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工业边缘和 Azure 物联网运营

Azure 云的统一数据平面

通过开放的、边缘优先的架构将车间数据引入微软Azure生态系统。Siemens Industrial Edge 负责工厂方面的连接、数据协调和情境化以及本地情报。

概述

Azure IoT Operations 聚合多个边缘设备和其他数据源中的信息;Azure 的数据和 AI 服务使这些信息以高级分析和 AI 用例的形式在整个企业中可用。

Siemens Industrial Edge和微软Azure共同提供了可扩展的边缘到云的基础架构,用于构建统一的制造数据平面。该基础支持边缘和云端的混合用例,包括实时生产分析、预测性维护、预测质量、视觉质量检查以及闭环代理和物理 AI 应用程序。

三个堆叠的 Azure 服务符号垂直连接到深蓝色背景上的四个端点图标。

Siemens Industrial Edge 将计算和连接直接引入车间,在那里它连接到异构机器和控制器,并运行用于工业连接和实时处理的本地应用程序,通过西门子的边缘管理层进行集中管理。同时,部署在支持 Azure ARC 的 Kubernetes 上的 Azure IoT 操作提供了工厂级的标准化数据和操作层,用于以一致和安全的方式将工业数据从站点建模和路由到 Azure 服务。这种边缘到云的配对共同实现了从工业资产向 Azure IoT 运营部门持续的数据流,同时允许制造商将延迟敏感型工作负载留在边缘,从而减少了 IT/OT 集成摩擦。结果是一条从传感器到决策的清晰、可扩展的路径,建立在开放标准之上,为多站点部署做好了准备。

Siemens Industrial Edge 到微软 Azure

  1. 通过预配置的连接器将不受供应商限制的车间设备连接到 Industrial Edge。
  2. 在支持 ARC 的 Kubernetes 上通过 Azure IoT 操作将工厂和云连接起来
  3. 使用 Microsoft Fabric、Fabric RTI 和 Power BI 管理数据、支持 AI 用例并进行实时分析。
  4. 使用 Fabric IQ、Foundry IQ 和 Work IQ 知识层添加工业背景。
  5. 使用 Azure ML 和 Microsoft Foundry 训练和部署 AI 模型

详细架构

    现场级别:Siemens Industrial Edge 作为 OT 基础

    在车间,Siemens Industrial Edge使用以太网/IP、Modbus TCP和OPC UA等协议以及覆盖绝大部分工业安装基础的多种其他协议,直接连接到可编程控制器、驱动器、机器人和其他自动化设备。预先配置的 OT 和 IT 连接器库消除了传统上拖慢数字化项目速度的大部分集成工作。

    本地应用程序与同一台西门子工业边缘设备上的连接器一起运行,包括用于可视化的WinCC Unified、用于控制和可执行数字双胞胎的虚拟PLC和LiveTwin、用于设备端机器学习的人工智能推理服务器以及用于运营关键绩效指标的Energy Manager和Performance Insight等工具。基于 MQTT 的数据总线使这些应用程序保持松散耦合且易于扩展。Industrial Information Hub(IIH)套件负责数据协调、预处理和情境化,使车间数据能够用于边缘、工厂数据中心和云端的智能应用。

    然后,IIH可以连接到多个北向目标,包括Azure IoT运营、Azure IoT中心(直接到云)、Azure事件网格(直接到云)、企业MQTT代理以及在Azure上运行的云应用程序,例如基于云的预测性维护解决方案Senseye。Senseye 使用人工智能预测机器故障,帮助企业减少停机时间。Insights Hub是一个可扩展的工业物联网平台,用于收集、存储和分析工业数据。Senseye 和 Insights Hub 均在 Azure 市场上可用。

    工厂级别:Azure IoT 操作是自适应工厂的关键元素

    在工厂层面,在支持 Azure ARC 的 Kubernetes 上运行的 Azure IoT 操作建立了标准化的工业数据平面,将运营与 IT 联系起来,提供一致的实时数据基础。

    它通过内置连接器(例如 OPC UA、MQTT、REST)从分布式边缘环境中提取数据,应用资产建模和架构定义,并将原始信号转换为结构化的情境化数据。

    集成的 MQTT 代理充当核心消息传递骨干,支持跨系统的双向通信和统一的命名空间模式。数据流定义了如何处理、路由和传送数据到微软 Fabric。

    Azure IoT Operations 建立在 Kubernetes 上,带有基于 AKRI 的连接器、架构注册表和资产注册表,提供模块化、可缩放的架构,具有内置缓冲功能,可确保中断期间的数据连续性。

