e-works粗略統(tǒng)計，截止2018年3月，聲稱能提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺服務的國內(nèi)外廠商已經(jīng)超過150家，耳熟能詳且能直接說出名字的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺不下30家。漫天飛舞的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可謂是亂花漸欲迷人眼，讓人看的眼花繚亂，很難讓人真正理解不同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺之間的本質(zhì)區(qū)別。帶著對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的思考，e-works特別策劃了題為“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺大盤點”的活動，希望能通過對業(yè)界主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的梳理來理清它們之間的區(qū)別，進而引導制造企業(yè)有針對性的推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的選型與實施。

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺定義

e-works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)總編黃培博士認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)，而不是工業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)。他認為，在企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)工業(yè)設備、信息系統(tǒng)、業(yè)務流程、產(chǎn)品與服務、人員之間的互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)IT網(wǎng)絡與工控網(wǎng)絡的互聯(lián)，實現(xiàn)從車間到?jīng)Q策層的縱向互聯(lián)；在企業(yè)與企業(yè)之間，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)上下游企業(yè)（供應商、經(jīng)銷商、客戶、合作伙伴）之間的橫向互聯(lián)；從產(chǎn)品生命周期的維度來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)產(chǎn)品從設計、制造到服役，再到報廢回收再利用整個生命周期的互聯(lián)。

工業(yè)與信息化部電子信息司副司長安筱鵬則將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用一個簡單的公式進行表述，即“數(shù)據(jù)+模型=服務”。安司長認為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過對企業(yè)的機器、業(yè)務系統(tǒng)、產(chǎn)品模型等過程數(shù)據(jù)進行廣泛的采集，將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)導入到工業(yè)化模型以實現(xiàn)業(yè)務功能的軟件化，最終為企業(yè)提供工業(yè)級應用服務，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程，為產(chǎn)品從研發(fā)到生產(chǎn)、銷售和使用等全生命周期提供服務，從而實現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置。

圖1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提供的白皮書中將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺從架構(gòu)上具體劃分為四個層次，即邊緣層、IaaS層、工業(yè)PaaS層和工業(yè)SaaS層。其中，IaaS層主要是為PaaS層提供云基礎設施支撐，以構(gòu)建滿足工業(yè)應用開發(fā)需求的硬件環(huán)境。工業(yè)與信息化部電子信息司副司長安筱鵬曾用三句話概括了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要支撐的應用功能。

第一，數(shù)據(jù)采集是基礎。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣層，其本質(zhì)是利用泛在感知技術(shù)對多源設備、異構(gòu)系統(tǒng)、運營環(huán)境、人員信息等要素進行實施高效采集和云端匯聚。

第二，工業(yè)PaaS是核心。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺層，其本質(zhì)是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺上構(gòu)建一個可擴展的操作系統(tǒng)，為工業(yè)應用軟件開發(fā)提供一個基礎平臺。

第三，工業(yè)APP是關(guān)鍵。對應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用層，其主要功能是為面向特定工業(yè)應用場景，激發(fā)全社會資源推動工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗、只是和最佳實踐的模型化、軟件化、在封裝，讓用戶可以通過對工業(yè)APP的調(diào)用實現(xiàn)對特定制造資源的優(yōu)化配置。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用支撐能力

通過梳理業(yè)界專家對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的定義，我們可以總結(jié)出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要具備的基本功能：

第一，能實現(xiàn)將不同來源和不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進行廣泛采集；

第二，具備支撐海量工業(yè)數(shù)據(jù)處理的能力；

第三，能通過工業(yè)機理和數(shù)據(jù)科學實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實現(xiàn)對工業(yè)知識的沉淀和復用；

第四，能夠提供開發(fā)工具及環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)APP的開發(fā)、測試和部署。

從當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平看，能完全滿足以上四個層級功能的國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺還比較少，但針對某些行業(yè)應用，領(lǐng)先的廠商基本能做到四個層級功能的全覆蓋。比如在燃氣輪機、醫(yī)療等領(lǐng)域，由于較高的市場占有率和多年的數(shù)據(jù)積累使得GE、西門子能充分構(gòu)建基于這些數(shù)據(jù)運行特點的算法和模型，通過工業(yè)機理和數(shù)據(jù)科學實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實現(xiàn)對工業(yè)知識的沉淀和復用。同時還能夠提供開發(fā)工具及環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)APP的開發(fā)、測試和部署。但對于當前大多數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺而言，由于行業(yè)影響力和技術(shù)支撐能力有限，基本上只能做到數(shù)據(jù)采集和分析，很難提供基于PaaS平臺的應用開發(fā)能力。同時缺乏強力的合作伙伴也很難形成工業(yè)APP應用開發(fā)生態(tài)。

為了全面的了解當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展情況，我們將以前面談到的四個層次功能為基礎，采用對標的方法對當前主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進行功能梳理和解讀。

