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 облако MindSphere 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: