一文讀懂MindSphere

1、一文入門西門子MindSphere IOT平臺(tái)2017 年 12 月 15 日 21:47:06 閱讀數(shù)：1715競(jìng)品分析 西門子mindsphere IoT平臺(tái)本文目的：認(rèn)清對(duì)手，學(xué)習(xí)借鑒。目標(biāo)讀者：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。1產(chǎn)品概述MindSphere是西門子2016年推出的、基于云Cloud Foundry? 而構(gòu)建的開(kāi)放 式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)?？梢圆渴鹪诠性粕?，如 Amazon Web Services Micro soft Azure、SAP Cloud平臺(tái)和 Atos Canopy;今后也可以部署在專為某個(gè)企 業(yè)構(gòu)建的私有云上。采用MindSphere ,企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界中的產(chǎn)品、工廠、機(jī)器和

2、系統(tǒng)的連接， 以提取并分析真實(shí)的性能和應(yīng)用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析可從原始數(shù)據(jù)中獲得相關(guān)信息和 分析結(jié)果。CoMiflMrartiQnMindSpheref ： 111OatmiccMBFIvIddAtiDatabaseLive- systen主要功能包括：-創(chuàng)建和管理客戶-在MindSphere創(chuàng)建、管理、編輯資產(chǎn)-通過(guò)MindConnect收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)(S7, OPC UA),并傳送到MindSphere-可視化和更新數(shù)據(jù)(時(shí)間序列)-展示數(shù)據(jù)點(diǎn)，開(kāi)啟資產(chǎn)的狀態(tài)請(qǐng)求-管理在線資產(chǎn)和規(guī)則引擎-開(kāi)發(fā)新應(yīng)用2產(chǎn)品市場(chǎng)現(xiàn)狀盈利模式費(fèi)用每月在“欠款”中可查看。MindAccess User 基礎(chǔ)費(fèi)用：包括

3、50個(gè)用戶和一個(gè)承租人可變費(fèi)用：MindAccess額外用戶費(fèi)用MindSphere Data Model Fee (按照 MindSphere Units 的總數(shù)計(jì)算，計(jì)算公 式如下：(MindSphere Units total) = 150 MindSphere Units per Asset x (n umber of Assets)購(gòu)買使用生態(tài)APP的費(fèi)用，按需付費(fèi)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)、制造業(yè)等領(lǐng)域。一是歷史原因，西門子本身是有很強(qiáng)的硬件生產(chǎn)背景的企業(yè)，有這方面智能化的需求，沉淀在該平臺(tái)上。二是從增值應(yīng)用上來(lái)看，有一個(gè)針對(duì)機(jī)床的專用應(yīng)用，暫無(wú)其他領(lǐng)域的專用應(yīng) 用。相信從制造業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)

4、，MindSphere未來(lái)將會(huì)拓展到交通、樓宇、能源等 更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。合作伙伴合作伙伴通過(guò)為他們的客戶創(chuàng)建App和相關(guān)服務(wù)從而生成 MindSphere周邊業(yè)務(wù)，合作伙伴包括：?咨詢和戰(zhàn)略合作伙伴改善數(shù)字化業(yè)務(wù)，以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0戰(zhàn)略。?應(yīng)用開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)定制型應(yīng)用，以及以托管服務(wù)的方式提供應(yīng)用。?系統(tǒng)集成商實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源與來(lái)自MindSphere的數(shù)據(jù)之間的集成。?技術(shù)提供商為MindSphere提供例如工具或?qū)Ｓ梅治瞿K。?基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)提供商按照客戶的選擇結(jié)果提供用于部署MindSphere的基礎(chǔ)設(shè)施。?數(shù)據(jù)采集開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)定制型連接解決方案或者創(chuàng)建可復(fù)用設(shè)備。3產(chǎn)品結(jié)

5、構(gòu)分析產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)MindSphere可以幫助客戶快速實(shí)現(xiàn)其數(shù)字化商業(yè)模式。無(wú)需編程技術(shù)，也不需 要關(guān)停設(shè)備。利用MindConnect組件的即插即用連接，客戶可以快速地使用MindSphere。具體過(guò)程如下：?設(shè)置并連接 MindConnect組件?通過(guò)IoT Data Modeler組態(tài)需要發(fā)送給 MindSphere的數(shù)據(jù)?利用集成有規(guī)則引擎的 Fleet Manager進(jìn)入第一個(gè)界面并定義相關(guān)操作各層協(xié)議及通訊方式MindConnect- MindSphereMindConnect組件只允許連接 MindSphere平臺(tái)并將數(shù)據(jù)發(fā)送給該平臺(tái)。Mind Connect組件與MindSph

