智慧機械雲平台之SMB 機聯網平台標準Runtime技術

作者:

王培寧、陳韻巧、林怡瑾

刊登日期:2021/10/27

摘要:目前國內學研單位開發的機聯網平台多為類似產品,功能重複性較高;為了避免未來各單位重複投入底層通訊基本功能、造成不同平台、模組間資源衝突,智慧機械雲平台利用目前軟體工業常見的虛擬化、容器化等技術整合現有的機聯網平台。標準Runtime環境中包含地端軟硬體架構、開發與上架機制、標準與可擴充資訊模型,預期可減少軟體開發所需的時間與成本,提高軟體應用率與應用範圍;除了能加速產業佈署與導入智慧製造相關技術外,亦可協助機械產業供應商由硬體轉為硬體加軟體的解決方案提供者,促進產業數位轉型,降低開發成本,提高產品附加價值。
Abstract:At present, most of the machine networking platforms being developed by domestic academic and research institutions are similar products with high functional repeatability. To avoid repeating investment of basic communication functions by various units in the future, causing resource conflicts among different platforms and modules, the Intelligent Cloud Platform for Machinery Industry integrates the existing machine networking platforms using virtualization and containerization technologies.  IMC Standard Runtime environment includes local software and hardware architecture, development and release mechanisms, standards and extensible information models, which are expected to reduce the time and cost required for software development and improve software application rate and scope; in addition to accelerating industrial deployment and introducing smart manufacturing related technologies, it can also assist machinery industry suppliers to transform from hardware to hardware plus software solution providers, promote digital transformation of the industry, reduce development costs, and increase product added value.
關鍵詞:智慧機上盒、智慧製造、機聯網
Keywords:SMB, Intelligent manufacturing, Internet of machines

前言
目前國內已有數種不同用於製造業的機聯網平台,又稱智慧機上盒(Smart Machine Box,SMB),聯網功能與資料擷取方面各有所長,但幾乎都可提供如稼動率等基本資料視覺化服務;同時也都積極的透過如 OPC UA、MQTT 等國際標準通訊協定與國際接軌。由於國內學研單位開發的機聯網平台多為類似產品,功能重複性較高,雖然各自有其外掛擴充或 APP 機制但互不相容,無法配合客戶需求而搭配不同廠牌功能互補的 SMB APP,導致重複開發資源浪費;再者,SMB APP 多需要與控制器或訊號擷取卡通訊,不同的APP 之間有可能因為連線資源衝突而導致無法同時運行;除此之外,各家 SMB、數據採集軟體都會從機台、裝置、感測器收集數據並且以某種自定義資料模型儲存之,但資訊模型定義不同會造成不同的軟體系統收集的數據因格式不同而無法匯入數據分析流程,且不同的格式之間有可能因為資料結構不同而無法互相轉換。
為了解決上述產業問題,將綜合國內各機聯網平台的需求與各自不同的APP類型,建立具高度相容性和產業共通性的標準化SMB機聯網軟硬體架構,同時根據產業別制定標準資訊模型、或者遵循國際現有的資料模型標準,使不同機聯網平台的智能化軟體可以協同共存,且能共用如標準通訊協定、標準資訊模型、設備資料、感測數據等資源,提高APP通用率、加速產業導入智慧製造軟體與應用服務。
標準Runtime環境與系統架構
目前國內的機聯網產品若以功能來區分,大致上有數據採集型、數據可視化及分析、製程模擬診斷優化等三大類;有鑒於現有 SMB 作業系統主要為Windows與Linux兩大類,且為了避免未來各單位重複投入底層通訊基本功能、造成不同平台、模組間資源衝突,智慧機械雲平台利用目前軟體工業常見的虛擬化(Virtualize)、容器化(Containerize)等技術整合現有的機聯網平台,建構標準化SMB機聯網環境,即所謂的「標準Runtime環境」。標準Runtime與機聯網平台串聯的架構如圖1所示。

圖1 機械雲標準Runtime定位與系統架構

智慧機械雲標準Runtime中包含下列項目:
   -標準地端軟硬體架構:透過標準化的地端軟硬體架構,不同機聯網平臺開發的智慧化軟體可以虛擬化、容器化的方式協同共存,且可共用如標準資訊模型、資源管理、數據資料、生命週期管理等特點。
   -標準開發與上架流程:以開放原始碼社群的函式庫為基礎,可將智能化軟體拆解為多個微型服務、再整合為一完整系統。除了可由組態設定實現「一鍵自動安裝」,依此建立的地對雲數據串流也能具有共通的標準儲存格式,預期可簡化數據分析流程。
   -擴充資訊模型:根據現有工業標準實作資訊模型,如OPC UA 40501-1/40502、EUROMAP77等,透過符合國際標準協定之通訊介面,加速與國際市場接軌。針對尚未有標準的產業則協助建立符合產業需求的資訊模型。
以下將針對標準Runtime環境中最重要的應用程式管理平台與通用地端引擎進行說明。

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