CN109981692A - 一种新型工业物联网架构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型工业物联网架构及其实现方法，连接层，用于接入传感器设备，并将传感器数据传递至数据管理层和服务组件层；数据管理层，用于对传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模并展示；服务组件层，用于构建运行环境，并调用数据管理层的数据模型，建立算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，构建显示页面；应用层，构建应用系统。本发明支持用户配置基础运行环境，构建算法模型，构建业务模型，构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业人员更加专注，极大提供企业竞争力。

Description

一种新型工业物联网架构及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种新型工业物联网架构方式以及工业物联网平台，属于智能制造领域。

背景技术

随着物联网技术的快速发展，在中国制造2025、美国先进制造伙伴计划、德国工业4.0等一系列国家战略提出和实施的背景下，工业物联网应运而生。对于能源行业以及制造业而言，在新一轮科技革命和产业变革的大背景下，以数字化、网络化、智能化为特征的智能制造已成为未来发展趋势。对于能源行业而言，打造先进工业物联网平台是提高企业生产效率，节约成本的必由之路。但目前能源企业在进行信息系统升级改造，打造工业物联网平台过程中存在一些问题，如企业业务人员一般情况无法直接开发工业物联网平台，需与技术开发人员合作，沟通成本较高。技术开发人员专注于技术，对业务理解不深刻，开发工业物联网平台过程中无法进行准确定位选型，与业务人员期望值有偏差，这样在不断磨合修改的过程中能源企业需要停车，造成较大经济损失。

鉴于以上内容，本专利提出了一种新型物联网架构及其实现方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对制造企业如何高效地进行信息升级改造，打造工业物联网平台存在的选型定位问题，提出了一种新型工业物联网架构方式以及工业物联网平台，从而实现工业物联网平台的信息化，服务化以配置化。该工业物联网平台可以实现对底层传感器设备的快速接入、基于数据引擎技术对海量传感器数据进行建模以及可视化展示、基于快速开发平台组件实现PaaS平台模板定义、虚拟化部署、算法模型设计、业务模型设计、工艺图编辑、图表编辑，最终通过业务编排器实现应用业务的构建。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种新型工业物联网架构，包括：

连接层，用于接入传感器设备，并将传感器数据传递至数据管理层和服务组件层；

数据管理层，用于对传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模并展示；

服务组件层，用于构建运行环境，并调用数据管理层的数据模型，建立算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，基于数据模型、算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面；

应用层，根据业务需求调用数据管理层的数据模型、服务组件层的运行环境、算法库生成组件、元业务逻辑编辑器、工艺流程图以及图表生成组件构建应用系统。

所述数据管理层包括：

数据引擎组件模块，用于根据传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据的关联关系建立数据模型；

数据模型展示组件，用于对数据模型进行可视化展示；

建模组件，用于对数据引擎组件模块建立的规则进行重构，更新数据引擎组件模块。

所述服务组件层包括：

基础运行环境快速配置模块，用于选择操作系统、数据库、服务器、编程环境构建运行环境；

算法及业务逻辑快速配置模块，用于根据数据管理层的数据模型构建算法库生成组件以及元业务逻辑编排器，供应用层调用；

图形化快速配置模块，用于通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面。

所述算法及业务逻辑快速配置模块包括：

算法库生成组件，用于根据拖拽的方式建立算法，并将数据管理层的数据模型中的数据作为数据源带入算法；

元业务逻辑编排器，用于根据拖拽的方式建立业务流程，并将数据管理层的数据模型中的数据作为业务流程的输入。

一种新型工业物联网架构实现方法，包括以下步骤：

连接层接入传感器设备，并将传感器数据传递至数据管理层和服务组件层；

数据管理层对传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模并展示；

服务组件层构建运行环境，并调用数据管理层的数据模型，建立算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，基于数据模型、算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面；

