산업용 IoT에 대한 예측 유지 관리

Azure Databricks
Azure IoT Edge
Azure IoT Hub
AKS(Azure Kubernetes Service)
Azure Machine Learning

솔루션 아이디어

이 문서는 솔루션 아이디어입니다. 잠재적인 사용 사례, 대체 서비스, 구현 고려 사항 또는 가격 책정 지침과 같은 추가 정보로 콘텐츠를 확장하려면 GitHub 피드백을 제공하여 알려주세요.

이 문서에서는 최종 제조업체가 OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture) 및 산업 구성 요소를 사용하여 자산을 클라우드에 연결하는 방법을 보여줍니다. 프로덕션을 최적화하여 비용을 절감하는 동시에 예측 유지 관리를 사용하여 기계의 효율성을 개선할 수 있습니다. 프로덕션에 고급 분석 및 기계 학습을 적용하여 정전을 예측하여 중단을 완화합니다. 제조 데이터에 의해 트리거되는 풍부한 인사이트 및 자동 경고를 통해 프로덕션 작동 시간을 보장합니다.

OPC UA는 안전하고 믿을 수 있는 데이터 교환을 위한 플랫폼에 독립적이고 서비스 지향적인 상호 운용성 표준입니다. OPC UA는 산업 PC, PLC 및 센서와 같은 다양한 산업 시스템 및 디바이스에서 사용됩니다. OPC Foundation이 추진하는 표준입니다.

잠재적인 사용 사례

이 솔루션은 제조 산업에 이상적입니다.

아키텍처

Architecture Diagram

데이터 흐름

솔루션을 통한 데이터 흐름은 다음과 같습니다.

  1. 기본적으로 OPC UA와 통신할 수 있는 산업용 디바이스는 IoT Edge에 직접 연결할 수 있습니다. IoT Edge는 온-프레미스 네트워크에 사용되는 컴퓨팅 기능입니다. 산업용 모듈(OPC Publisher, OPC Twin 및 Discovery 모듈)의 런타임 환경입니다. 각 모듈은 Azure 서비스, 타사 서비스 또는 자체 코드를 실행하는 컨테이너입니다. OPC Publisher 모듈은 OPC UA 서버에 연결하여 OPC UA 원격 분석 데이터를 Azure IoT Hub에 게시합니다. OPC Twin은 클라우드에서 OPC UA 서버의 디지털 트윈을 만들고 클라우드 기반의 REST(Representational State Transfer) 인터페이스를 통해 OPC UA 탐색/읽기/쓰기/메서드 호출 기능을 제공합니다. Discovery 모듈은 에지에서 OPC UA 서버 검색이 포함된 검색 서비스를 제공합니다.
  2. OPC UA를 통해 통신할 수 없는 산업용 디바이스는 IoT Edge에 연결하기 위해 타사 PLC 어댑터가 필요합니다. 이러한 어댑터는 Azure Marketplace에서 모듈로 가져올 수 있습니다.
  3. 타사 PLC 어댑터는 디바이스와 IoT Edge 사이의 연결을 지원합니다.
  4. 데이터가 발생하는 위치에 가까운 분석 기능의 경우 Edge의 Machine Learning 또는 Azure Marketplace에서 얻을 수 있는 Functions와 같은 모듈이 있어서 대기 시간이 짧고 연결이 끊긴 상태에서 작업을 수행할 수 있습니다.
  5. Azure IoT Hub는 추가 데이터 처리를 위해 디바이스를 클라우드에 가상으로 연결합니다. 그 결과 IoT 애플리케이션과 디바이스 사이에 보안 수준이 높은 양방향 통신이 가능합니다.
  6. 산업용 서비스는 REST API를 노출하는 여러 마이크로 서비스로 구성됩니다. 모든 산업용 서비스는 Azure Kubernetes Service 클러스터에 배포됩니다. 산업용 서비스는 산업용 디바이스의 검색, 등록, 원격 제어, 사후 처리 원격 분석을 위한 비즈니스 논리와 기능을 구현합니다. HTTP 엔드포인트를 호출할 수 있는 모든 프로그래밍 언어 및 프레임워크에서 REST API를 사용할 수 있습니다. 산업용 서비스에서 제공하는 데이터가 사용되는 세 가지 주요 사용 사례가 있습니다.
  7. Azure Event Hubs는 데이터를 변환하여 저장합니다. 낮은 대기 시간과 원활한 통합이 가능한 분산된 스트림 처리 플랫폼을 제공합니다.
  8. Event Hubs가 데이터를 처리한 후 Azure Data Lake는 데이터를 저장하고 추가로 분석합니다. Azure Data Lake는 엔터프라이즈급 보안 및 감사 기능이 포함된 대규모 확장이 가능한 데이터 레이크입니다. 일괄 처리, 스트리밍 및 대화형 분석 프로그램을 간편하게 실행할 수 있습니다. Azure Data Lake는 데이터 자산 가치를 극대화하는 데 방해가 되는 많은 생산성 및 확장성 문제를 해결해줍니다.
  9. Azure Databricks는 최신 버전의 Apache Spark를 Azure 서비스 제품으로 제공하며 오픈 소스 라이브러리와 원활하게 통합할 수 있습니다. 원클릭 설정, 간소화된 워크플로 및 협업을 가능하게 하는 대화형 작업 영역을 제공합니다.
  10. 시각적 보고서를 사용하여 데이터를 살펴보고 이러한 보고서를 다른 사용자와 협업하여 게시하고 공유할 수 있습니다. Power BI는 Microsoft Excel을 포함한 다른 도구들과 통합되므로, 작업 속도를 높이고, 기존 솔루션과 원활하게 작업할 수 있습니다.