1．國外主流廠商及平臺

(1)GE——Predix

按照Predix白皮書公布的信息，Predix平臺的四大核心功能是鏈接資產(chǎn)的安全監(jiān)控、工業(yè)數(shù)據(jù)管理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析，云技術(shù)應用和移動性。平臺架構(gòu)共分為三層，分別為邊緣連接層、基礎設施層和應用服務層。其中，邊緣連接層主要負責收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?；平臺層主要提供基于全球范圍的安全的云基礎架構(gòu)，滿足日常的工業(yè)工作負載和監(jiān)督的需求；應用服務層主要負責提供工業(yè)微服務和各種服務交互的框架，主要提供創(chuàng)建、測試、運行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)程序的環(huán)境和微服務市場。

圖2Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)

Predix平臺主要通過一個名為Predix機器的功能模塊采集工業(yè)數(shù)據(jù)，這是一個能嵌入到工業(yè)控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡中的軟件棧，其嵌入方式主要由三種：

1)部署在網(wǎng)關(guān)。對于支持通用工業(yè)通訊協(xié)議（如modbus，opc等）或TCP/IP等IT通訊協(xié)議的設備，Predix機器可以通過設備自身所支持的協(xié)議直接與設備進行通訊，在這種應用場景中，Predix機器往往部署在網(wǎng)關(guān)上，而網(wǎng)關(guān)起到設備與云之間的通訊連接作用；

2)部署在控制器。Predix機器直接部署在設備的控制單元中，這樣做能夠削弱機器軟件與硬件之間的聯(lián)系，實現(xiàn)連接、可升級性、兼容性、遠程訪問等，使獨立運行或在單獨網(wǎng)絡中運行的工業(yè)設備能夠直接連接到云端，完成數(shù)據(jù)采集與實時分析；

3)部署在傳感器節(jié)點。在這一應用場景中，傳感器部署在生產(chǎn)現(xiàn)場，完成數(shù)據(jù)采集，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。

為了實現(xiàn)對大量采集來的工業(yè)數(shù)據(jù)進行處理和分析，進而優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過程。Predix平臺提供包括設備服務、數(shù)據(jù)服務、分析服務在內(nèi)的一系列服務。具體實現(xiàn)過程：

Predix先通過設備服務為設備建模，再利用數(shù)據(jù)服務將采集的設備運行數(shù)據(jù)與來自其他的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)（包括設備模型、ERP數(shù)據(jù)）相結(jié)合，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特點存儲到不同類型的數(shù)據(jù)庫中，最后采用分析服務對數(shù)據(jù)進行分析，進而輸出分析結(jié)果。目前，Predix提供兩種類型的數(shù)據(jù)分析：操作數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)分析。其中，操作數(shù)據(jù)分析實質(zhì)是實時數(shù)據(jù)分析，對設備的狀態(tài)變化進行實時分析與響應；歷史數(shù)據(jù)分析是對海量歷史數(shù)據(jù)進行分析，進而建立設備預防性維護模型。

面對當前不同行業(yè)數(shù)據(jù)的分析需求，Predix分析服務提供開發(fā)框架，一個基于微軟CloudFoundry框架的PaaS開發(fā)平臺，利用這個開發(fā)平臺，企業(yè)可以根據(jù)需求自主開發(fā)算法和模型，在通過配置、抽象以及擴展模型用于管理分析算法的執(zhí)行。由于多年在航空、能源、電力、醫(yī)療等行業(yè)的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)積累，Predix平臺內(nèi)部集成了一些針對飛機發(fā)動機引擎、醫(yī)療數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)的算法和模型。除此之外，GE及合作伙伴還基于Predix平臺開發(fā)部署了一系列工業(yè)APP應用，包括計劃和物流、互聯(lián)產(chǎn)品、智能環(huán)境、現(xiàn)場人力管理、工業(yè)分析、資產(chǎn)績效管理、運營優(yōu)化等。

e-works認為，Predix平臺基本實現(xiàn)了對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺四大功能的全覆蓋，屬于比較典型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。就目前而言，Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺無論是在技術(shù)架構(gòu)的領(lǐng)先性、功能服務的全面性、行業(yè)應用的覆蓋度，以及業(yè)界的影響力等方面都要領(lǐng)先與同行，屬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的旗艦和標桿。

(2)西門子——MindSphere

如果需要為Predix選擇一個行業(yè)對手，我認為非MindSphere莫屬。MindSphere是西門子推出的基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，自2016年4月發(fā)布以來受到了行業(yè)的廣泛關(guān)注。MindSphere之所以有著強大的行業(yè)影響力就在于西門子不但在構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念，而且有著比較廣泛的行業(yè)應用實踐，包括一系列數(shù)字化工廠和無人工廠都是以MindSphere平臺為核心構(gòu)建。

圖3MindSphere基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)

對工業(yè)設備的數(shù)據(jù)采集，西門子提供了一個MindConnect的工具盒子，可以讓設備輕松連接入網(wǎng)。在這里可以找到Nano這種即插即用的工具，而配套的網(wǎng)關(guān)、軟件也都使得連接變得容易，并且可以輕松集成到MES軟件上。當然，這個即插即用目前是有限制條件的，要么設備支持西門子S7的通訊協(xié)議，要么支持OPCUA這個新一代通訊協(xié)議。當然Nano應該只是一個面向既有產(chǎn)品的過渡手段，而對于西門子新自動化設備而言，這種工具干脆就會直接成為數(shù)字化設備的一部分。