应用层根据业务需求调用数据管理层的数据模型、服务组件层的运行环境、算法库生成组件、元业务逻辑编辑器、工艺流程图以及图表生成组件构建应用系统。

所述数据管理层执行以下步骤：

数据引擎组件模块根据传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据的关联关系建立数据模型；

数据模型展示组件对数据模型进行可视化展示；

建模组件对数据引擎组件模块建立的规则进行重构，更新数据引擎组件模块。

所述服务组件层执行以下步骤：

基础运行环境快速配置模块选择操作系统、数据库、服务器、编程环境构建运行环境；

算法及业务逻辑快速配置模块根据数据管理层的数据模型构建算法库生成组件以及元业务逻辑编排器，供应用层调用；

图形化快速配置模块通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面。

所述算法及业务逻辑快速配置模块执行以下步骤：

算法库生成组件根据拖拽的方式建立算法，并将数据管理层的数据模型中的数据作为数据源带入算法；

元业务逻辑编排器根据拖拽的方式建立业务流程，并将数据管理层的数据模型中的数据作为业务流程的输入

本发明的有益效果是：

1、本发明支持传感器只需经过协议库配置、解法库配置、解析模型配置等一系列简单操作后即可接入平台，并将自身的数据通过webservice，opc，tcp/ip等主流接口方式与工业物联网平台进行交互，实现了传感器设备的快速接入以及数据抽象。

2、本发明支持对海量传感器数据、生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模以及可视化展示，而且支持开发人员对引擎索引规则进行重构，极大地挖掘了数据的价值，可以让决策者看到数据的全貌，提高数据的经济价值。

3、本发明支持用户配置基础运行环境，构建算法模型，构建业务模型，构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业人员更加专注，极大提供企业竞争力。

附图说明

图1是本发明提供的一种新型工业物联网架构方式流程图；

图2是本发明提供的一种工业物联网平台结构示意图。

图3是本发明的架构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点等更加清楚明确，在这里举出实际例子并参考附图进行进一步的说明。

一种新型工业物联网架构方式，层次结构图如图3所示，包括：

连接层：连接层负责传感器设备接入平台，使传感器设备与平台建立连接，连接层集成了工业界主流通信协议，解法库并自定义解析模型，传感器设备经过协议库配置、解法库配置、解析模型配置等一系列操作后即可接入平台，并将自身的数据通过webservice，opc，tcp/ip等主流接口方式与工业物联网平台进行交互。

数据管理层：数据管理层对海量传感器数据、生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模以及可视化展示。数据管理层的数据源是多维度的，其中包括接入平台的海量传感器开放的接口数据，接入平台的生产网中的DCS，PHD数据，接入平台的资产类数据，接入平台的管理类数据，数据连接层将这些多维度的海量数据抽象为数据模型，并根据先验知识将这些数据模型构建成数据关系网，供服务组件层调用。

服务组件层：服务组件层负责PaaS级基础运行环境的构建，虚拟化环境的远程部署，算法模型的建立，业务模型的建立，流程以及离散领域工艺流程图的编辑，定制化图表的编辑，以数据管理层为数据源，实现了平台的高度配置化与服务化。

应用层：应用层基于服务组件层提供的服务对服务进行编排并构建应用

本申请还提供了一种工业物联网平台，包括物联设备连接器、物联数据引擎、快速开发平台和应用编排工具；

所述物联设备连接器包括：

设备配置模块，用于构建平台的协议库、解法库以及解析模型，支持自定义解析模型，为设备接入模块提供数据源。

设备接入模块，集成TCP/IP,OPC等多种通信接口与传感器设备建立连接，提供可选择的协议库、解法库以及解析模型，用于设备接入平台，并将接入的设备列表发送给设备监控模块以及设备管理模块；

设备监控模块，用于监控接入到平台中设备的状态，包括在线、离线、空闲、活跃等四种状态，支持离线原因分析；

设备管理模块，用于管理接入到平台中设备的静态信息，包括传感器设备的MAC地址、生产厂家、生产序列号、软硬件版本号等基础信息；

所述物联数据引擎包括：

数据引擎组件模块，用于对平台中多维度数据建立索引关系，其中多维数据包括传感器数据、生产数据、管理数据等；

数据模型展示组件模块，数据模型展示组件模块以图形化的直观形式展示数据的关联关系，可以选定某一数据节点查看与该数据节点发生关联的其他数据节点，可以查看数据节点的核心关系，可以对数据关系进行组合与拆分工作；

建模组件模块，用于开发人员获取关系图后台代码，开发人员可以对关系图隐含的规则进行修改从而重构数据引擎；

所述快速开发平台包括：

基础运行环境快速配置模块：用于定义PaaS平台配置模板，并根据该模板调用虚拟化部署组件进行基础运行环境的部署。

算法及业务逻辑快速配置模块：用于构建算法模型以及元业务逻辑模型，供应用编排模块调用

图形化快速配置模块：用于构建应用前端图形展示界面，可供配置的图形组件包括：能源行业工艺流程图、离散行业工艺流程图、图表等，供应用编排模块调用。

所述的应用编排工具：用于调用快速开发平台中的算法及业务逻辑快速配置模块提供的算法以及业务模型，调用快速开发平台中的图形化快速配置模块从而建立应用。

图1是本发明中新型物联网架构方式实施的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：物联设备通过物联设备连接器组件接入工业物联网平台；

