e-works粗略統(tǒng)計(jì)，截止2018年3月，聲稱(chēng)能提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)的國(guó)內(nèi)外廠商已經(jīng)超過(guò)150家，耳熟能詳且能直接說(shuō)出名字的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)不下30家。漫天飛舞的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)之間的本質(zhì)區(qū)別。帶著對(duì)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(tái)大盤(pán)點(diǎn)”的活動(dòng)，希望能通過(guò)對(duì)業(yè)界主流工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的梳理來(lái)理清它們之間的區(qū)別，進(jìn)而引導(dǎo)制造企業(yè)有針對(duì)性的推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的選型與實(shí)施。

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)定義

e-works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)總編黃培博士認(rèn)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(rèn)為，在企業(yè)內(nèi)部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程、產(chǎn)品與服務(wù)、人員之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)與工控網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)從車(chē)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(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)（供應(yīng)商、經(jīng)銷(xiāo)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(lái)看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到服役，再到報(bào)廢回收再利用整個(gè)生命周期的互聯(lián)。

工業(yè)與信息化部電子信息司副司長(zhǎng)安筱鵬則將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式進(jìn)行表述，即“數(shù)據(jù)+模型=服務(wù)”。安司長(zhǎng)認(rèn)為，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)對(duì)企業(yè)的機(jī)器、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品模型等過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛的采集，將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工業(yè)化模型以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的軟件化，最終為企業(yè)提供工業(yè)級(jí)應(yīng)用服務(wù)，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(xiāo)售和使用等全生命周期提供服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)制造資源的優(yōu)化配置。

圖1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(shū)中將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)從架構(gòu)上具體劃分為四個(gè)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(chǔ)設(shè)施支撐，以構(gòu)建滿足工業(yè)應(yīng)用開(kāi)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(zhǎng)安筱鵬曾用三句話概括了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要支撐的應(yīng)用功能。

第一，數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)。對(duì)應(yīng)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(duì)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人員信息等要素進(jìn)行實(shí)施高效采集和云端匯聚。

第二，工業(yè)PaaS是核心。對(duì)應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)層，其本質(zhì)是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，為工業(yè)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)提供一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

第三，工業(yè)APP是關(guān)鍵。對(duì)應(yīng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，其主要功能是為面向特定工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，激發(fā)全社會(huì)資源推動(dòng)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、只是和最佳實(shí)踐的模型化、軟件化、在封裝，讓用戶可以通過(guò)對(duì)工業(yè)APP的調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)特定制造資源的優(yōu)化配置。

二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用支撐能力

通過(guò)梳理業(yè)界專(zhuān)家對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的定義，我們可以總結(jié)出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要具備的基本功能：

第一，能實(shí)現(xiàn)將不同來(lái)源和不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)工業(yè)機(jī)理和數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)知識(shí)的沉淀和復(fù)用；

第四，能夠提供開(kāi)發(fā)工具及環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)APP的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署。

從當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平看，能完全滿足以上四個(gè)層級(jí)功能的國(guó)內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)還比較少，但針對(duì)某些行業(yè)應(yīng)用，領(lǐng)先的廠商基本能做到四個(gè)層級(jí)功能的全覆蓋。比如在燃?xì)廨啓C(jī)、醫(yī)療等領(lǐng)域，由于較高的市場(chǎng)占有率和多年的數(shù)據(jù)積累使得GE、西門(mén)子能充分構(gòu)建基于這些數(shù)據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)的算法和模型，通過(guò)工業(yè)機(jī)理和數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度分析，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)知識(shí)的沉淀和復(fù)用。同時(shí)還能夠提供開(kāi)發(fā)工具及環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)APP的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署。但對(duì)于當(dāng)前大多數(shù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。同時(shí)缺乏強(qiáng)力的合作伙伴也很難形成工業(yè)APP應(yīng)用開(kāi)發(fā)生態(tài)。

為了全面的了解當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的發(fā)展情況，我們將以前面談到的四個(gè)層次功能為基礎(chǔ)，采用對(duì)標(biāo)的方法對(duì)當(dāng)前主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行功能梳理和解讀。

1．國(guó)外主流廠商及平臺(tái)

