Обзор MindSphere - открытой облачной платформы промышленного интернета вещей

Что входит в экосистему MindSphere

Облачная платформа MindSphere как сервис (PaaS)

Облачная операционная система IoT соединяет реальный и цифровой миры, с масштабируемыми решениями, с глобальной экспертизой, быстрой разработкой приложений и прямым доступом к ресурсам.

Включает:

• Открытые интерфейсы - для разработки приложений MindApps с учетом индустриальной специфики
• Администрирование - приложений, пользователей, моделей данных на платформе
• Слой индустриальных приложений и сервисов MindApp, доступных через магазин готовых приложений - “MindSphere Store”
• Слой облачной инфраструктуры – в публичных или частныхоблачных ресурсах
• Слой быстрого подключения промышленных активов и источников данных - MindConnect

Приложения MindApp

Приложения аналитики данных - оперативный анализ реальной картины и принятие решений. Обеспечивают прозрачность работы и анализ состояния оборудования, линий, предприятий, парков машин, станков и систем.

• Прозрачный контроль всего парка (устройства, станки, двигатели, транспорт, роботы, PLC...)
• Аналитика, например прогнозирование обслуживания, предсказание сбоев и т.п.
• Готовые инструменты, отчетность, обработка событий
• Открытая экосистема для заказчиков, партнеров и разработчиков, создающих приложения и сервисы на платформе

Инфраструктура MindConnect

IIoT шлюзы для быстрого и безопасного подключение любых устройств, систем и машин от Siemens и других производителей, любых ИТ-систем и источников данных.

• Открытые стандарты и протоколы (OPC UA, S7)
• Быстрое подключение любых источников данных
• Безопасная и надежная передача шифрованных данных

Бизнес модель экосистемы MindSphere

Платформа MindSphere доступна из инфраструктуры крупнейших поставщиков облачных услуг

Также доступно установка частного облака MindSphere у заказчика.

Полностью частное или гибридное облакоMindSphere на основе Microsoft Azure Stack

ATOS – глобальный поставщик подобного программно-аппаратного решения MindSphere-on-Premise

Для доступа к системе существует несколько пакетов подписки MindAccess

MindAccess IoT Value Plan

Общий вид для пользователя IoT Value Plan

Использование приложений MindSphere, сбор и анализ данных

• Объем хранения и трафик данных
• Запуск приложений
• Управление устройствами
• Управление пользователями
• Подключение устройств
• Анализ данных в Fleet Manager
• Доступ в MindSphere Store

MindAccess Developer Plan

Общий вид Developer Plan

Разработка приложений на тестовой системе

• Ресурсы Cloud Foundry
• Тестирование приложений
• Доступ кAPI, включая аналитику
• Тестовое подключение устройств
• Хранение данных, включая служебные
• Отчетность (Developer Cockpit)

MindAccess Operator Plan

Запуск и контроль приложений в промышленной среде, их продажа через MindSphere Store

• Ресурсы Cloud Foundry
• Контроль приложений
• Доступ к API, включая аналитику
• Отчетность (Operator Cockpit)
• Доступ к MindSphere Store

Компоненты экосистемы подключения и интеграции

Готовые шлюзы и встроенные агенты для подключения

Оборудование

• MindConnect Nano
• MindConnect IoT2040 / IoT2050 (ссылка на обзор в конце публикации)
• RUGGEDCOM RX1400 with CloudConnect
• Система ЧПУ SINUMERIK 840 DSL
• Контроллеры серии SIMATIC S7-1500
• Модуль системы вибродиагностики SM1281 (специальная версия FW)

Функциональность

• Быстрое и простое подключение устройств к MindSphere
• Сбор данных через стандартные протоколы
• Автоматическое обновление ПО
• Надежный промышленный дизайн и конструкция
• Соответствие стандартам безопасности IEC 62443
• Буфер данных до 500MB

Протоколы

• Siemens S7 (для сбора данных с S7-3xx / S7-4xx / ET-200s PLC);
• OPC UA (для сбора данных от любых источников, поддерживающих Part 8 спецификации OPC UA)
• ModBus TCP/RTU
• Rockwell
• Дополнительные протоколы в разработке

Характеристики

• Прием данных: до 250 точек данных в секунду (зависит от шлюза)
• Отправка данных: каждые 10 секунд