具体地，物联传感设备首先安装连接套件或者通过平台提供的SDK定制开发通信组件与平台建立物理通信链路，之后在平台逐步选择协议库、解法库以及解析模型，若平台中不存在与物联设备对应的解析模型，可以自行完成配置。

当完成以上步骤后，物联设备与平台建立逻辑映射关系，工业物联网平台可以监测接入到平台中的各种物联设备的工作状态，状态包括在线、离线、空闲、工作等。

当物联设备与平台建立逻辑映射关系后，物联设备可以将自己的传感数据、资产信息，配置信息等开放给平台，供平台建立解析模型，同时平台也完成了对接入到平台中的物联设备的管理。

步骤S2：物联数据引擎对海量传感器数据、生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模以及可视化展示，并向快速开发平台提供数据模型接口。

具体地，数据引擎组件模块对接入到平台中的传感器数据、资产管理数据、人员信息、日志记录等多维度数据根据相互的关联关系建立索引，并进行一定程度的数据挖掘，把这些数据建立成一个庞大的数据关系模型。

数据模型展示组件对数据引擎组件建立的数据关系模型进行可视化展示，该组件提供了多种维度的数据展示方式，如拆分、组合、移除、合并同类，查看核心关系等。

建模组件允许开发人员查看数据引擎索引规则，并进行二次开发，重构数据引擎

步骤S3：利用快速开发平台中的基础运行环境快速配置组件构建基础运行环境；

具体地，PaaS平台配置组件支持虚拟机环境的自定义配置，可配置项包括JDK、数据库和web服务器，同时也包括提供办公类软件、浏览器、协作开发软件和开发软件等初始应用。配完完成后将模板文件发送给虚拟化部署组件。

虚拟化部署组件接收用户自定义的虚拟机硬件配置文件以及PaaS平台配置组件发送的模板文件，完成虚拟机硬件环境的部署工作。

步骤S4：利用快速开发平台中的算法与业务逻辑快速配置组件构建算法库以及业务逻辑；

具体地，算法库生成组件负责构建算法库，并将算法库提供给应用编配工具。

具体地，元业务逻辑编排器负责构建元业务逻辑，并将元业务逻辑提供给应用编排工具

步骤S5：利用快速开发平台中的图形化快速配置组件构建展示页面。

具体地，能源行业工艺流程图生成组件服务负责构建能源行业工艺图前端展示模板，并将模板提供给应用编配工具。

具体地，离散行业工艺流程图生成组件服务负责构建离散行业工艺图前端展示模板，并将模板提供给应用编配工具。

具体地，图表生成工具组件负责提供常用的图表模板，并将模板提供给应用编配工具。

本发明实施例中支持传感器只需经过协议库配置、解法库配置、解析模型配置等一系列简单操作后即可接入平台，并将自身的数据通过webse-rvice，opc，tcp/ip等主流接口方式与工业物联网平台进行交互，实现了传感器设备的快速接入以及数据抽象

本发明实施例中支持对海量传感器数据、生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模以及可视化展示，而且支持开发人员对引擎索引规则进行重构，极大地挖掘了数据的价值，可以让决策者看到数据的全貌，提高数据的经济价值。

本发明实施例中支持用户配置基础运行环境，构建算法模型，构建业务模型，构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业人员更加专注，极大提供企业竞争力

如图2所示，基于以上的新型物联网架构方式，本发明提供了一种工业物联网平台，该平台包括物联设备连接器、物联数据引擎、快速开发平台、应用编排工具；

物联设备连接器用于将物联传感器设备通过协议配置、解法配置、解析模型等配置接入到工业物联网平台，之后将物联设备采集到的数据通过接口方式传递给物联数据引擎；

物联数据引擎接收物联设备连接器传输的数据，结合接入到平台中的资产管理数据、人员信息、日志记录等多维度数据挖掘相互的关联关系建立索引，再将索引聚合形成庞大的数据关系模型，并将该模型提供给快速快发平台。

快速开发平台接收物联数据引擎提供的数据关系模型，根据用户提供的PaaS配置模板以及虚拟化环境配置模板构建应用基础运行环境，根据用户业务需求构建算法库以及元业务逻辑库，根据用户需求构建工艺图模板以及图表模板，并将算法库、元业务逻辑库、工艺图模板以及图表模板提供给应用编排工具。

