深度剖析：工业互联网平台大盘点（国际篇） -

e-据works粗略统计，截至2018年3月，已有150多家国内外厂商声称能够提供工业互联网平台服务，不少于30家熟悉且能直接说出名字的工业互联网平台。漫天飞舞的工业互联网平台可以说是迷人的，让人眼花缭乱。人们很难真正理解不同工业互联网平台之间的本质区别。带着对工业互联网的思考，e-works专门策划了题为“工业互联网平台大盘点”的活动，希望通过梳理行业主流工业互联网平台来明确两者的区别，引导制造商有针对性地推动工业互联网平台的选择和实施。

I.工业互联网平台的定义

e-works数字企业网总编黄培博士认为，工业互联网是指工业互联网，而不是工业互联网。他认为，在企业内部，工业互联网应实现工业设备、信息系统、业务流程、产品和服务以及人员之间的互联，实现企业IT网络与鲁邦的互联，实现从车间到决策层的纵向互联；在企业之间，工业互联网应实现上下游企业（供应商、经销商、客户和合作伙伴）之间的横向互联；从产品生命周期的角度来看，从设计、制造到服务，再到报废回收再利用，工业互联网要实现整个生命周期的互联互通。

工业和信息化部电子信息司副司长安小鹏以简单的公式表达了工业互联网，即“数据” 模型=服务”。安主任认为，工业互联网平台通过广泛收集企业机器、业务系统、产品模型等流程数据，将关键数据引入工业模型，实现业务功能软件，最终为企业提供工业应用服务，帮助企业优化生产流程，从研发到生产、销售和使用，实现制造资源的优化配置。

图 1 工业互联网平台架构

在工业互联网产业联盟提供的白皮书中，工业互联网平台从架构上分为边缘层和IaaS层四个层次、工业PaaS层和工业SaaS层。其中，IaaS层主要为PaaS层提供云基础设施支持，以构建硬件环境，满足工业应用开发的需要。工业和信息化部电子信息司副司长安晓鹏用三句话总结了工业互联网平台需要支持的应用功能。

首先，数据收集是基础。与工业互联网的边缘层相对应，其本质是利用泛感知技术有效收集多源设备、异构系统、运行环境、人员信息等元素。

第二，工业PaaS是核心。与工业互联网平台相对应的本质是在现有成熟的IaaS平台上建立可扩展的操作系统，为工业应用软件开发提供基本平台。

第三，工业应用程序是关键。与工业互联网应用层相对应，其主要功能是为特定的工业应用场景激发整个社会资源，促进工业技术、经验，只有最佳实践模型、软件、包装，使用户可以通过调用工业应用程序实现特定制造资源的优化配置。

二、工业互联网平台应用支撑能力

通过梳理行业专家对工业互联网平台的定义，我们可以总结工业互联网平台的基本功能：

一是能够广泛收集不同来源和结构的数据；

二是具有支持大量工业数据处理的能力；

三是通过工业机制和数据科学对海量数据进行深入分析，实现工业知识的沉淀和再利用；

第四，可以提供开发工具和环境，实现工业APP的开发、测试和部署。

从目前工业互联网的发展水平来看，能够完全满足上述四个层次功能的国内工业互联网平台相对较少，但对于一些行业的应用，领先的制造商基本上可以实现四个层次功能的全面覆盖。例如，在燃气轮机、医疗等领域，GE因其较高的市场份额和多年的数据积累而获得。、西门子可以通过工业机制和数据科学，充分构建基于这些数据运行特征的算法和模型，实现大量数据的深入分析，实现工业知识的沉淀和再利用。还可以提供开发工具和环境，实现工业APP的开发、测试和部署。然而，对于目前大多数工业互联网平台来说，由于行业影响力和技术支持能力有限，基本上只能实现数据收集和分析，因此很难提供基于PaaS平台的应用开发能力。与此同时，缺乏强大的合作伙伴也难以形成工业APP应用开发生态。

