¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

23 ма€ 2016

”правление »нтернетом вещей: схемы реализации, принципы и варианты архитектуры

јндрей Ўолохов, генеральный директор PTC –осси€ и —Ќ√

јндрей Ўолохов

ќт редакции isicad.ru: ќригинал был опубликован 13 апрел€ 2016 года на сайте издательского дома Connect.
ѕубликуетс€ с разрешени€ автора и компании PTC.

—м. также Ќародное —јѕ–-интервью: јндрей Ўолохов ответил на вопросы читателей isicad.ru

“ермин Ђ»нтернет вещейї возник в ÷ентре автоматической идентификации (Auto-ID Center) ћассачусетского технологического института, который занималс€ исследовани€ми RFID дл€ отслеживани€ транспортировки грузов. »спользование RFID-меток и стационарных точек считывани€ позвол€ло наблюдать за маршрутом, но имело существенные ограничени€. ќ том, что происходило с транспортом между контрольными точками, можно было узнать лишь по усредненным значени€м скорости и некоторым другим показател€м. ѕрошло врем€... –ассмотрим архитектуру и современные возможности управлени€ »нтернетом вещей.


***

»спользование мобильной св€зи и GPS-позиционировани€ позволило специалистам ÷ентра автоматической идентификации ћассачусетского технологического института существенно улучшить мониторинг транспортировки грузов. —отрудники получили возможность отслеживать местонахождение большегрузов практически в режиме реального времени.  роме того, добавив в систему новые датчики, они смогли получать текущие значени€ не только скорости движени€, но и, например, температуры внутри контейнера. »менно така€ беспроводна€ автоматизаци€ и получила название Ђ»нтернет вещейї.

»сход€ из накопленного мною опыта, обсуждать вопросы архитектуры, принципа реализации или управл€емости систем (и платформ) »нтернета следует в контексте истории развити€ подобных систем. ѕроанализируем, как выбор архитектуры программного обеспечени€ повли€л в дальнейшем на коммерческую успешность соответствующих систем, в том числе на примере нашей платформы ThingWorx.

—в€зь между устройствами и платформой »нтернета вещей

≈сть задачи, которые кажутс€ очевидными до того момента, пока вы не зан€лись их решением. ѕроблема обеспечени€ надежной св€зи с беспроводным устройством относитс€ именно к этой категории. Ќа первый взгл€д, что может быть проще? Ќеобходимо поддерживать основные протоколы взаимодействи€, иметь возможность обращатьс€ к устройству напр€мую, использу€ его собственный интерфейс прикладного программировани€ (API), обеспечить открытый интерфейс самой платформы, чтобы сторонние компании могли присоедин€ть устройства, и т. д.

ƒействительно, проводна€ и беспроводна€ автоматизации идеологически близки, однако дь€вол, как известно, кроетс€ в детал€х. ”спешность стандартов взаимодействи€ проводной автоматизации не в последнюю очередь зиждетс€ на свойствах самого провода (или нескольких параллельных проводов), а именно на единой скорости передачи данных и надежности такого соединени€. Ќаличие разрыва в соединении Ц форс-мажор, причем информацию об этом событии также можно получать достаточно оперативно.  ак же обеспечить критически важную св€зь в нагруженных системах беспроводной автоматизации, когда зоны покрыти€ любых операторов св€зи имеют разрывы? “акие случаи отнюдь не редкость, могут повтор€тьс€, причем по причине экономической нецелесообразности, а не технологического несовершенства.

ќтветом наших IoT-разработчиков стало создание технологии двунаправленной коммуникации, в которой передаютс€ не только значени€ нужных параметров, но и временные метки, что позвол€ет синхронизировать одновременно протекающие процессы, информаци€ о которых пришла в разное врем€. ¬ случае попадани€ устройства в Ђслепуюї зону данные могут буферизироватьс€ на устройстве и при восстановлении св€зи пакетно пересылатьс€ в систему дл€ корректной обработки. ¬ажное преимущество технологии Edge Ц абсолютна€ независимость от архитектуры сети передачи данных.

ѕредложенное архитектурное решение позволило исключить программирование реакций на ошибки сети передачи данных дл€ большинства беспроводных устройств. Ёто привело к существенному (как минимум на пор€док) снижению времени и затрат на разработку приложений »нтернета вещей.

Ќаша практика показывает, что ценность внедрени€ приложений »нтернета вещей состоит не в присоединении миллионов устройств к —ети, а во внедрении комплексных сервисных систем автоматизации, работающих с проводными и беспроводными ј—” (включа€ унаследованные), промышленными »“-системами и облаками.

 уда поступают данные с устройств?

≈ще одна очевидна€ задача применительно к системам беспроводной автоматизации: где и как управл€ть данными с подключенных устройств. ѕодавл€юща€ часть современных платформ »нтернета вещей предусматривает передачу данных в облако либо в специальный программно-аппаратный комплекс. ќднако лишь немногие задумываютс€ о том, что при таком подходе тер€ютс€ главные возможности систем управлени€ беспроводной автоматизации.

—пецифика двунаправленных коммуникаций и независимость от архитектуры сети передачи данных потребовали создани€ коммуникационной шины, дл€ присоединени€ к которой необходимо написать несложный коннектор по открытому API. “ехнологи€ двунаправленной коммуникации позволила использовать такое архитектурное решение, как интеграционна€ шина данных платформы.

“аким образом у нас по€вилась возможность использовать коннекторы к более чем 140 стандартам промышленной автоматизации.  онечно, с промышленными ј—” “ѕ и раньше можно было работать по низкоуровневым протоколам, однако стандартизованное решение на пор€док уменьшает врем€ возврата инвестиций на внедрение системы.   тому же интеграционна€ шина позвол€ет примен€ть множество готовых коннекторов к различным системам ERP, CRM, PLM, SLM и т. д.

√лавна€ наша мисси€ Ц объединение цифрового и физического миров. «а этим стоит практический опыт внедрени€ тыс€ч приложений »нтернета вещей. ƒействительно, »нтернет вещей позволил соединить две ранее независимые »“-плоскости: мир приложений автоматизации человеческого труда (офисные приложени€, ERP, CRM, PLM) и мир ј—” и систем управлени€ в режиме реального времени.

√де хранить данные?

 ак уже отмечалось, больша€ часть представленных на рынке платформ »нтернета вещей обеспечивает поддержку определенного количества протоколов св€зи с последующей переброской данных устройств в облака или специальные программно-аппаратные комплексы дл€ последующего хранени€ и обработки. Ќаличие интеграционной шины позвол€ет платформе »нтернета вещей быть гибкой. ≈е легко установить на сервер клиента с определенными характеристиками, при этом не требуетс€ специального программно-аппаратного комплекса. —ервер нашей системы может работать и на встроенной NoSQL базе данных, и на сторонних нерел€ционных —”Ѕƒ, причем соблюдаютс€ специальные требовани€ к надежности системы.

 роме того, платформу можно использовать дл€ предоставлени€ облачного сервиса, причем речь идет как о родном облаке, так и о других, к которым имеетс€ коннектор в магазине приложений. “аким образом, каждый клиент может найти решение, подход€щее ему по уровню безопасности, стоимости хранени€ и обработки данных.

 ак обрабатывать большие данные?

ѕлатформа IoT должна предоставл€ть стандартные и широкие возможности анализа данных, поступающих из »нтернета вещей. –азработчики предложили специальный €зык SQEAL дл€ анализа потоков данных. ѕравда, решение обладало р€дом существенных ограничений, св€занных как со способом обработки данных, так и с высокими требовани€ми, предъ€вл€емыми к программистам, работающим со SQEAL.

Ёффективна€ обработка данных, поступающих с IoT-устройств, предусматривает полную автоматизацию построени€ аналитической модели данных. Ќеобходимо, чтобы программисту было достаточно просто указать целевой параметр и градацию (глубину анализа) алгоритма дл€ поиска св€зей, в том числе нелинейных, в представленных данных. ќстальное система выполнит автоматически.  роме того, процесс обучени€ при необходимости должен учитывать и данные, поступающие в реальном времени, естественно, с учетом мощности аппаратного обеспечени€. ѕри этом хорошо, чтобы система больших данных могла работать как в облачном исполнении, так и в виде классического серверного приложени€, действующего на платформе заказчика.

ѕринципы функционировани€ систем предиктивной аналитики основываютс€ на работах  лода Ўеннона, в частности, на решении задачи избыточности передаваемого сообщени€. ѕо сути, речь идет о системах архивировани€ и разархивировани€. ѕросто алгоритмы ZIP или RAR работают с текстовыми файлами и устран€ют повтор€емые и пустые блоки информации, тогда как алгоритмы предиктивной аналитики Ц с таблицами, где колонки Ц это измер€емые величины, а строки значени€ величин, как правило, градуированы по времени изменени€. ¬ отличие от стандартных программ архивировани€ алгоритмам машинного обучени€ нужно восстановить только значение ключевого параметра переданного набора текущих измерений, а не исходное сообщение целиком. Ќеподготовленному человеку сложно находить закономерности в огромных табличных данных, алгоритмы машинного обучени€ часто обнаруживают закономерности, которые не отследит человек.