应用编排工具接收快速开发平台发送的算法库、元业务逻辑库、工艺图模板以及图表模板，通过算法库以及元业务逻辑库构建应用后台逻辑，并绑定物联数据引擎提供的数据关系模型为数据源，通过工艺图模板以及图表模板建立前端显示页面，最后将后台逻辑，数据源与前端显示页面整合，形成具体应用，从而完成具体应用的开发工具。

本发明实施例中，物联设备连接器为软件模块，具体包括：设备配置模块、设备接入模块、设备监控模块、设备管理模块；

设备配置模块，用于构建平台的协议库、解法库以及解析模型，支持自定义解析模型，为设备接入模块提供数据源。

设备接入模块为物联接入设备提供连接器通用套件以及SDK两种方式支持物联设备与设备接入模块搭建物联通信链路，之后用户根据具体的物联设备类型选择相应的协议库、解法库以及解析模型，将物联设备接入平台，并将接入的设备列表发送给设备监控模块以及设备管理模块；

设备监控模块，用于监控接入到平台中设备的状态，包括在线、离线、空闲、活跃等四种状态，支持离线原因分析；

设备管理模块，用于管理接入到平台中设备的静态信息，包括传感器设备的MAC地址、生产厂家、生产序列号、软硬件版本号等基础信息；

实际应用中，物联数据引擎为软件模块，具体包括：物联引擎组件模块、数据模型展示组件模块、建模组件模块；

数据引擎组件模块，用于对平台中多维度数据建立索引关系，其中多维数据包括传感器数据、生产数据、管理数据等；

数据模型展示组件模块，数据模型展示组件模块以图形化的直观形式展示数据的关联关系，可以选定某一数据节点查看与该数据节点发生关联的其他数据节点，可以查看数据节点的核心关系，可以对数据关系进行组合与拆分工作；

建模组件模块，用于开发人员获取关系图后台代码，开发人员可以对关系图隐含的规则进行修改从而重构数据引擎；

实际应用中，快速开发平台为软件模块，具体包括：基础运行环境快速配置模块、算法及业务逻辑快速配置模块、图形化快速配置模块；

基础运行环境快速配置模块：用于定义PaaS平台配置模板，并根据该模板调用虚拟化部署组件进行基础运行环境的部署。

实际应用中，基础运行环境快速配置模块为软件模块，具体包括PaaS平台配置组件，虚拟化部署组件。

PaaS平台配置组件，为用户提供一套在软件层面快速部署虚拟机的配置平台，用户可以根据自己的需要，自定义虚拟机配置，配置平台提供关于JDK、数据库和Web服务器等基本配置，同时也提供Office、浏览器、协作开发软件和开发软件等初始应用，当系统配置成功后，会将用户配置的信息列表呈现出来。

虚拟化部署组件，为用户提供自定义虚拟机硬件配置功能，比如用户可以在该组件中中配置CPU、内核数、磁盘大小和内存大小等信息。当虚拟机创建成功后，系统提供以url的方式来访问新创建的虚拟机。

算法及业务逻辑快速配置模块：用于构建算法模型以及元业务逻辑模型，供应用编排模块调用。

实际应用中，算法及业务逻辑快速配置模块为软件模块，具体包括算法生成组件，元业务逻辑编排器。

算法生成组件，主要是系统给用户提供一种算法逻辑关系的编辑生成器，用户可以在此设计器中编辑自己需要的公式。比如用户想设计出一个简单的加法公式，便可以以拖拽的方式拖出两个变量，再拖出一个逻辑算子连接两个变量，便可完成此算法的搭建和生成。

元业务逻辑编排器，主要是系统给用户提供一种业务工作流关系的编辑生成器，用户可以在此设计器中编辑自己需要的工作流模式。比如用户想设计出一个简单的设备监控流程，便可以以拖拽的方式拖出动参和静参，用连线连接起来，便可完成此工作流的搭建和生成。

图形化快速配置模块：用于构建应用前端图形展示界面，可供配置的图形组件包括：能源行业工艺流程图、离散行业工艺流程图、图表等，供应用编排模块调用。

实际应用中，图形化快速配置模块为软件模块，具体包括能源行业工艺流程图生成组件、离散行业工艺流程图生成组件、图表生成工具组件。

能源行业工艺流程图生成组件，为用户提供一套快捷方便的能源行业工艺图实时组态编辑器功能。用户可以根据系统提供的坐标库，快速绘制出一套工艺图，并将实时组态量在前端进行配置。