为了全面了解当前工业互联网平台的发展，我们将根据上述四个层次的功能，对当前主流工业互联网平台的功能进行梳理和解读。

1．国外主流厂商和平台

(1)GE ——Predix

根据Predix白皮书发布的信息，Predix平台的四个核心功能是安全监控、工业数据管理、工业数据分析、云技术应用和移动性。平台架构分为边缘连接层、基础设施层和应用服务层三层。其中，边缘连接层主要负责收集数据并将数据传输到云；平台层主要提供基于全球安全的云基础设施，满足日常工业工作负荷和监督的需要；应用服务层主要负责提供工业微服务和各种服务交互框架，主要提供环境和微服务市场，创建、测试和运行工业互联网程序。

图2 Predix工业互联网平台架构

Predix平台主要通过Predix机的功能模块收集工业数据，这是一个可以嵌入工业控制系统或网络的软件堆栈，主要有三种嵌入方式：

1）部署在网关上。对于支持通用工业通信协议（如modbus、opc等）或TCP/IP等IT通信协议的设备，Predix机可以通过设备本身支持的协议直接与设备通信。在这种应用场景中，Predix机通常部署在网关上，网关起到设备与云之间的通信连接作用；

2)部署在控制器中。Predix机器直接部署在设备的控制单元中，可以削弱机器软硬件之间的连接，实现连接、升级、兼容性、远程访问等，使独立运行或在单独网络中运行的工业设备直接连接到云，完成数据采集和实时分析；

3)部署在传感器节点。在此应用场景中，传感器部署在生产现场，完成数据采集，直接上传到云，完成云中的其他数据处理操作。

为了处理和分析大量收集的工业数据，优化工业生产过程。Predix平台提供一系列服务，包括设备服务、数据服务和分析服务。具体实现过程：

Predix首先通过设备服务对设备进行建模，然后利用数据服务将收集的设备运行数据与其他数据源数据（包括设备模型和ERP数据）结合起来，并根据数据的特点存储到不同类型的数据库中，最后使用分析服务对数据进行分析，然后输出分析结果。目前，Predix提供操作数据分析和历史数据分析两种类型的数据分析。其中，操作数据分析的本质是实时数据分析，实时分析和响应设备的状态变化；历史数据分析是分析大量历史数据，然后建立设备预防性维护模型。

Predix分析服务面对当前不同行业数据的分析需求，提供基于微软Cloud的开发框架 利用Foundry框架的PaaS开发平台，企业可以根据需要独立开发算法和模型，通过配置、抽象和扩展模型来实施管理分析算法。由于多年在航空、能源、电力、医疗等行业的经验和数据积累，Predix平台集成了一些飞机发动机、医疗数据和能源数据的算法和模型。此外，GE和合作伙伴还开发和部署了一系列基于Predix平台的工业应用程序，包括计划和物流、互联网产品、智能环境、现场人力资源管理、工业分析、资产绩效管理、运营优化等。

e-works认为，Predix平台基本实现了工业互联网平台四大功能的全覆盖，属于典型的工业互联网平台。目前，Predix工业互联网平台在技术架构领先、功能服务全面、行业应用覆盖、行业影响力等方面都领先于同行，属于工业互联网平台的旗舰和标杆。

(2)西门子——MindSphere

如果需要为Predix选择行业竞争对手，我觉得不是MindSphere。MindSphere是西门子推出的基于云的开放式物联网操作系统，自2016年4月发布以来引起了业界的广泛关注。MindSphere之所以具有强大的行业影响力，是因为西门子不仅在构建工业互联网理念，而且在行业中有着广泛的应用实践，包括以MindSphere平台为核心的一系列数字化工厂和无人工厂。

图3 基于云的开放式物联网操作系统MindSphere

对于工业设备的数据采集，西门子提供了一个MindConnect工具盒，可以轻松连接到网络。这里可以找到即插即用工具Nano，配套的网关和软件也让连接变得容易，很容易集成到MES软件中。当然，这种即插即用是有限的，要么设备支持西门子S7的通信协议，要么OPC 新一代通信协议UA。当然，Nano应该只是现有产品的过渡手段，这种工具将直接成为西门子新自动化设备数字设备的一部分。

