你当前正在访问 Microsoft Azure Global Edition 技术文档网站。 如果需要访问由世纪互联运营的 Microsoft Azure 中国技术文档网站,请访问 https://docs.azure.cn

面向工业物联网的预测性维护

Azure Databricks
Azure IoT Edge
Azure IoT 中心
Azure Kubernetes 服务 (AKS)
Azure 机器学习

解决方案构想

本文是一种解决方案构想。 如果你希望我们在内容中扩充更多信息,例如潜在用例、备用服务、实现注意事项或定价指南,请通过提供 GitHub 反馈来告知我们。

本文演示终端制造商如何使用 OPC UA(开放平台通信统一体系结构)和工业组件将资产连接到云。 在通过优化生产降低成本时,这将使预测性维护的使用能够提高计算机的效率。 通过将高级分析和机器学习应用到生产环境来预测中断,从而减少中断。 使用由制造数据触发的丰富见解和自动警报来确保生产运行时间。

OPC UA 是一个独立于平台的、服务导向的互操作性标准,用于实现安全可靠的数据交换。 OPC UA 为工业电脑、PLC 和传感器等多种行业体系和设备所采用。 它是 OPC 基金会促成的一项标准。

可能的用例

此解决方案非常适合制造业。

体系结构

Architecture Diagram

数据流

数据流经解决方案的情形如下所示:

  1. 原生能够通过 OPC UA 通信的工业设备可以直接连接到 IoT Edge。 IoT Edge 是位于本地网络中的计算能力。 它是工业模块(OPC 发布服务器、OPC 孪生和发现模块)的运行时环境。 模块是容器,可以运行 Azure 服务、第三方服务或者你自己的代码。 OPC 发布服务器模块连接到 OPC UA 服务器,并将 OPC UA 遥测数据发布到 Azure IoT 中心。 OPC 孪生在云中创建 OPC UA 服务器的数字孪生,并通过基于云的 REST(表述性状态转移)接口提供 OPC UA 浏览/读取/写入/方法调用功能。 发现模块在边缘提供发现服务,包括 OPC UA 服务器发现。
  2. 无法通过 OPC UA 通信的工业设备需有第三方 PLC 适配器才能连接到 IoT Edge。 可以在 Azure 市场中获取模块形式的适配器。
  3. 第三方 PLC 适配器可以实现设备与 IoT Edge 之间的连接。
  4. 对于更接近数据来源的分析功能,可使用可从 Azure 市场获得的 Edge 或 Functions 上的机器学习等模块来实现低延迟和断开连接状态下的运行。
  5. Azure IoT 中心以虚拟方式将设备连接到云,以进一步处理数据。 它可以在 IoT 应用程序与设备之间实现安全增强的双向通信。
  6. 工业服务由多个公开 REST API 的微服务组成。 所有工业服务将部署到 Azure Kubernetes 服务群集。 它们为工业设备的发现、注册、远程控制和后处理遥测实现业务逻辑与功能。 在能够调用 HTTP 终结点的任何编程语言和框架中,都可以使用 REST API。 使用工业服务提供的数据主要有三种用例。
  7. Azure 事件中心转换和存储数据。 它提供低延迟、可无缝集成的分布式流处理平台。
  8. 事件中心处理数据后,Azure Data Lake 会进一步存储和分析数据。 Azure Data Lake 是一个提供企业级安全性和审核功能的可大规模缩放的数据湖,在其中可以方便地运行批处理、流式处理和交互式分析程序。 Azure Data Lake 解决了许多阻碍你最大化数据资产价值的工作效率和缩放难题。
  9. Azure Databricks 提供最新版本的 Apache Spark 作为 Azure 服务产品,并允许你与开放源代码库无缝集成。 它提供了一键式设置、简化的工作流和一个支持协作的交互式工作区。
  10. 使用视觉报表浏览数据,与其他人协作、发布和共享这些报表。 Power BI 与其他工具(包括 Microsoft Excel)集成,因此可以快速上手,并就现有的解决方案展开无缝协作。

组件

使用多个 Azure 组件从不同的数据源加载数据:

  • IoT Edge Azure IoT Edge 将云分析和自定义业务逻辑移到设备,这样你的组织就可以专注于业务见解而非数据管理。 通过将业务逻辑打包到标准容器中,横向扩展 IoT 解决方案,然后可以将这些容器部署到任何设备,并从云中监视所有这些设备。
  • 工业模块 – Azure 工业 IoT 平台包括 Azure IoT Edge 内部运行的、用于连接车间的模块。 OPC 发布服务器模块连接到 OPC UA 服务器,并将这些服务器中的 OPC UA 遥测数据发布到 Azure IoT 中心。 OPC 孪生通过 REST API 提供发现、注册和远程控制工业设备的功能。 发现模块在边缘提供发现服务,包括 OPC UA 服务器发现。
  • Azure IoT 中心 Azure IoT 中心是一个托管服务,承载在云中,充当中央消息中心,用于 IoT 应用程序与其管理的设备之间实现双向通信。 可以使用 Azure IoT 中心,将数百万 IoT 设备和云托管解决方案后端之间建立可靠又安全的通信,生成 IoT 解决方案。 几乎可以将任何设备连接到 IoT 中心。
  • Azure Kubernetes 上的工业服务 该平台由多个云组件构成,这些组件分为提供 REST API 的微服务,以及可提供处理和类似于守护程序的功能的代理服务。
  • Azure 事件中心是大数据流式处理平台和事件引入服务。 它可以每秒接收和处理数百万个事件。 可以使用任何实时分析提供程序或批处理/存储适配器转换和存储发送到事件中心的数据。
  • Azure Data Lake 使 Azure 存储成为在 Azure 上构建企业数据湖的基础。 它从一开始就设计为存储数千万亿字节的信息,同时保持数百千兆位的吞吐量,允许你轻松管理大量数据。
  • Azure Databricks 是基于 Apache Spark 的分析平台,已针对 Microsoft Azure 云服务平台进行优化。 Databricks 与 Azure 集成,以提供一键式安装程序、简化的工作流程以及交互式工作区,从而使数据科学家、数据工程师和业务分析员之间可以进行协作。 Databricks 是与 Apache Spark 的创始人共同设计而成的。
  • Power BI 是一套业务分析工具,可以分析数据和分享见解。 Power BI 可以查询 Analysis Services 中存储的语义模型,或者直接查询 Azure Synapse。
  • 数据工厂在 Azure Synapse 的通用结构中协调临时数据的转换。 可以使用 Azure 数据工厂创建和计划数据驱动型工作流(称为管道),以便从不同的数据存储引入数据。 可以构建复杂的 ETL 流程,用于通过数据流或使用 Azure HDInsight Hadoop、Azure Databricks 和 Azure SQL 数据库等计算服务直观转换数据。

后续步骤

  • 有关工业模块和服务的详细视图,请参阅 Azure 工业 IoT 平台体系结构此处显示了所有单个微服务和代理进程的详细视图。
  • 可以在工业 IoT GitHub 存储库中找到有关如何开始使用 Azure 工业 IoT 平台的详细信息。