Комплект разработчика MindConnect API/LIB

Комплект разработки (SDK) собственных программных агентов для передачи данных в MindSphere через интерфейс southbound APIs. Поддерживает шифрование данных и их безопасную передачу по интернет в MindSphere

Функциональность

• Можно встраивать в любые устройства/системы
• Нетребователен к аппаратным ресурсам
• Безопасное подключение к MindSphere (аутентификация, авторизация, шифрование)
• RESTful API
• Программируемые процессы и события для запуска сбора и передачи данных
• Передача файлов
• Буферизация данных

Протоколы

Зависит от сферы применения MindConnect LIB. При разработке собственного программного агента возможна реализация любых протоколов сбора данных

MindSphere API

Эти API могут быть использованы для создания приложений и услуг для сторонних заказчиков с использованием собственной квоты ресурсов (tenant), автоматической конфигурации и администрирования пользователей.

Управление заказчиками (Customer Management) - создание и контроль заказчиков, использующих приложения и сервисы MindSphere.

Управление пользователями (User Management) - создание, редактирование, наделение правами и ролями индивидуальных пользователей от заказчиков.

Управление аспектами/моделями данных (Aspect Management) - определение моделей собираемых данных и стандартизация типов данных

Управление агентами/точками сбора данных (Agent Management) - создание, редактирование, удаление элементов инфраструктуры MindConnect и их привязка к устройствам, с которых собираются данные.

Управление устройствами (Asset Management) - управление устройствами (Asset) с которых собираются данные создание, конфигурирование, удаление и т.д. Создание и управление шаблонами устройств.

Управление блоками данных (File Service) - использование API файловых сервисов для чтения, записи и удаления BLOB файлов, загрузки и обновления файлов устройств, хранения метаданных и т.д.

Региональная информация (Region Information Service) - запросы основной информации по валюте, языку и используемых единицах измерения.

Обработка триггеров и правил (Trigger/Rule Engine) - используется для создания собственных правил на основе событий "новый запрос", "новый временной ряд" и определяют действие на основе этой информации. Возможно определять правила по датчику, процессу фильтра, образцу сообщения, задать гистерезис.

События/запросы + методы (Events/Requests) - эти API предназначены для добавления собственной информации по событиям
и запросам, например, предупреждения, чертежи, схемы , временные ряды.

Сервис коммуникации (Communication Service) - используется для отправки уведомлений пользователям и клиентам. Позволяет создавать и управлять шаблонами, списками получателей, каналами электронной почты или пуш-уведомлениями.

Информация о погоде (Weather Information) - используется для получения данных о погоде, включая исторические данные и прогнозы.

Единицы измерения (Unit)- позволяет конвертировать различные единицы измерений.

Временные ряды (Timeseries) - используются для чтения и редактирования временных рядов. Агрегирование, минимальное/максимальное значение, модификация.

Тренд прогнозы (Trend Prediction) - используется для создания тренд прогнозов на основе одного аспекта.

Обнаружение аномалий (Anomaly Detection) - для корреляционного анализа из двух аспектов.

Обнаружение выбросов (Outlier Detection) - используется для обнаружения отказов через, например, проверку градиента.

MindConnect IoT Extension

Интерфейсный программный слой в MindSphere, который расширяет типы протоколов, программных агентов и аппаратных устройств, которые можно подключать к MindSphere. Используется только для данных временных рядов (time series).

Функциональность

• Широкий набор протоколов и программных агентов
• Поддержка самых разных устройств для подключения к MindSphere
• Полнофункциональная среда для разработки агентов и управления устройствами

Что поддерживается:

• Программные агенты: MQTT Agent, Java Agent, C++ Agent
• Разработка агентов и SDK: REST API, Web SDK, Web SDK for AngularJS
• Протоколы: HTTP/HTTPS, TCP, VNC, MQTT / MQTT+TLS, REST, SmartRest 1.0 / 2.0, OPC-UA, Modbus/RTU, Modbus/TCP, CAN bus,MMC, SPI, I2C, McASP
• Совместимые устройства: Adeunis LoRAWAN, BeagleBoneBlack, CinterionJava Modules, CloudGate, Dell Edge Gateway, INSYS Smart Devices – INSYS OS, INSYS Smart Devices – icomOS, JanzTec emPCA/RPI, Libelium-Mesehlium, Mbedu-bloxC027, Meitrack, Netcomm, OPCUA Java Gateway, OWA3x, QuecLink, RaspberryPi, Red Lion RAM, SMARTBox, Robustel, SIGFOX, SMARTBoxIO, SMARTBoxMini, TC3G, Telic, TinkerForge, Tixi

Примечание: список постоянно расширяется.