구성 요소

여러 Azure 구성 요소를 사용하여 여러 데이터 원본에서 데이터가 로드됩니다.

  • IoT Edge Azure IoT Edge는 조직에서 데이터 관리 대신 비즈니스 인사이트에 집중할 수 있도록 클라우드 분석 및 사용자 지정 비즈니스 논리를 디바이스로 이동합니다. 비즈니스 논리를 표준 컨테이너에 패키징하여 IoT 솔루션을 확장하면 모든 디바이스에 해당 컨테이너를 배포하고 클라우드에서 모든 컨테이너를 모니터링할 수 있습니다.
  • 산업용 모듈 – Azure 산업용 IoT 플랫폼에는 작업 현장을 연결하기 위해 Azure IoT Edge 내에서 실행되는 모듈이 포함되어 있습니다. OPC Publisher 모듈은 OPC UA 서버에 연결하여 이러한 서버로부터 OPC UA 원격 분석 데이터를 Azure IoT Hub에 게시합니다. OPC Twin은 REST API를 통해 산업용 디바이스의 검색, 등록 및 원격 제어 기능을 제공합니다. 검색 모듈은 OPC UA 서버 검색을 포함하는 에지에서 검색 서비스를 제공합니다.
  • Azure IoT Hub 클라우드에서 호스팅되는 관리형 서비스인 Azure IoT Hub는 IoT 애플리케이션과 관리하는 디바이스 간의 양방향 통신을 위한 중앙 메시지 허브의 역할을 합니다. Azure IoT Hub를 사용하여 수백만 개의 IoT 디바이스와 클라우드 호스팅 솔루션 백 엔드 간에 안정적이고 안전한 통신을 통해 IoT 솔루션을 구축할 수 있습니다. 거의 모든 디바이스를 IoT Hub에 연결할 수 있습니다.
  • Azure Kubernetes의 산업용 서비스 이 플랫폼은 마이크로 서비스로 구분되는 여러 클라우드 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 마이크로 서비스는 처리 및 디먼과 같은 기능을 제공할 수 있는 REST API 및 에이전트 서비스를 제공합니다.
  • Azure Event Hubs는 빅 데이터 스트리밍 플랫폼 및 이벤트 수집 서비스입니다. 초당 수백만 개의 이벤트를 수신하고 처리할 수 있습니다. 이벤트 허브로 전송된 데이터는 실시간 분석 공급자 또는 일괄 처리/스토리지 어댑터를 사용하여 변환하고 저장할 수 있습니다.
  • Azure Data Lake는 Azure Storage를 Azure에서 엔터프라이즈 데이터 레이크를 빌드하기 위한 기초로 만들어 줍니다. 처음부터 수백 기가바이트까지 처리량을 유지하면서 수 페타바이트까지 정보를 처리하도록 설계되었으며, 대용량 데이터를 쉽게 관리할 수 있습니다.
  • Azure Databricks는 Microsoft Azure Cloud Services 플랫폼에 대해 최적화된 Apache Spark 기반 분석 플랫폼입니다. Databricks는 Azure와 통합되어 데이터 과학자, 데이터 엔지니어, 비즈니스 분석가가 협업할 수 있도록 하는 대화형 작업 영역, 간소화된 워크플로 및 원클릭 설정을 제공합니다. Databricks는 Apache Spark의 창립자와 함께 설계되었습니다.
  • Power BI 는 데이터를 분석하고 통찰력을 공유하는 비즈니스 분석 도구 제품군입니다. Power BI는 Analysis Services에 저장된 의미 체계 모델을 쿼리하거나 Azure Synapse를 직접 쿼리할 수 있습니다.
  • Data Factory는 스테이징된 데이터를 Azure Synapse의 일반적인 구조체로 변환할 때 오케스트레이션을 수행합니다. Azure Data Factory를 사용하여 서로 다른 데이터 저장소의 데이터를 수집할 수 있는 데이터 기반 워크플로(파이프라인이라고 함)를 만들고 예약할 수 있습니다. 데이터 흐름을 사용하거나 컴퓨팅 서비스(예: Azure HDInsight Hadoop, Azure Databricks 및 Azure SQL Database)를 사용하여 데이터를 시각적으로 변환하는 복잡한 ETL 프로세스를 작성할 수 있습니다.

다음 단계

  • 산업용 모듈 및 서비스에 대한 자세한 내용은 Azure 산업용 IoT 플랫폼 아키텍처를 참조하세요. 모든 개별 마이크로 서비스 및 에이전트 프로세스에 대한 자세한 내용은 여기에 나와 있습니다.
  • Azure 산업용 IoT 플랫폼으로 시작하는 방법에 대한 자세한 내용은 산업용 IoT GitHub 리포지토리를 참조하세요.