MindSphere平臺主要依托Nano這一網(wǎng)關(guān)型硬件產(chǎn)品，向上與MindSphere的云端進行連接，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、以及支持通用協(xié)議的其他品牌產(chǎn)品進行通訊，完成數(shù)據(jù)采集與傳輸。如果設備的通訊協(xié)議比較特殊，用戶可以基于Nano中的開源軟件自行開發(fā)設備通訊與數(shù)據(jù)采集程序。

下面我們具體介紹MindSphere是如何實現(xiàn)與設備之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸，主要的方式可歸結(jié)為四種：

1)MindConnectNano

MindConnectNano實質(zhì)上是一款嵌入式工控機，通過預先進行配置的方式與MindSphere進行連接通訊。在硬件上支持的接口主要包括USB、PCIe插槽、串口以及以太網(wǎng)口。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OPCUA。Nano能夠通過安全的網(wǎng)絡連接向MindSphere傳輸加密數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)安全。Nano只能與MindSphere共同使用。

從Nano的產(chǎn)品介紹中可以看出，它扮演的角色類似于位于云平臺和現(xiàn)場設備之間的工業(yè)網(wǎng)關(guān)，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。而且Nano這一工業(yè)網(wǎng)關(guān)只能用于MindSphere體系中。

2)MindConnectIOT2040

這款產(chǎn)品的定位還是作為工控設備與物聯(lián)網(wǎng)的連接器，因為這款產(chǎn)品本身秉承了SIMATIC系列產(chǎn)品的工藝設計，保證了在工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下的可靠性，這一點能夠彌補Arduino等物聯(lián)網(wǎng)開源硬件在工業(yè)強度等級上的不足，相當于給性能強大的物聯(lián)網(wǎng)硬件穿上一身安全服。

3)MindConnectSoftware

從功能上推斷可能就是Nano中提供的免費開源軟件。通過這個開源的軟件用戶可以自行開發(fā)所需要的通訊協(xié)議，與設備建立連接，采集數(shù)據(jù)。比如有些設備并不支持OPCUA工業(yè)通信標準，也不支持西門子S7系列的以太網(wǎng)通訊協(xié)議，在這種情況下，企業(yè)就可以利用MindConnectSoftware進行自主的通訊協(xié)議開發(fā)。

4)SIMATIC系列及其他西門子產(chǎn)品

西門子的自動化產(chǎn)品中有很多通訊模塊，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，因此，MindSphere可以通過Nano直接與西門子的這類產(chǎn)品進行集成，實現(xiàn)通訊與數(shù)據(jù)采集。

對于數(shù)據(jù)的分析，MindSphere白皮書介紹比較簡單，只是在介紹了MindSphere融合了自己開發(fā)的Sinalytics分析平臺。這個平臺與Predix平臺非常類似，整合了遠程維護、數(shù)據(jù)分析及網(wǎng)絡安全等一系列現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)，還能夠?qū)C器感應器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行整合、保密傳輸和分析。不過西門子提供的資料表明，Sinalytics分析平臺主要是提升對燃氣輪機、風力發(fā)電機、列車、樓宇和醫(yī)療成像系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

但經(jīng)過2017年的發(fā)展，西門子已經(jīng)對MindSphere平臺的數(shù)據(jù)分析和應用開發(fā)能力做了重大優(yōu)化。西門子通過與IBM進行合作，將WatsonAnalytics融入到MindSphere中，為MindSphere提供了多個分析工具，包括預測分析、規(guī)范分析和認知分析。在2017年漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子展示約50種工業(yè)APP，包括了降低安全風險，提升互聯(lián)設備和工廠的可用性等功能。除此之外，西門子正在與源訊、埃森哲、Evosoft、SAP和微軟，以及亞馬遜云服務（AWS）和Bluvision等新的合作伙伴進行合作，強化工業(yè)APP產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。

MindSphere平臺向下提供數(shù)據(jù)采集API，即支持開放式通訊標準OPCUA，也支持西門子和第三方設備的數(shù)據(jù)連接；向上提供開發(fā)API，方便合作伙伴和用戶開發(fā)應用程序。MindSphere平臺應用開發(fā)也是基于CloudFoundry框架構(gòu)建，即搭建完整的大數(shù)據(jù)預處理、存儲及分析的技術(shù)框架，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，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。

e-works認為，MindSphere平臺是目前最貼近制造企業(yè)工業(yè)自動化應用需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。西門子本身就是一家制造企業(yè)，生產(chǎn)制造一些關(guān)鍵的工業(yè)自動化設備。因此，既能準確的把握制造企業(yè)的應用需求，也能通過對工業(yè)設備的技術(shù)和生態(tài)掌控構(gòu)建滿足制造企業(yè)需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。這決定了MindSphere平臺必然是當前制造企業(yè)的優(yōu)先關(guān)注對象和應用實施的首選。