MindConnect Integration (Cloud и on-Premise)

Безопасное подключение к MindSphere различных источников данных из сторонних облачных и традиционных ИТ - систем. Конфигурирование и настройка параметров данных через web-браузер. От простого сбора данных до сложных процессов обработки.

Функциональность

• Возможность соединения с существующими базами данных и системами предприятия для новых способов анализа
• Множественные соединения устройств на объектах и в системах данных облака
• Браузер как основной инструмент конфигурации для простоты интеграции
• Низкая стоимость обслуживания и высокая гибкость
• Обеспечение целостного анализа для общекорпоративных данных
• Упрощает оптимизацию принятия решения и процессов

Что поддерживается

Облачные коннекторы: FTP(S), SOAP, REST, OData 2.0, OData 4.0, Alfabet, Cumulocity, Apps, BigQuery, Calendar, Cloud Storage, Contacts, Drive, Cloud Pub/Sub, Sheets,S3, SNS, SQS, Apache Solr, AvaTax, Concur, Coupa, Magento, Marketo, Microsoft Dynamics, NetSuite, SAP cloud, SAP Hana Marketing Cloud, Salesforce, Salesforce CRM, ServiceNow, Slack, StrikeIron, SuccesFactors, SugarCRM, Zendesk

Традиционные on-premise: Ariba, OnRamp, LotusNotes, OFTP, Oracle, PeopleSoft, Remedy, SAP, SAP XI, Siebel, AS/400, JavaBeans, JDBC, Apache HIVE, MongoDB, Cassandra, HDFS, Apache Impala, Apache WebSphereMQ, Tuxedo, MSMQ, Apache Kafka

MindConnect Edge Analytics

Предварительная обработка потоковых данных «на месте» и передача результатов в MindSphere. Используются базовые алгоритмы и библиотеки CMS X-Tools для вибродиагностики.

Функциональность

• Сокращение объема данных, пересылаемых в облако
• Обработка и вибрационный анализ в реальном времени высокочастотных данных
• Буферизация данных локально, передача результатов вMindSphere для исторической отчетности
• Семь готовых расчетных алгоритмов: RMS Velocity, Peak-Peak Velocity, Zero-Peak Velocity, RMS Acceleration, Peak-Peak Acceleration, Zero-Peak Acceleration, Crest Factor
• Возможность быстрой реализации предиктивного обслуживания

Условия использования

• MindAccess IoT Value Plan (для заказчиков) or MindAccess DevOps Plan (для разработчиков)
• MindConnect Nano
• MindConnect Edge Analytics Engine
• MindConnect Edge Analytics Engineer

Производительность

MindConnectNano: обработка сигналов до. 50 kHz от максимально 5 точек. В ближайшее время ожидаются опции расширения MindConnect Edge Analytics Engine +50 и MindConnect Edge Analytics Engine +300.

Компоненты аналитики на платформе

• Подготовка и выгрузка данных в инструменты аналитики и визуализации Tableau
• Поиск проблемных точек
• Анализ трендов и поиск оптимальных решений

• Web-система создания отчетов и информационных панелей на основе Tableau, распространение как приложений среди пользователей и заказчиков.
• Инструмент создания отчетов: Creator
• Просмотр: Viewer

• Быстро настраиваемое приложение для анализа серий данных от устройств.
• Анализ и фильтрация данных для понимания работы парка .
• Передача отчетов в виде «виртуальных аспектов» заказчикам и партнерам

• Создание процессов обработки, обогащения данных, реагирования на события. На основе Node-RED.
• Процессы запускаются вручную, на основе временных событий (или порогов) или через RESTful API.

• Построение предиктивных моделей, включая машинное обучение.
• Различные алгоритмы, и библиотеки, включая: TensorFlow, Spark MLlib, NumPy, ScikitLearn, Keras, SciPy, Matplotlib, Pandas, Theano

Комплексные пакеты решений

Решение «Подключение и Мониторинг» (Connect & Monitor)

Контроль парка оборудования/инфраструктуры - процесс идентификации, классификации, профилирования,инвентаризации и отслеживания физических устройств для обеспечения их эффективной эксплуатации

Мониторинг состояния - обнаружение и локализация сбоев и отклонений в парке оборудования через мониторинг ключевых параметров/аспектов, например вибрацию, температуру и т.п.