6、ere平臺(tái)之間的全部通信都采用傳輸層安全(TLS)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加密。例如，MindConnect Nano只通過(guò)已經(jīng)建立的、連接至 MindSphere 平臺(tái)的 HTTPS對(duì)外連接進(jìn)行基于 HTTPS的、與防火墻友好的互聯(lián)網(wǎng)出站通信 (HT TPS 端口 443)(該連接的建立由 MindConnect Nano 而非 MindSphere 平 臺(tái)發(fā)起)。即使更新了 MindConnect Nano上的固件，仍然遵守 儀出站”規(guī)則。Device - MindConnectS7 protocol or OPC UA protocols.3.3產(chǎn)品功能規(guī)格Roles within MindSphere

7、 MindAccess Developer可以進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)和測(cè)試 appso 可用工具包括： IoT Data ModelerMindSphere Application Manager MindAccess User權(quán)限包括：Configuring AssetsUser configurationAccess to applicationsSaving dataIoT Data Modeler Roles權(quán)限顆粒度非常細(xì)，幾乎是該模塊的每個(gè)步驟權(quán)限控制。FleetManager 的用戶權(quán)限取自 IoT Data Modeler Roles.MindConnect ElementsMin

8、dConnect NanoIoT 2040 性能差異:-250 data points / 1 second (max 80 000 values / hour) for MindConne ct Nano.- 15 data points / 1 second (max. 2880 values / hour) for MindConnect IoT 2040.MindConnect Nano硬件參數(shù)：x86架構(gòu)PC ,處理器:Intel Celeron N2807。作用：收集并加密數(shù)據(jù)，傳輸?shù)?MindSphere平臺(tái)。包括：接地線、電源供電線、USB 口、開(kāi)關(guān)鍵、連接MindSphere

9、專用網(wǎng)口、連 接自動(dòng)化話設(shè)備專用網(wǎng)口。MindConnect IOT 2040硬件：x86 架構(gòu)，處理器：Intel Quark X1020.The surface of the device can reach temperatures of over 70 C.MindConnect FB 1500用于連接 S7-1500 controller 至 MindSphere.MindConnect LIB類似MindConnect SDK,擁有developer角色的用戶方可免費(fèi)下載。MindConnect庫(kù)可協(xié)助開(kāi)發(fā)人員將定制型軟件代理連接至MindConnet API:?庫(kù)的代碼很短，可以

10、方便地集成第三方設(shè)備資產(chǎn)?可以定制數(shù)據(jù)采集功能?可將數(shù)據(jù)直接發(fā)送給 MindSphere ,無(wú)需掌握任何Internet協(xié)議知識(shí)?可以簡(jiǎn)化MindSphere的通信與調(diào)試過(guò)程。?支持運(yùn)行于通用操作系統(tǒng)IoT Data Modeler詳見(jiàn)3.4.2.Fleet Manager功能list規(guī)則中心能力：詳見(jiàn)3.4.3.Application Manager可理解為西門子的APP Store。客戶通過(guò)Digital Exchange選擇西門子開(kāi)發(fā)的應(yīng)用 （例如 Energy Anlytics和 Fleet Manager for Machine tools）,也可選擇由 MindSphere 生態(tài)系

11、統(tǒng)（IS V）開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。ISV 通過(guò) Digital Exchange 將其應(yīng)用推向市場(chǎng)，也就是說(shuō)，Digital Exchange提供了一種面向潛在用戶的貨幣化和促銷渠道。西門子通過(guò)Exchange確保軟件將部署在 MindSphere環(huán)境中，并完成相關(guān)的 帳單和發(fā)票事務(wù)。OPEN APIMindApp API包括例如以下服務(wù)：通知服務(wù)采用電子郵件時(shí)間序列服務(wù) 讀、寫或者編輯存儲(chǔ)器中的時(shí)間序列數(shù)據(jù)文件服務(wù)讀、寫或者刪除存儲(chǔ)器的文件值事件請(qǐng)求以常規(guī)的方式添加例如報(bào)警或警告等的定制型信息（例如，系統(tǒng)信息、 時(shí)間序列數(shù)據(jù)）工作流基于例如新請(qǐng)求”、新時(shí)間序列”和其它大量信息創(chuàng)建定制型規(guī)則，并基 于