(1)GE——Predix

按照Predix白皮書(shū)公布的信息，Predix平臺(tái)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(yīng)用和移動(dòng)性。平臺(tái)架構(gòu)共分為三層，分別為邊緣連接層、基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用服務(wù)層。其中，邊緣連接層主要負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?；平臺(tái)層主要提供基于全球范圍的安全的云基礎(chǔ)架構(gòu)，滿足日常的工業(yè)工作負(fù)載和監(jiān)督的需求；應(yīng)用服務(wù)層主要負(fù)責(zé)提供工業(yè)微服務(wù)和各種服務(wù)交互的框架，主要提供創(chuàng)建、測(cè)試、運(yùn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)程序的環(huán)境和微服務(wù)市場(chǎng)。

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

Predix平臺(tái)主要通過(guò)一個(gè)名為Predix機(jī)器的功能模塊采集工業(yè)數(shù)據(jù)，這是一個(gè)能嵌入到工業(yè)控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中的軟件棧，其嵌入方式主要由三種：

1)部署在網(wǎng)關(guān)。對(duì)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(shè)備，Predix機(jī)器可以通過(guò)設(shè)備自身所支持的協(xié)議直接與設(shè)備進(jìn)行通訊，在這種應(yīng)用場(chǎng)景中，Predix機(jī)器往往部署在網(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；

2)部署在控制器。Predix機(jī)器直接部署在設(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，實(shí)現(xiàn)連接、可升級(jí)性、兼容性、遠(yuǎn)程訪問(wèn)等，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(shí)分析；

3)部署在傳感器節(jié)點(diǎn)。在這一應(yīng)用場(chǎng)景中，傳感器部署在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)現(xiàn)對(duì)大量采集來(lái)的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。Predix平臺(tái)提供包括設(shè)備服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、分析服務(wù)在內(nèi)的一系列服務(wù)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

Predix先通過(guò)設(shè)備服務(wù)為設(shè)備建模，再利用數(shù)據(jù)服務(wù)將采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與來(lái)自其他的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)（包括設(shè)備模型、ERP數(shù)據(jù)）相結(jié)合，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)存儲(chǔ)到不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后采用分析服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而輸出分析結(jié)果。目前，Predix提供兩種類(lèi)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(shí)質(zhì)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與響應(yīng)；歷史數(shù)據(jù)分析是對(duì)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。

面對(duì)當(dāng)前不同行業(yè)數(shù)據(jù)的分析需求，Predix分析服務(wù)提供開(kāi)發(fā)框架，一個(gè)基于微軟CloudFoundry框架的PaaS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，企業(yè)可以根據(jù)需求自主開(kāi)發(fā)算法和模型，在通過(guò)配置、抽象以及擴(kuò)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(yàn)和數(shù)據(jù)積累，Predix平臺(tái)內(nèi)部集成了一些針對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(tái)開(kāi)發(fā)部署了一系列工業(yè)APP應(yīng)用，包括計(jì)劃和物流、互聯(lián)產(chǎn)品、智能環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)人力管理、工業(yè)分析、資產(chǎn)績(jī)效管理、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化等。

e-works認(rèn)為，Predix平臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)。就目前而言，Predix工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)無(wú)論是在技術(shù)架構(gòu)的領(lǐng)先性、功能服務(wù)的全面性、行業(yè)應(yīng)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(tái)中的旗艦和標(biāo)桿。

(2)西門(mén)子——MindSphere

如果需要為Predix選擇一個(gè)行業(yè)對(duì)手，我認(rèn)為非MindSphere莫屬。MindSphere是西門(mén)子推出的基于云的開(kāi)放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，自2016年4月發(fā)布以來(lái)受到了行業(yè)的廣泛關(guān)注。MindSphere之所以有著強(qiáng)大的行業(yè)影響力就在于西門(mén)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(yīng)用實(shí)踐，包括一系列數(shù)字化工廠和無(wú)人工廠都是以MindSphere平臺(tái)為核心構(gòu)建。

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

對(duì)工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，西門(mén)子提供了一個(gè)MindConnect的工具盒子，可以讓設(shè)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(dāng)然，這個(gè)即插即用目前是有限制條件的，要么設(shè)備支持西門(mén)子S7的通訊協(xié)議，要么支持OPCUA這個(gè)新一代通訊協(xié)議。當(dāng)然Nano應(yīng)該只是一個(gè)面向既有產(chǎn)品的過(guò)渡手段，而對(duì)于西門(mén)子新自動(dòng)化設(shè)備而言，這種工具干脆就會(huì)直接成為數(shù)字化設(shè)備的一部分。

