊設(shè)備朽缴，也可以利用其先進(jìn)的IT技術(shù)進(jìn)行改造善玫，提升通訊和數(shù)據(jù)處理能力，比如密强，intel推出的專為物聯(lián)網(wǎng)打造的Edison平臺茅郎，就完全可以嵌入到其他設(shè)備當(dāng)中，而且價格低廉或渤、體積小巧系冗、性能強(qiáng)大；

Intel Edison平臺

• predix的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”平臺的產(chǎn)品定位薪鹦。德國人的概念是“工業(yè)4.0”毕谴，從設(shè)備層向信息系統(tǒng)、云端擴(kuò)展距芬，自下而上構(gòu)建未來工業(yè)發(fā)展體系涝开；而美國人剛好相反，提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”框仔，強(qiáng)調(diào)的是從信息系統(tǒng)向設(shè)備層滲透舀武，這也是充分發(fā)揮IT技術(shù)優(yōu)勢的必然選擇，這一選擇也就導(dǎo)致了對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備在開放性及性能方面的要求离斩。

而西門子本質(zhì)上還是工業(yè)硬件產(chǎn)品廠商银舱，它的控制器等產(chǎn)品在市場上占據(jù)很大的份額，即使推出工業(yè)云平臺跛梗，也與自己的硬件產(chǎn)品nano緊密地綁定在一起寻馏，其目的還是要兜售自己從硬件到軟件、從自動化到信息化智能化的一體化解決方案核偿。這家德國公司是絕對不會放棄自己在硬件設(shè)備方面的優(yōu)勢的诚欠，正如前文講到的，西門子的思路與GE剛好相反，西門子一直是立足工業(yè)設(shè)備轰绵，逐步向信息系統(tǒng)延伸粉寞。

三、數(shù)據(jù)分析

正如GE宣傳的那樣左腔，數(shù)據(jù)分析是真正能產(chǎn)生價值的功能唧垦，數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)到信息，再由信息到具有可操作性的設(shè)備運(yùn)維改進(jìn)措施的過程液样。當(dāng)然振亮，這是理想中的情況。

數(shù)據(jù)分析這部分之所以引人關(guān)注鞭莽，也與現(xiàn)狀有關(guān)坊秸。大部分的工業(yè)軟件打著分析的旗號，其實(shí)做的是統(tǒng)計的功能撮抓，采用一些酷炫的圖表作為結(jié)果輸出，根本無法給出具體的有價值的改進(jìn)建議摇锋，還美其名曰輔助決策丹拯。

筆者翻閱了GE和西門子的資料，將兩家巨頭在數(shù)據(jù)分析方面的做法總結(jié)如下：

predix的數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)手段

在數(shù)據(jù)分析方面荸恕，predix提供了包括Asset Services（設(shè)備服務(wù)）乖酬、Data Services（數(shù)據(jù)服務(wù)）、Analytics Services（分析服務(wù)）在內(nèi)的一系列服務(wù)融求。

分析過程是咬像，predix先通過設(shè)備服務(wù)為設(shè)備建模，再通過數(shù)據(jù)服務(wù)將采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與來自其他的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)（包括設(shè)備模型生宛、ERP數(shù)據(jù)）相結(jié)合县昂，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)存儲到不同類型的數(shù)據(jù)庫中，最后采用分析服務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析陷舅，輸出分析結(jié)果倒彰。

predix的分析服務(wù)提供兩種類型的數(shù)據(jù)分析，Operational analytics（操作數(shù)據(jù)分析）以及Historical analytics（歷史數(shù)據(jù)分析）莱睁。操作數(shù)據(jù)分析待讳，實(shí)質(zhì)是實(shí)時數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備的狀態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時分析與響應(yīng)仰剿。歷史數(shù)據(jù)分析创淡，是對海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而建立設(shè)備預(yù)防性維護(hù)模型南吮。

對于分析來說琳彩，最重要的還是分析的算法與模型。而predix分析服務(wù)提供的是一個框架，這個框架用于開發(fā)及嵌入高級分析算法到程序運(yùn)行中汁针，這個框架通過配置术辐、抽象以及擴(kuò)展模型，用于管理分析算法的執(zhí)行施无。當(dāng)然辉词，在predix這個框架內(nèi)已經(jīng)具備了一些分析的算法與模型，根據(jù)資料中列舉的例子猾骡，筆者推斷瑞躺，這些算法應(yīng)該主要來自于GE在某些領(lǐng)域，如醫(yī)療兴想，航空發(fā)動機(jī)等幢哨，積累的一些經(jīng)驗。

mindsphere的數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)手段

關(guān)于MindSphere的數(shù)據(jù)分析功能嫂便，沒有查到特別詳盡的資料捞镰，只知道融合了西門子之前推出Sinalytics分析平臺的功能。筆者推測毙替，MindSphere的數(shù)據(jù)分析功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該與predix大同小異岸售，即搭建完整的大數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲及分析的技術(shù)框架厂画，也融合了西門子以前在若干個領(lǐng)域積累的分析模型與算法凸丸，也提供開放的接口，便于用戶嵌入滿足個性化需求的分析算法模型袱院。

存在的問題

分析算法與模型的缺失屎慢。在這一點(diǎn)上predix與MindSphere的問題是類似的，兩者都是開放的平臺忽洛，在分析服務(wù)功能中腻惠，支持第三方開發(fā)的分析算法的嵌入。這主要是由于制造業(yè)的細(xì)分領(lǐng)域太多欲虚，任何平臺都難以做到大而全妖枚，因此，GE和西門子把這部分功能開放出來苍在，讓用戶根據(jù)自身的實(shí)際需求绝页，將自己的經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成分析算法與模型，加入到平臺的分析功能中寂恬。但是在實(shí)際應(yīng)用中续誉，制造業(yè)的廣大用戶是很難自行設(shè)計分析模型的，要完成這一工作初肉，需要用戶具備計算機(jī)酷鸦、設(shè)備、生產(chǎn)工藝等多個領(lǐng)域的知識，甚至還要具備比較高的數(shù)理知識水平臼隔，絕大部分制造業(yè)從業(yè)人員的技術(shù)水平恐怕還難以達(dá)到這樣的高度嘹裂。因此，目前階段摔握，用戶在使用predix或者M(jìn)indSphere的分析功能時寄狼，恐怕只能停留在輸出一些統(tǒng)計結(jié)果與簡單的對比分析階段。

四氨淌、結(jié)語

工業(yè)云平臺在數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析兩個方面存在的問題泊愧，歸根結(jié)底還是由制造業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)設(shè)備及業(yè)務(wù)需求的巨大差異性造成的。盡管筆者不看好工業(yè)云平臺在短期內(nèi)的發(fā)展盛正，但長期來看删咱，隨著制造業(yè)整體信息化水平的提高，包括生產(chǎn)設(shè)備通訊能力的加強(qiáng)豪筝，以及制造業(yè)從業(yè)人員綜合能力的不斷提升痰滋，提供基礎(chǔ)技術(shù)支持的工業(yè)云平臺必將擁有更加廣闊的應(yīng)用空間。