工业互联网操作系统技术架构

基于通用PaaS的二次开发成为工业PaaS主要构建方式

PaaS(Platform-as-a-Service:平台即服务)能够为云架构的上层工业App的开发屏蔽设备连接、进行软件集成与部署、减少计算资源调度的复杂性,大部分领先平台都依托通用PaaS向用户提供服务。例如,GE Predix基于Cloud Foundry的二次开发支持Spring.NET等应用程序框架,提供PostgreSQL、SQL Server、Redis以及来自第三方和开源社区的应用服务,还包括GitHub代码库、Node.js、Bower包管理器、Gulp、SASS、Web Component Tester等多种开发工具,以便开发人员快速实现应用平台的开发与部署。其他主流平台也均采取类似策略,IBM Bluemix、西门子MindSphere、BoschloT Suite、航天云网INDICS等平台均基于Cloud Foundry而构建,树根互联根云RootCloud、海尔COSMOPlat平台、寄云科技NeuSeer平台则分别基于Docker、Openshift等进行构建。

新型集成技术成为操作系统能力开放和功能复用效率提升的重大手段

借助REST API等一系列Web API技术,大部分工业互联网操作系统中的设备、软件和服务通过JSON、XML等统一格式实现不同业务系统的信息交互和调度管理,为企业内外协同、云端协同、能力开放、知识共享奠定基础。新型API技术为多源异构系统的快速集成提供有效支撑,实现边缘设备与云端的集成、传统工业软件与云端的集成、操作系统内部不同软件和功能的集成。目前,Ayla、Intel IoT、Zatar、Xively、Eurotech等平台是以REST协议为核心手段,实现设备、应用程序、后端系统的全要素集成的。此外,Predix、ThingWorx、Watson IoT等绝大部分平台也都集成了RESTAPI技术。基于API技术的能力开放是平台发展的重点方向。在发那科的FIELDsystem平台上,目前已有200多家公司开放API,支持用户灵活调用平台的相关服务来开发个性化应用。Predix基于REST API技术,提供资产管理和位置控制的微服务;基于区块链技术,提供数据完整性验证API;基于大数据技术,提供数据统计分析API。IBM Watson IoT平台基于REST API技术,为工业应用提供链接、认知分析、实时分析、信息管理和风险管理等功能。

云中间件技术强化传统工业软件与平台应用的数据交互,使二者能够共同支撑企业的业务决策。MindSphere整合MindConnectIntegration集成中间件,推动平台与PLM、ERP、MES等软件及Salesforce CRM等SaaS服务的数据集成,支撑企业进行跨系统业务创新应用的开发。与此类似,ThingWorx Navigate等商业工具及ApacheSqoop等开源工具也支持企业原有信息系统与平台应用的集成。集成技术发展推动平台功能由“内部调用”走向“多云集成”。当前许多平台基于RESTAPI技术实现平台内功能组件的集成,构建工作流,提升功能复用效率。Predix将数据管理、运维、分析等几类核心服务整合为工作流,目前已形成17个预置模板,支持资产管理、时序数据管理等应用的快速构建。MindSphere 基于Visual Flow 工作流调用工具,实现对异常检测、事件分析、信号计算等功能的快速复用。未来OpenAPI技术将推动平台间的功能调用与集成。将平台内部的REST API以OpenAPI的形式对外开放,能够有效地促进平台间的功能集成。目前Salesforce IoT Cloud使用OpenAPI规范和定义平台接口,未来随着更多平台支持OpenAPI,类似Anypoint、CloudElements的API集成平台将有望重构跨平台应用集成方式。

容器、微服务技术支撑平台基础架构及其工业应用的灵活部署

通过引入容器和无服务器计算等新型架构,能够实现平台和工业应用的灵活部署和快速迭代,以适应工业场景中海量的个性化开发需求。容器技术简化了硬件资源配置的复杂性,一方面实现了平台中服务和应用的灵活部署。例如,IBM将Watson IOT平台中的采集服务和Watson Service平台中的分析服务以容器形式封装后,可以实现图形化的快速应用构建;再如,GE Predix平台中由训练而形成的智能模型,利用容器技术可以直接部署在Predix Machine设备上。另一方面,容器技术实现了平台自身的快速部署。例如,PTCThingWorx平台在2017年6月发布的8.0版本上增加了基于Docker的部署方式,支持平台在不同公有云、私有云、混合云等多种基础设施上的快速构建和灵活迁移。SAP在 Docker Store中提供HANA的应用速成(express)版,打包内存计算引擎和数据分析算法,使应用开发者可以在本地或云端快速开发基于HANA平台的数据分析应用和软件。

为进一步推动软件解耦与功能集成,平台的PaaS架构向“容器+微服务”方向深化发展。Kubernetes以其更高效的资源调用能力和组织性能成为更多平台构建自身通用PaaS架构的关键技术。博世IoTSuite基于Kubernetes实现对云应用容器的快速配置与更新,日立Lumada平台集成Kubernetes 工具实现对Docker和原生Marathon的高效编排,华为FusionPlant在云容器引擎CCE中支持原生Kubernetes工具进行资源编排,Service Mesh等新型微服务架构将进一步降低功能解耦和集成难度。此外,阿里巴巴基于Service Mesh架构实现存量功能组件的快速集成,新功能上线时间由半年缩短至一个月,目前已经应用于金融领域,未来有望向工业领域渗透。富士康BEACON基于Service Mesh架构实现不同功能组件间的有效配置和管理,大幅降低微服务的构建难度。从长期看,各类功能组件的解耦推动模型、数据、微服务进一步向平台下沉,将逐步形成业务中台,为应用开发提供更好的支持。

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