Контроль производительности - анализ производительности систем и оборудования с целью эффективного достижения заданных целевых показателей

Платформа MindSphere:

• MindAccess IoT Value Plan: подключение парка устройств кMindSphere, безопасные передача и хранение данных, их визуализация и первичный анализ
• Visual Flow Creator: быстрое создание процессов обработки событий, обработки данных, вычислений
• Visual Explorer + Viewer: мощные инструменты создания аналитических отчетов, анализ производительности, поиск трендов и зависимостей в собираемых параметрах

Включенные услуги:

• Реализация (Implementation): Подготовительная встреча с заказчиком, сбор данных, установка шлюзов, настройка модели данных.
• Запуск (Basic Enablement): Поддержка заказчика в получении максимума ценности от решения
• Конфигурирование: Удаленная сессия по детализации требований, использование Visual Flow creator для создания правил/ KPIs и разработка отчетов реального времени
• Обеспечение успеха (Success Management): Продолжительная поддержка и консультации по пути цифровизации и максимизации эффективности от применения MindSphere

Решение «Аналитика и Предиктивность» (Analyze & Predict)

Предиктивное обслуживание - постоянный сбор и анализ данных реального времени о состоянии и производительности оборудования, определение источников проблем и отклонений в качестве производства, предсказание сбоев.

Оптимизация сервисного обслуживания - планирование о выполнение сервисных мероприятий способом наиболее эффективным с точки зрения непрерывного времени работы оборудования и минимизации затрат.

Анализ качества поставщиков - оценка поставщиков оборудования и их ранжирование по качеству предоставляемых систем и кто из них наилучшим способом предотвращает и разрешает аварийные ситуации.

Платформа MindSphere:

• Все компоненты «Подключение и Мониторинг» (IoTValue Plan, Visual Flow Creator, Visual Explorer/ Viewer).
• Predictive Learning: Построение моделей на основе машинного обучения для предсказания производительности и надежности систем, оптимизации качества производства.
• MindConnectIntegration (Cloud): комбинирование существующих баз данных и облачных ИТ систем с данными из производства для полного контекстного анализа.

Включенные услуги:

• Все услуги пакета «Подключение и Мониторинг» (Реализация/Implementation, Запуск/Basic Enablement, Конфигурирование/Configuration, Обеспечение Успеха/Success Management)
• Консультирование по Аналитике: Встраивание функций в оконечные устройства для пред-процессинга больших объемов данных реального времени и передачи в облачную инфраструктуру наиболее эффективным способом

Решение «Цифровая Трансформация» (Digitalize & Transform)

Целостный анализ инцидентов/сбоев в оборудовании - взаимодействие между эксплуатацией оборудования и конечными пользователями с целью поиска главных причин аппаратных сбоев и уменьшения их числа и длительности.

Создание цифровых двойников - оптимальное проектирование изделий, эффективный запуск в эксплуатацию, короткое время переналадки и бесперебойная работа cполным цифровым двойником.

Оборудование как услуга - предоставление оборудования и IoT-приложений как сервис, монетизировать интеллектуальную собственность организации.

Замкнутые цифровые цепочки - устранение разрозненных производственных процессов путем выстраивания цепочек данных, охватывающих весь жизненный цикл оборудования и обеспечивает критическую информацию лицам принимающим решения.

Платформа MindSphere:

MindAccess Developer and Operator Plan: Разработка, запуск и контроль приложений на платформе MindSphere, которые реализуют стратегию цифровизации, предоставление приложений заказчикам в качестве услуги.

Дополнительно включены:

• MindAcess IoT Value Plan
• Visual Flow Creator, Visual Explorer and + Viewer
• Predictive Learning
• MindConnect Integration

Включенные услуги:

Data Science Consulting: продолжительный консалтинг, основанный на результатах анализа Visual Explorer для построения моделей в инструментарии Predictive Learning

Дополнительно включены услуги:

• Реализация (Implementation)
• Запуск (Basic Enablement)
• Обеспечение успеха (Success Management)
• Конфигурирование (Configuration)
• Консультирование по аналитике (Analytics Consulting)

Полезные ссылки:

SIMATIC IOT2050 Интеллектуальный шлюз для промышленных IoT решений.

При подготовке публикации использовались материалы и изображения SIEMENS AG

<-