    这创建了统一的数据骨干,支持闭环自适应运营,数据从机器无缝流向企业系统,为人工智能、分析和持续优化提供动力。

    IT 和企业级别:Azure 数据和 AI 堆栈

    数据到达 Azure 后,一组分层服务将其转化为商业价值:

    • 使用 Microsoft Fabric、Fabric 实时智能和 Power BI 进行数据管理和实时分析
    • 采用 Fabric IQ、Foundry IQ 和 Work IQ 的情境智能和知识层,为原始信号增添了工业意义
    • 使用 Azure Machine Learning 和 Microsoft Foundry 进行人工智能训练和数据工程,包括将模型部署回边缘
    • 通过 Azure IoT 中心和事件网格进行连接和消息传递,实现安全的双向通信
    • 基于云的工业工作负载包括 Senseye Predictive Maintence、Insights Hub、Mendix 和 RapidMiner AI 云和 Graph Studio。

    跨堆栈的可扩展生产级基础设施管理

    Siemens Industrial Edge 管理应用提供统一的操作层,用于在所有站点部署应用程序、推送更新、监控设备运行状况和管理 AI 模型。再加上 Azure 的本机治理和身份工具,这为 IT 和 OT 团队提供了共享的运营模式,而无需强迫任何一方放弃对其域的控制权。Azure Arc 为从云到工厂的 IT 基础架构管理提供单一管理平台。

    价值观与福利

    白色圆形方形平台,侧面为蓝绿色,深蓝色背景上有深色几何群集符号。

    专为工业环境的现实而打造

    Siemens Industrial Edge 可连接到任何供应商的设备,从而实现了可在棕地环境中运行的生产就绪架构,无需昂贵的更换或重新设计。

    白色圆形方形平台,侧面为蓝绿色,深蓝色背景上有深色向右箭头符号。

    连接中断时不会停止的操作

    关键应用程序(控制逻辑、可视化和缓冲)在本地运行。即使在云或网络中断期间,生产仍在继续,操作员也能保持控制。

    白色圆形方形平台,侧面为蓝绿色,深色手在深蓝色背景上按下圆形按钮符号。

    从机器到企业的单一语义模型

    Azure IoT Operations 和 Fabric IQ/Foundry IQ/Work IQ 层在整个堆栈中建立了一种一致的数据语言,确保信号在车间的含义在分析和决策系统中相同。

    白色圆形方形平台,侧面为蓝绿色,深蓝色背景上有黑色 “Ai” 字样。

    从洞察转化为行动的人工智能

    在Azure ML和Microsoft Foundry中训练的模型直接部署到Siemens Industrial Edge,从而可以从源头进行实时推断,闭合分析和运营之间的循环。

    白色圆形方形平台,侧面为蓝绿色,深蓝色背景上的深色箭头指向多个方向。

    从一条生产线到一个全球系统——通过设计

    该架构从单台计算机扩展到全球机群,将西门子工业边缘作为跨车间的工业运营平台,将Azure IoT Operations作为跨站点的数据和应用层相结合。

    组件

    类似条形码的白色符号,在深蓝色背景上的右上角有一个倾斜的方块。

    Siemens Industrial Edge(现场级)

    运行 OT 和 IT 连接器的西门子工业边缘设备、本地应用程序——WinCC Unified、虚拟 PLC、LiveTwin、Mendix on Edge、Energy Manager 和 Performance Insight,以及人工智能推理服务器和工业信息中心。

    以深蓝色背景为中心的白色 Azure “A” 徽标。

    Azure IoT 操作(工厂级)

    它提供工厂数据层,通过 OPC UA、MQTT 和 REST 对车间数据进行标准化和路由。它包括数据流、MQTT 代理、连接器、弹性缓冲以及与 Azure 分析和人工智能的可扩展集成。

    以深蓝色背景为中心的白色 Azure “A” 徽标。

    Azure 云服务(IT 和企业级)

    微软 Fabric、Fabric RTI 和 Power BI 用于数据和分析;Fabric IQ、Foundry IQ 和 Work IQ 用于情境化;Azure ML 和 Microsoft Foundry 用于人工智能;Azure IoT 中心和事件网格用于连接。