Manutenção preditiva para IoT industrial

Databricks
IoT Edge
Hub IoT
Serviço de Kubernetes
Machine Learning

Ideias de solução

Este artigo é uma ideia de solução. Se você quiser expandir o conteúdo com mais informações, como possíveis casos de uso, serviços alternativos, considerações de implementação ou diretrizes de preços, informe-nos fornecendo comentários do GitHub.

Este artigo demonstra como os fabricantes finais podem conectar ativos à nuvem usando o OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) e os Componentes Industriais. Ao reduzir os custos otimizando a produção, isso permitirá o uso da Manutenção Preditiva para melhorar a eficiência de seus computadores. Reduza as interrupções aplicando análise avançada e aprendizado de máquina à produção para antecipar interrupções. Verifique o tempo de atividade de produção com insights avançados e alertas automáticos disparados por dados de fabricação.

O OPC UA é um padrão de interoperabilidade independente de plataforma e orientado a serviços para uma troca de dados segura e confiável. O OPC UA é usado por vários sistemas e dispositivos industriais, como computadores, PLCs e sensores do setor. É um padrão que é controlado pela OPC Foundation.

Possíveis casos de uso

Essa solução é ideal para o setor manufatureiro.

Arquitetura

Diagrama de Arquitetura

Fluxo de dados

Os dados fluem pela solução da seguinte maneira:

  1. Dispositivos industriais que podem comunicar nativamente o OPC UA podem se conectar diretamente a IoT Edge. IoT Edge é a potência de computação que fica em sua rede local. É o ambiente de runtime dos Módulos Industriais (OPC Publisher, OPC Twin e Discovery Module). Os módulos são contêineres que executam serviços do Azure, serviços de terceiros ou seu próprio código. O módulo OPC Publisher conecta-se a servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA para Hub IoT do Azure. O OPC Twin cria um gêmeo digital de um servidor OPC UA na nuvem e fornece recursos de navegação/leitura/gravação/chamada de método do OPC por meio de uma interface REST (Transferência de Estado Representacional) baseada em nuvem. O módulo Discovery fornece serviços de descoberta na borda, que incluem a descoberta do servidor OPC UA.
  2. Os dispositivos industriais que não podem se comunicar por meio do OPC UA precisam de um adaptador PLC de terceiros para se conectar ao IoT Edge. Os adaptadores podem ser obtidos como módulos no Azure Marketplace.
  3. Os adaptadores PLC de terceiros habilitam a conectividade entre os dispositivos e IoT Edge.
  4. Para recursos analíticos mais próximos de onde os dados se originam, há módulos como Machine Learning no Edge ou Funções que podem ser obtidos do Azure Marketplace, permitindo baixa latência e operação em estado desconectado.
  5. Hub IoT do Azure conecta os dispositivos virtualmente à nuvem para processamento de dados adicionais. Ele habilita uma comunicação bidirecional aprimorada pela segurança entre aplicativos EOT e dispositivos.
  6. Os Serviços Industriais são compostos por vários microsserviços que expõem uma API REST. Todos os Serviços Industriais são implantados em um cluster Serviço de Kubernetes do Azure. Eles implementam a lógica e a funcionalidade de negócios para descoberta, registro, controle remoto e telemetria pós-processamento de dispositivos industriais. As APIs REST podem ser usadas em qualquer linguagem de programação e estrutura que possa chamar um ponto de extremidade HTTP. Há três casos de uso predominantes nos quais os dados fornecidos pelos Serviços Industriais são usados.
  7. Hubs de Eventos do Azure transforma e armazena os dados. Ele fornece uma plataforma de processamento de fluxo distribuído com baixa latência e integração perfeita.
  8. Depois que os Hubs de Eventos processam os dados, o Azure Data Lake armazena e analisa ainda mais os dados. O Azure Data Lake é um data lake extremamente escalonável com segurança e auditoria de nível empresarial, que permite executar programas analíticos interativos, em lotes, fluxos e com simplicidade. O Azure Data Lake resolve muitos dos desafios de produtividade e escalabilidade que impedem a maximização do valor de seus ativos de dados.
  9. O Azure Databricks fornece as versões mais recentes do Apache Spark como uma oferta de serviço do Azure e permite que você se integre perfeitamente às bibliotecas de código aberto. Ele fornece uma configuração de um clique, fluxos de trabalho simplificados e um workspace interativo que permite a colaboração.
  10. Explore seus dados com relatórios visuais e colabore, publique e compartilhe esses relatórios com outras pessoas. O Power BI se integra a outras ferramentas, incluindo o Microsoft Excel, para que você possa se atualizar rapidamente e trabalhar perfeitamente com suas soluções existentes.