12、該信息定義自己的行動(dòng)客戶管理 對(duì)客戶進(jìn)行管理（例如，添加新客戶，更改現(xiàn)有客戶信息）用戶管理 創(chuàng)建、編輯或刪除用戶，分配預(yù)先定義的用戶角色資產(chǎn)管理aspect管理 定義自己的數(shù)據(jù)模型，添加標(biāo)準(zhǔn)化的意義說(shuō)明，以更好地理解和重 用自己的數(shù)據(jù)模型使用透明化通過(guò)應(yīng)用使用信息分析和報(bào)表創(chuàng)建來(lái)了解您的客戶為了從數(shù)據(jù)生成相關(guān)信息，MindSphere提供了相關(guān)分析功能。開(kāi)發(fā)人員可將這些功能集成到自己的應(yīng)用中：梯度檢查 檢查時(shí)間序列的梯度，并提供檢查結(jié)果線性回歸 計(jì)算時(shí)間序列數(shù)據(jù)的線性回歸值，并提供所產(chǎn)生的曲線數(shù)據(jù)異常檢測(cè) 檢測(cè)異常的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，并提供檢測(cè)結(jié)果未來(lái)的MindSphere還將推出如下分析功能：趨

13、勢(shì)預(yù)測(cè)提供單個(gè)或多個(gè)1d時(shí)間軸上的微積分功能，具體包括基本的代數(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)功能（均值、和值、方差）序列模式挖掘 檢測(cè)報(bào)警模式，并根據(jù)（變頻器的）事件日志進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。該服務(wù)可從導(dǎo)致大型事件的序列中自動(dòng)地學(xué)習(xí)相關(guān)模式多維KPI監(jiān)視該服務(wù)可以基于訓(xùn)練好的模型，從多個(gè)方面推斷相關(guān)量化值。需求預(yù)測(cè)基于用于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（預(yù)先已訓(xùn)練）的預(yù)測(cè)模型執(zhí) 行程序3.4 一個(gè)案例逛平臺(tái)通過(guò)一個(gè)案例，串起 mindsphere的主要功能，同時(shí)了解其交互設(shè)計(jì)。Launchpad登錄 MindSphere Launchpad。IoT Data Modeler以下內(nèi)容為在云端新建物理設(shè)備、配置 nano參數(shù)并導(dǎo)

14、出，最終實(shí)現(xiàn)nano和m indsphere 的連接。1. Configuring asset data總覽頁(yè)面列出了存在的資產(chǎn)和組織，支持新建或復(fù)制資產(chǎn)，也支持新建組織和區(qū)域。支持資產(chǎn)和組織、區(qū)域的嵌套關(guān)系。點(diǎn)擊 “Savenew asset” .設(shè)備詳情頁(yè)面被打開(kāi)1. Configuring MindConnect Nano/IoT2040點(diǎn)擊 “Agent選擇對(duì)應(yīng)的MindConnect.Click “Next” .Theialog window with “AgentOverview “ for MindConnect: Nano/IoT 2040 will be opened.Min

15、dConnect Nano的局域網(wǎng)地址（用于采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)）支持靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地址配 置，如下：MindConnect Nano的互聯(lián)網(wǎng)地址（用于上傳現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)）支持靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地址配 置，如下：1. Transferring the configuration to USB stick for MindConnect Nano 將MindConnect Nano的配置文件導(dǎo)出到 U盤中，并將 U盤插入Nano U 口 中，即完成 MindConnect Nano 與 mindsphere 的互聯(lián)。4. Connecting Port X2P1 for MindConnect Nano在X2P1 口插入

16、網(wǎng)線與工廠局域網(wǎng)相連。1. Configuring Data Collectiona）在 “IoTData Modeler 頂面，選擇在線的設(shè)備，e.g. Pump Click “Aspects Add Aspect configure S7 protocol or OPC UA protocols.默認(rèn)5s采樣周期。Configuring S7 data pointsOn data change :當(dāng)采樣周期小于1s時(shí)，激活設(shè)置項(xiàng)，即當(dāng)激活時(shí)每秒會(huì)檢測(cè) 該value是否改變，若改變則上送云端，否則不送。doneUpdating firmware 用于自定義更新固件的時(shí)間。3.4.3 Flee