MindSphere平台主要依靠Nano的网关硬件产品，向上连接MindSphere的云，向下连接许多具有以太网通信能力的硬件产品，以及支持通用协议的其他品牌产品，完成数据收集和传输。如果设备通信协议特殊，用户可以根据Nano中的开源软件开发设备通信和数据采集程序。

以下是MindSphere如何实现与设备的通信和数据传输，主要有四种方式：

1)MindConnect Nano

MindConnect Nano本质上是一种嵌入式工控机，通过预先配置与MindSphere连接通信。USB支持硬件的接口主要包括、PCIE插槽、串口、以太网口。支持的通信协议包括西门子S7系列以太网通信协议和OPC UA。Nano可以通过安全的网络连接将加密数据传输到MindSphere，以确保数据安全。Nano只能与MindSphere一起使用。

从Nano的产品介绍可以看出，它的作用类似于云平台和现场设备之间的工业网关，不仅完成了数据采集(包括建立通信)，还完成了数据向云的加密传输。此外，Nano工业网关只能用于Mindsphere系统。

2)MindConnect IOT 2040

该产品的定位仍然是工业控制设备和物联网之间的连接器，因为该产品本身坚持SIMATIC系列产品的工艺设计，确保了在恶劣的工业现场环境中的可靠性，这可以弥补Arduino等物联网开源硬件在工业强度水平上的不足，相当于为性能强大的物联网硬件穿上安全服。

3)MindConnect Software

就功能而言，推断可能是Nano提供的免费开源软件。开源软件用户可以自行开发所需的通信协议，与设备建立连接，收集数据。例如，有些设备不支持OPC UA工业通信标准不支持西门子S7系列以太网通信协议。在这种情况下，企业可以使用MindConect 独立开发Software通信协议。

4)SIMATIC系列及其他西门子产品

西门子的自动化产品中有许多通信模块，如以太网通信模块，甚至一些CPU模块也具有以太网通信功能。因此，MindSphere可以通过Nano直接与西门子的产品集成，实现通信和数据采集。

对于数据分析，MindSphere白皮书的介绍相对简单，但MindSphere集成了自己开发的Sinalytics分析平台。该平台与Predix平台非常相似。它整合了一系列现有的技术和新技术，如远程维护、数据分析和网络安全。它还可以整合、保密、传输和分析机器传感器产生的大量数据。然而，西门子提供的信息显示，Sinalytics分析平台主要是为了提高对燃气轮机、风力发电机、列车、建筑物和医疗成像系统的监控能力。

但是经过2017年的发展，西门子对MindSphere平台的数据分析和应用开发能力进行了重大优化。通过与IBM合作，西门子将Watson Analytics融入Mindsphere，为Mindsphere提供预测分析、标准分析和认知分析等多种分析工具。在2017年汉诺威工业博览会上，西门子展示了大约50种工业应用程序，包括降低安全风险、提高互联网设备和工厂的可用性。此外，西门子还与源讯、埃森哲、Evosoft、SAP和微软，以及亚洲，马逊云服务（AWS）与Bluvision等新合作伙伴合作，加强工业APP产业生态建设。

MindSphere平台向下提供数据采集API，即支持开放式通信标准OPC UA，还支持西门子与第三方设备的数据连接；开发API，方便合作伙伴和用户开发应用程序。Mindsphere平台的应用开发也是基于Cloud Foundry框架的构建，即构建完整的大数据预处理、存储和分析技术框架，也整合了西门子在多个领域积累的分析模型和算法，并提供了一个开放的界面，方便用户嵌入分析算法模型，以满足个性化的需求。

e-works认为，Mindsphere平台是最接近制造商工业自动化应用需求的工业互联网平台。西门子本身就是一家制造企业，生产一些关键的工业自动化设备。因此，通过对工业设备的技术和生态控制，不仅可以准确把握制造企业的应用需求，还可以构建满足制造企业需求的工业互联网平台。这就决定了Mindsphere平台必然是制造企业优先考虑对象和应用实施的首选。

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