离散行业工艺流程图生成组件，为用户提供一套快捷方便的离散行业工艺图实时组态编辑器功能。用户可以根据系统提供的坐标库，快速绘制出一套工艺图，并将实时组态量在前端进行配置。

图表生成工具组件，为用户提供前台可配置的表单类型、文本类型和图表类型，用户可以通过该工具快速搭建一套图表前端模板。

综上所述，本发明的方法，针对制造企业如何高效地进行信息升级改造，打造工业物联网平台存在的选型定位问题，提出了一种新型工业物联网架构方式以及工业物联网平台，从而实现信息化，服务化以配置化的工业物联网平台。本发明实施例支持传感器只需经过协议库配置、解法库配置、解析模型配置等一系列简单操作后即可接入平台，并将自身的数据与工业物联网平台进行交互，实现了传感器设备的快速接入以及数据抽象。之后对平台中的海量传感器数据、生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模、数据挖掘以及可视化展示，而且支持开发人员对引擎索引规则进行重构，支持用户配置基础运行环境，构建算法模型，构建业务模型，构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本。这是一种新型的物联网架构方式以及工业物联网平台的优化解决方案，适合推广使用。

Claims (8)

1.一种新型工业物联网架构，其特征在于，包括：

连接层，用于接入传感器设备，并将传感器数据传递至数据管理层和服务组件层；

数据管理层，用于对传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模并展示；

服务组件层，用于构建运行环境，并调用数据管理层的数据模型，建立算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，基于数据模型、算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面；

应用层，根据业务需求调用数据管理层的数据模型、服务组件层的运行环境、算法库生成组件、元业务逻辑编辑器、工艺流程图以及图表生成组件构建应用系统。

2.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构，其特征在于，所述数据管理层包括：

数据引擎组件模块，用于根据传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据的关联关系建立数据模型；

数据模型展示组件，用于对数据模型进行可视化展示；

建模组件，用于对数据引擎组件模块建立的规则进行重构，更新数据引擎组件模块。

3.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构，其特征在于，所述服务组件层包括：

基础运行环境快速配置模块，用于选择操作系统、数据库、服务器、编程环境构建运行环境；

算法及业务逻辑快速配置模块，用于根据数据管理层的数据模型构建算法库生成组件以及元业务逻辑编排器，供应用层调用；

图形化快速配置模块，用于通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面。

4.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构，其特征在于，所述算法及业务逻辑快速配置模块包括：

算法库生成组件，用于根据拖拽的方式建立算法，并将数据管理层的数据模型中的数据作为数据源带入算法；

元业务逻辑编排器，用于根据拖拽的方式建立业务流程，并将数据管理层的数据模型中的数据作为业务流程的输入。

5.一种新型工业物联网架构实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

连接层接入传感器设备，并将传感器数据传递至数据管理层和服务组件层；

数据管理层对传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据进行多维度建模并展示；

服务组件层构建运行环境，并调用数据管理层的数据模型，建立算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，基于数据模型、算法库生成组件和元业务逻辑编辑器，通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面；

应用层根据业务需求调用数据管理层的数据模型、服务组件层的运行环境、算法库生成组件、元业务逻辑编辑器、工艺流程图以及图表生成组件构建应用系统。

6.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构实现方法，其特征在于，所述数据管理层执行以下步骤：

数据引擎组件模块根据传感器设备数据以及外部获取的生产数据、资产数据、管理数据的关联关系建立数据模型；

数据模型展示组件对数据模型进行可视化展示；

建模组件对数据引擎组件模块建立的规则进行重构，更新数据引擎组件模块。

7.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构实现方法，其特征在于，所述服务组件层执行以下步骤：

基础运行环境快速配置模块选择操作系统、数据库、服务器、编程环境构建运行环境；

算法及业务逻辑快速配置模块根据数据管理层的数据模型构建算法库生成组件以及元业务逻辑编排器，供应用层调用；

图形化快速配置模块通过工艺流程图以及图表生成组件，构建显示页面。

8.根据权利要求1所述的一种新型工业物联网架构，其特征在于，所述算法及业务逻辑快速配置模块执行以下步骤：

算法库生成组件根据拖拽的方式建立算法，并将数据管理层的数据模型中的数据作为数据源带入算法；

元业务逻辑编排器根据拖拽的方式建立业务流程，并将数据管理层的数据模型中的数据作为业务流程的输入。