17、t Manager該應(yīng)用提供了對(duì)資產(chǎn)的可視化和檢索、過(guò)濾、排序。Fleet Manager 的權(quán)限與 IoT Data Modeler 中 user 權(quán)限一致。Selecting an asset通過(guò)快速搜索窗或過(guò)濾篩選器來(lái)搜索資產(chǎn)。通過(guò)Map navigation來(lái)搜索資產(chǎn)Edit positionMap overviewZoom function當(dāng)有資產(chǎn)坐標(biāo)非常近時(shí)，指針變?yōu)閿?shù)字指示當(dāng)?shù)氐馁Y產(chǎn)總數(shù) 地圖會(huì)著重標(biāo)識(shí)過(guò)濾出的資產(chǎn)。地圖通過(guò)搜索和過(guò)濾條件的聯(lián)合查詢，只顯示出符合條件的資產(chǎn)。Viewing aspectsusing the expansion “Info ”選中某一設(shè)備，點(diǎn)擊Inf

18、o Tab頁(yè)面進(jìn)行查看。Visualizing Aspects選中asset,查看他的 aspects歹！J表，點(diǎn)擊單個(gè) aspects ,查看 aspects 內(nèi)各個(gè) d ata point的時(shí)序值。視圖有三種類型：Line chartPie chartBar chartViewing requests (規(guī)則中心)所有的請(qǐng)求都展示在總覽窗口中，也支持手動(dòng)編輯請(qǐng)求的狀態(tài)。編輯規(guī)則類似狀態(tài)提醒或者報(bào)警，并支持request的狀態(tài)編輯。查看規(guī)則生成的request規(guī)則通過(guò)生成請(qǐng)求的方式記錄每一次超出或低于閾值的情況。Usage TransparencyMindsphere的系統(tǒng)現(xiàn)狀報(bào)表，展示以下

19、狀態(tài)：API callsServices usedApps usedNumber of usersNumber of connected Assets (applies to Assets which are connected vi a MindConnect FB/LIB)增值應(yīng)用1. Manage MyMachines針對(duì)機(jī)床的個(gè)性化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床監(jiān)控以及相關(guān)機(jī)床聯(lián)合信息查詢，是否有更高級(jí)的功能未知。過(guò)去，一臺(tái)機(jī)床在使用過(guò)程中，刀具會(huì)隨時(shí)間磨損，可是這種磨損不容易被檢測(cè)到，一旦超過(guò)臨界壽命值，可能會(huì)對(duì)加工工件的質(zhì)量以及效率有所影響。而未來(lái)可能會(huì)有這樣的場(chǎng)景，設(shè)備的進(jìn)刀力度、加工時(shí)長(zhǎng)、刀

20、具壽命等細(xì)節(jié)參數(shù)都有效 納入監(jiān)控范圍，通過(guò)建立算法模型預(yù)測(cè)出刀具壽命，優(yōu)化管理。而設(shè)備商將獲得 新的服務(wù)業(yè)務(wù)的機(jī)會(huì)，對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)，通過(guò)合理安排維護(hù)能讓設(shè)備更加高效、 優(yōu)化流程。3.5 邊緣計(jì)算邊緣服務(wù)介紹采用MindSphere獲得云計(jì)算直至邊緣計(jì)算能力，可利用 MindConnect庫(kù)和A PI在邊緣設(shè)備上部署相關(guān)軟件對(duì) MindSphere進(jìn)行擴(kuò)展。在邊緣設(shè)備上使用MindConnect庫(kù)可以安全地向設(shè)備就近提供先進(jìn)的分析功能 和運(yùn)行智能。這種技術(shù)通過(guò)組合利用云連接和集成式硬件/軟件環(huán)境中的西門子或第三方邊緣App,對(duì)多個(gè)應(yīng)用案例進(jìn)行描述性、診斷性和規(guī)范性分析。MindSphere的這

21、一業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)由基于云的邊緣服務(wù)和模塊化邊緣運(yùn)行時(shí)系統(tǒng) 組成。從工程組態(tài)和運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)角度看，邊緣服務(wù)和模塊化邊緣運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)完 美協(xié)同。這種邊緣方法是對(duì)云服務(wù)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化平臺(tái)的透明集成，從而可對(duì)已經(jīng)安裝的資產(chǎn)/設(shè)備（例如Siemens Simatic, Climatix,Siprotec 等）和利用 Mind Sphere進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)級(jí)管理的App生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施無(wú)縫擴(kuò)展。解讀：MindConnect實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集，API實(shí)現(xiàn)了云端APP的本地調(diào)用，兩者的結(jié)合 實(shí)現(xiàn)了 mindsphere的本地化部署，價(jià)值在于避免了本地?cái)?shù)據(jù)上傳？ 1）數(shù)據(jù)敏感性2）網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用MindConnect Edge An