MindSphere平臺(tái)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(jìn)行連接，向下與西門(mén)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(jìn)行通訊，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，用戶可以基于Nano中的開(kāi)源軟件自行開(kāi)發(fā)設(shè)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(shí)現(xiàn)與設(shè)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(shí)質(zhì)上是一款嵌入式工控機(jī)，通過(guò)預(yù)先進(jìn)行配置的方式與MindSphere進(jìn)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(mén)子S7系列的以太網(wǎng)通訊協(xié)議以及OPCUA。Nano能夠通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò)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(lèi)似于位于云平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)的連接器，因?yàn)檫@款產(chǎn)品本身秉承了SIMATIC系列產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)，保證了在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下的可靠性，這一點(diǎn)能夠彌補(bǔ)Arduino等物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)源硬件在工業(yè)強(qiáng)度等級(jí)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。

3)MindConnectSoftware

從功能上推斷可能就是Nano中提供的免費(fèi)開(kāi)源軟件。通過(guò)這個(gè)開(kāi)源的軟件用戶可以自行開(kāi)發(fā)所需要的通訊協(xié)議，與設(shè)備建立連接，采集數(shù)據(jù)。比如有些設(shè)備并不支持OPCUA工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，也不支持西門(mén)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(jìn)行自主的通訊協(xié)議開(kāi)發(fā)。

4)SIMATIC系列及其他西門(mén)子產(chǎn)品

西門(mén)子的自動(dòng)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(guò)Nano直接與西門(mén)子的這類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)通訊與數(shù)據(jù)采集。

對(duì)于數(shù)據(jù)的分析，MindSphere白皮書(shū)介紹比較簡(jiǎn)單，只是在介紹了MindSphere融合了自己開(kāi)發(fā)的Sinalytics分析平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)與Predix平臺(tái)非常類(lèi)似，整合了遠(yuǎn)程維護(hù)、數(shù)據(jù)分析及網(wǎng)絡(luò)安全等一系列現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)，還能夠?qū)C(jī)器感應(yīng)器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、保密傳輸和分析。不過(guò)西門(mén)子提供的資料表明，Sinalytics分析平臺(tái)主要是提升對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、列車(chē)、樓宇和醫(yī)療成像系統(tǒng)的監(jiān)控能力。

但經(jīng)過(guò)2017年的發(fā)展，西門(mén)子已經(jīng)對(duì)MindSphere平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力做了重大優(yōu)化。西門(mén)子通過(guò)與IBM進(jìn)行合作，將WatsonAnalytics融入到MindSphere中，為MindSphere提供了多個(gè)分析工具，包括預(yù)測(cè)分析、規(guī)范分析和認(rèn)知分析。在2017年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，西門(mén)子展示約50種工業(yè)APP，包括了降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提升互聯(lián)設(shè)備和工廠的可用性等功能。除此之外，西門(mén)子正在與源訊、埃森哲、Evosoft、SAP和微軟，以及亞馬遜云服務(wù)（AWS）和Bluvision等新的合作伙伴進(jìn)行合作，強(qiáng)化工業(yè)APP產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。

MindSphere平臺(tái)向下提供數(shù)據(jù)采集API，即支持開(kāi)放式通訊標(biāo)準(zhǔn)OPCUA，也支持西門(mén)子和第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)連接；向上提供開(kāi)發(fā)API，方便合作伙伴和用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。MindSphere平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)也是基于CloudFoundry框架構(gòu)建，即搭建完整的大數(shù)據(jù)預(yù)處理、存儲(chǔ)及分析的技術(shù)框架，也融合了西門(mén)子以前在若干個(gè)領(lǐng)域積累的分析模型與算法，也提供開(kāi)放的接口，便于用戶嵌入滿足個(gè)性化需求的分析算法模型。

e-works認(rèn)為，MindSphere平臺(tái)是目前最貼近制造企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用需求的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。西門(mén)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(dòng)化設(shè)備。因此，既能準(zhǔn)確的把握制造企業(yè)的應(yīng)用需求，也能通過(guò)對(duì)工業(yè)設(shè)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(tái)。這決定了MindSphere平臺(tái)必然是當(dāng)前制造企業(yè)的優(yōu)先關(guān)注對(duì)象和應(yīng)用實(shí)施的首選。