—трого говор€, предиктивные свойства подобных инструментов основываютс€ на предположении, что услови€ работы системы в прошлом сохран€тс€ и в будущем. ƒл€ многих технологических систем, например при исследовании веро€тности выхода из стро€ агрегата (допустим, трактора), статистически достаточное количество экземпл€ров которого работает в разных услови€х, такое допущение корректно. ≈сли предполагаетс€, что услови€ работы системы могут измен€тьс€ во времени, то следует примен€ть методики отслеживани€ подобных изменений. Ќапример, строить аналитические модели на разных временных интервалах, допустим, за последний год работы системы и за последний мес€ц. ≈сли модель, построенна€ на основе данных за последний мес€ц, существенно отличаетс€ от модели, основанной на более длинном временном отрезке наблюдений, это может быть сигналом снижени€ уровн€ предиктивности системы.

” Ђправильнойї платформы »нтернета вещей, котора€ может строить аналитические модели на данных из принципиально разных систем (промышленна€ и проводна€ автоматизаци€, корпоративные »“-системы, облака, даже социальные сети или сценарии кинофильмов), есть больша€ веро€тность найти скрытые закономерности работы исследуемой системы и благодар€ этому обеспечить повышенную эффективность внедрени€ такой платформы.

 ак отображать данные процессов беспроводной автоматизации?

»нтеграционна€ шина платформы позвол€ет создавать, в частности, приложени€ »нтернета вещей, в которых отсутствует пользовательский интерфейс (системы автоматического управлени€).

¬ то же врем€ в промышленной автоматизации дл€ визуализации данных широко примен€ютс€ SCADA-системы. »х особенность Ц клиент-серверна€ архитектура с использованием Ђтолстогої клиента, что ограничивает возможности управлени€ инсталл€ци€ми SCADA. “ак, дл€ исправлени€ ошибки или обновлени€ системы требуетс€ обновить все копии SCADA-интерфейса на каждом работающем компьютере.

Ќаша IoT-платформа представл€ет собой систему SCADA с трехзвенной архитектурой (сервер данных, сервер приложений, Ђтонкийї клиент). ƒл€ получени€ доступа к человеко-машинному интерфейсу пользователю необходимо лишь знать адресную строку (URL) приложени€ и загрузить еЄ в браузер. ѕлатформа предусматривает также инструменты дл€ быстрого создани€ интерфейсов с прив€зкой данных, поступающих из »нтернета вещей.

ѕерсональный компьютер Ц далеко не единственна€ среда дл€ человеко-машинного интерфейса. —овременна€ платформа »нтернета вещей должна позвол€ть использовать аналогичные интерфейсы в виде приложений дл€ Android, iOS и Windows Mobile.

ѕрименение дополненной реальности в промышленности

Ќовым шагом в визуализации данных в промышленных IoT-системах стало использование технологии дополненной реальности. Ѕазова€ функциональность решени€ охватывает распознавание физического объекта по специальной метке или геометрической форме. ѕосле того как объект распознан, система сопоставл€ет изображение объекта на экране планшета или специализированного AR-оборудовани€ с его геометрической моделью. ѕо точкам, границам или поверхност€м геометрической модели система позвол€ет программисту наносить на экран планшета дополн€ющие реальность тексты, рисунки и даже анимацию.

Ќапример, какую дополнительную информацию можно наносить на экран планшета, на котором отображен двигатель или трактор? — платформой дл€ »нтернета вещей можно отображать данные о состо€нии объекта в текущий момент времени: значени€ крут€щего момента или температуру в определенных област€х, информацию из ERP-, PLM-, SLM- или CRM-систем предпри€ти€, показывать пошаговую инструкцию, сценарии исправлени€ ошибок.

«а последние два года »нтернет вещей стал модным трендом в мире информационных технологий. — ним св€зывают начало едва ли не новой промышленной революции, котора€ многократно повысит эффективность и конкурентоспособность производства. ѕолагаю, стоит говорить об эволюционном развитии информационных технологий, св€занном в первую очередь с объединением систем промышленной и беспроводной автоматизации, а также автоматизации человеческого труда на базе современной архитектуры программного обеспечени€. Ќа мой взгл€д, »нтернет вещей повысит эффективность производства не настолько сильно, как многие ожидают. ¬ажнее другое: технологии способны повысить эффективность мировой Ђсервисной экономикиї, одним из элементов которой €вл€ютс€ контракты полного жизненного цикла.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ќбзор новостей:  »юль

ƒавид Ћевин:

„то способствовало июльскому обилию обновлений —јѕ–?

  • 5 компаний сообщают о новых релизах
  • –ынок сообщает и о других достойных событи€х
  • Autodesk сообщает, как правильно вернутьс€ в офис
  •  онкуратор сообщает, что он жив
  • ¬. „ебыкин сообщает о 7+ миллиардах думающих земл€н
  • ј. ћехонцев сообщает, за что BIM-менеджер получает 100 тыс€ч и как им стать
  • ћ. ћишустин сообщает, как будет развиватьс€ индустри€ »“

¬се номера       

ѕодписатьс€ на рассылку isicad

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ўесть главных мифов о PLM
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.