22、alyticsMindConnect Edge Analytics 基于 CMS X-Tools. CMS X-Tools 是西門子的 一款狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)生大量無(wú)用的流式數(shù)據(jù)造成難以管理的現(xiàn)象，同時(shí)增加了通訊成本， MindConnect Edge Analytics在本地通過(guò)分析算法進(jìn)行預(yù)處理，決定哪些數(shù)據(jù) 可以上傳mindsphere平臺(tái)，可以消除無(wú)用數(shù)據(jù)。功能包括（均為本地執(zhí)行）：更多協(xié)議的數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預(yù)處理（分析）：內(nèi)置200+分析模塊一一類似規(guī)則引擎Graphical editorC-like scripting editor本地設(shè)備、過(guò)程監(jiān)視：內(nèi)置 10種圖表類型，Rep

23、orts, dashboards can be c reated on CMS X-Tools server 0 Condition monitoring library available bas ed on X-Tools analytics modules本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)（取決于硬盤容量）軟件推薦安裝于 Windows 7 PC。Ps. CMS X-Tools Express Free download4 Apps應(yīng)用實(shí)例2017年6月在漢諾威，西門子以酷炫的方式對(duì)外展示了50種工業(yè)APP。以下為各種領(lǐng)域?qū)Ｓ?MindApps ,垂直行業(yè)應(yīng)用和數(shù)字化服務(wù)。.基礎(chǔ)應(yīng)用（資產(chǎn)管理等）.行業(yè)特色應(yīng)

24、用（回路性能分析、旋轉(zhuǎn)設(shè)備分析、生產(chǎn)設(shè)備能效分析等）一一類 似我們的自動(dòng)生成工單算法、節(jié)能算法、物業(yè)管理系統(tǒng)。樓宇的性能和可持續(xù)性Navigator協(xié)助完成樓宇產(chǎn)品組合的整個(gè)生命周期期間從數(shù)據(jù)至結(jié)果的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 其設(shè)計(jì)目標(biāo)在于增強(qiáng)系統(tǒng)性能、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性目標(biāo)、降低能耗以及能源和運(yùn)營(yíng)效 率的最大化。采用Navigator ,客戶可對(duì)其設(shè)施的長(zhǎng)期性能進(jìn)行觀察。樓宇系統(tǒng)性能、能耗水平和電力供應(yīng)等的監(jiān)控工作變得前所未有的高效。Navigator是一種基于云的全定制型平臺(tái)，可以用來(lái)對(duì)單個(gè)建筑、校園或整個(gè)房地產(chǎn)投資組合進(jìn)行分析。Navigator設(shè)計(jì)有強(qiáng)大的報(bào)表和分析功能，可以收集、分析海量的樓宇性能數(shù)據(jù)，

25、 使客戶不僅可以實(shí)現(xiàn)效率和投資的優(yōu)化，而且還可生成可操作性信息以進(jìn)行可靠 決策、提高企業(yè)效率。Navigator及其應(yīng)用將通過(guò)MindSphere發(fā)布。過(guò)程工業(yè)控制回路性能分析運(yùn)行在MindSphere上的控制回路性能分析為分布式控制系統(tǒng) （DCS）中的可 用數(shù)據(jù)增加了一層透明化，從而對(duì)高效優(yōu)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)了相關(guān)支持。 透明化源自對(duì) 不同控制狀態(tài)時(shí)的自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)和關(guān)鍵性能指標(biāo)計(jì)算。采用控制回路性能分析，用戶可以獲得從管理視圖直至單個(gè)控制裝置的詳盡信息 的工廠層級(jí)概覽信息，從而可定期地自動(dòng)完成數(shù)據(jù)分析，以支持長(zhǎng)期過(guò)程優(yōu)化和 精細(xì)調(diào)整功能?？梢詾殛P(guān)鍵的控制回路生成額外的專家報(bào)表。控制回路性能分析 以全自動(dòng)方式定期提供可靠的分析結(jié)果。 分析結(jié)果通過(guò) MindApp提供。這確保 了從工廠管理員直到工藝操作員的全部層級(jí)都可實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。 數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期可用 性確?？梢垣@得可觀的優(yōu)化結(jié)果。生產(chǎn)設(shè)施能效分析借助能源分析服務(wù)，西門子以托管服務(wù)的方式提供能源