工业互联网基本架构
工業互聯網平臺的本質是工業云平臺,它基于應用需求,搭建對工業數據采集、存儲、分析和應用的模塊體系,實現工業互聯網輔助的生產功能1。其核心由基礎設施層(IaaS)、平臺層(PaaS)、應用層(SaaS)三層組成,再加上端層、邊緣層,共同組成工業互聯網平臺的基本架構123。
工業互聯網平臺的基本架構如下圖所示。
1 端層
端層也稱設備層4,指生產現場的各種物聯網型工業設備,如數控機床、工業傳感器、工業機器人等,它們貫穿產品全生命周期,分別起到生產、檢測、監控等不同作用,以監測生產現場,靈活處理生產過程中的不同情況。端層以物聯網技術為基礎,產生并匯聚大量的工業數據,包含歷史數據和即時數據,也使得端層成為工業互聯網平臺的底層基礎。但是,由于端層的工業數據來源于不同設備、不同系統,因此需要進一步處理,才能向上層傳遞并利用。
2 邊緣層
邊緣層對端層產生的工業數據進行采集,并對不同來源的工業數據進行協議解析和邊緣處理5。它兼容OPC/OPC UA、Mod-Bus等各類工業通信協議,把采集數據進行格式轉換和統一,再通過光纖、以太網等鏈路,將相關數據以有線或無線方式(如5G、NB-IoT等)遠程傳輸到工業互聯網平臺。
邊緣計算技術是邊緣層的重要組成部分。它基于高性能計算芯片、實時高速處理方法、高精度計算系統等先進技術或工具支撐,在工業設備、智能終端等數據源頭一側,進行數據的先處理和預處理,提升系統反應速度和數據傳輸速度,解決數據傳輸和通信的時延問題。邊緣計算的優點是具有較低的延遲以實現較短的響應時間,以及解決能源消耗、帶寬負擔和安全問題的潛力56。
3 IaaS層
基礎設施層(IaaS)主要提供云基礎設施,如計算資源、網絡資源、存儲資源等,支撐工業互聯網平臺的整體運行7。其核心是虛擬化技術,利用分布式存儲、并發式計算、高負載調度等新技術,實現資源服務設施的動態管理,提升資源服務有效利用率,也確保資源服務的安全。IaaS層作為設備和平臺應用的連接層,為PaaS層的功能運行和SaaS層的應用服務提供完整的底層基礎設施服務。
4 PaaS層
平臺層(PaaS)是整個工業互聯網平臺的核心,它由云計算技術構建,不僅能接收存儲數據,還能提供強大的計算環境,對工業數據進行云處理或云控制8。它的根本是在IaaS平臺上構建了一個擴展性強的支持系統,也為工業應用或軟件的開發提供了良好的基礎平臺5。
PaaS層能以平臺優勢,利用數據庫、算法分析等技術,實現數據進一步處理與計算、數據存儲、應用或微服務開發等功能,以疊加、擴展的方式提供工業應用開發、部署的基礎環境,形成完整度高、定制性好、移植復用程度高的工業操作系統9。PaaS層還能根據業務進行資源調度,也能保障數據接入、平臺運營、接口訪問的安全機制,保障業務正常開展。
5 SaaS層
應用層(SaaS)是工業互聯網平臺的關鍵,它是對外服務的關口,與用戶直接對接,體現了工業數據最終的應用價值。SaaS層基于PaaS層平臺上豐富的工業微服務功能模塊,以高效、便捷、多端適配等方式實現傳統信息系統的云改造10,為平臺用戶提供各類工業APP等數字化解決方案,發展大數據分析等綜合應用,實現資源集中化、服務精準化、知識復用化。
總結
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