Componentes

Os dados são carregados destas fontes de dados diferentes usando diversos componentes do Azure:

  • IoT Edge a IoT Edge do Azure move a análise de nuvem e a lógica de negócios personalizada para dispositivos para que sua organização possa se concentrar em insights de negócios em vez de gerenciamento de dados. Expanda sua solução de IoT ao empacotar sua lógica de negócios em contêineres padrão, então você pode implantar esses contêineres para qualquer um dos seus dispositivos e monitorar tudo na nuvem.
  • Módulos Industriais – A plataforma de IoT Industrial do Azure inclui módulos executados dentro do Azure IoT Edge para conectar o chão de fábrica. O módulo OPC Publisher conecta-se a servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA desses servidores para Hub IoT do Azure. O OPC Twin fornece descoberta, registro e controle remoto de dispositivos industriais por meio de APIs REST. O Módulo de Descoberta fornece serviços de descoberta na borda, que incluem a descoberta do servidor OPC UA.
  • Hub IoT do Azure Hub IoT do Azure é um serviço gerenciado, hospedado na nuvem, que atua como um hub de mensagens central para comunicação bidirecional entre seu aplicativo IoT e os dispositivos que ele gerencia. Você pode usar o Hub IoT do Azure para criar soluções de IoT com comunicação segura e confiável entre milhões de dispositivos de IoT e um back-end de solução de nuvem hospedado. Você pode conectar praticamente qualquer dispositivo ao Hub IoT.
  • Serviços Industriais no Kubernetes do Azure A plataforma é composta por vários componentes de nuvem que se dividem em microsserviços que fornecem serviços de API REST e Agente que podem fornecer processamento e daemon como funcionalidade.
  • Os Hubs de Eventos do Azure são uma plataforma de streaming de Big Data e um serviço de ingestão de eventos. Ele pode receber e processar milhões de eventos por segundo. Os dados enviados para um hub de eventos podem ser transformados e armazenados usando qualquer provedor de análise em tempo real ou adaptadores de envio em lote/armazenamento.
  • O Azure Data Lake torna o Armazenamento do Azure a base para a criação de data lakes corporativos no Azure. Projetado desde o início para atender a vários petabytes de informações enquanto sustenta centenas de gigabits de taxa de transferência, ele permite que você gerencie facilmente grandes quantidades de dados.
  • O Azure Databricks é uma plataforma de análise baseada no Apache Spark otimizada para a plataforma de Serviços de Nuvem do Microsoft Azure. O Databricks é integrado com o Azure para fornecer instalação com um clique, fluxos de trabalho simplificados e um workspace interativo que permite a colaboração entre os cientistas de dados, os engenheiros de dados e os analistas empresariais. O Databricks foi projetado com os fundadores do Apache Spark.
  • Power BI é um conjunto de ferramentas de análise de negócios para analisar dados e compartilhar informações. O Power BI pode consultar um modelo semântico armazenado no Analysis Services ou pode consultar diretamente o Azure Synapse.
  • O Data Factory coordena a transformação de dados preparados em uma estrutura comum no Azure Synapse. Usando o Azure Data Factory, é possível criar e agendar fluxos de trabalho orientados a dados (chamados de pipelines) que podem ingerir dados de diferentes repositórios de dados. Você pode criar processos de ETL complexos que transformam os dados visualmente com fluxos de dados ou usando serviços de computação, como o Azure HDInsight Hadoop, o Azure Databricks e o Banco de Dados SQL do Azure.

Próximas etapas

  • Para obter uma exibição detalhada dos Módulos e Serviços Industriais, consulte a arquitetura da Plataforma IoT Industrial do Azure e uma exibição detalhada de todos os processos individuais de Microsserviços e Agente é mostrada aqui.
  • Você pode encontrar mais informações sobre como começar a usar a Plataforma IoT Industrial do Azure no repositório GitHub do IoT Industrial.