Manutenção preditiva para IoT industrial

Azure Databricks
Azure IoT Edge
Hub IoT do Azure
AKS (Serviço de Kubernetes do Azure)
Azure Machine Learning

Ideias de solução

Esse artigo é uma ideia de solução. Caso deseje que ampliemos o conteúdo com mais informações, como possíveis casos de uso, serviços alternativos, considerações sobre implementação ou diretrizes de preços, fale conosco enviando seus comentários no GitHub.

Esse artigo demonstra como os fabricantes finais podem conectar ativos à nuvem usando OPC UA (Arquitetura Unificada de Comunicações de Plataforma Aberta) e os componentes industriais. Ao mesmo tempo em que reduz os custos, otimizando a produção, isso permitirá o uso da Manutenção Preditiva para melhorar a eficiência de suas máquinas. Reduza as interrupções aplicando análises avançadas e aprendizado de máquina à sua produção para antecipar interrupções. Garanta o tempo de atividade da produção com insights avançados e alertas automáticos acionados pelos 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 impulsionado pela OPC Foundation.

Possíveis casos de uso

Essa solução é ideal para a indústria de transformação.

Arquitetura

Architecture Diagram

Fluxo de dados

Os dados fluem pela solução da seguinte maneira:

  1. Os dispositivos industriais que podem se comunicar nativamente com o OPC UA podem se conectar diretamente ao IoT Edge. O IoT Edge é o poder de computação que fica na sua rede local. É o ambiente de tempo de execução 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 se conecta aos servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA no Hub IoT do Azure. O OPC Twin cria um gêmeo digital de um servidor OPC UA na nuvem e fornece recursos de chamada/leitura/gravação/método de navegação do OPC UA por meio de uma interface REST (Representational State Transfer) baseada em nuvem. O módulo Descoberta 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 permitem a conectividade entre os dispositivos e o IoT Edge.
  4. Para recursos analíticos mais próximos de onde os dados se originam, há módulos como Machine Learning no Edge ou Functions obtidos no Azure Marketplace, permitindo baixa latência e operação em estado desconectado.
  5. O Hub IoT do Azure conecta os dispositivos virtualmente à nuvem para processamento de dados adicional. Ele permite uma comunicação bidirecional com segurança aprimorada entre aplicativos e dispositivos IoT.
  6. Os Serviços Industriais são compostos por vários microsserviços que expõem uma API REST. Todos os Serviços Industriais são implantados em um cluster do Serviço de Kubernetes do Azure. Eles implementam a lógica de negócios e funcionalidade para detecção, registro, controle remoto e telemetria de 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 em que os dados fornecidos pelos Serviços Industriais são usados.
  7. Os Hubs de Eventos do Azure transformam e armazenam 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 os dados ainda mais. O Azure Data Lake é um data lake massivamente escalonável com segurança e auditoria de nível empresarial, que permite executar programas analíticos em lote, fluxo e interativos com simplicidade. O Azure Data Lake resolve muitos dos desafios de produtividade e escalabilidade que impedem que você maximize o 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 a bibliotecas de software livre. Ele fornece uma configuração rápida, fluxos de trabalho simplificados e um espaço de trabalho 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 integra-se com outras ferramentas, incluindo o Microsoft Excel, para que você possa atualizar-se rapidamente e trabalhar sem problemas com as suas soluções existentes.

Componentes

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

  • IoT Edge O Azure IoT Edge 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. Escale horizontalmente 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 IoT Industrial do Azure inclui módulos que são executados dentro do Azure IoT Edge para conectar seu chão de fábrica. O módulo OPC Publisher se conecta aos servidores OPC UA e publica dados de telemetria OPC UA desses servidores no Hub IoT do Azure. O OPC Twin fornece detecção, 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 de servidor OPC UA.
  • Hub IoT do Azure o Hub IoT do Azure é um serviço gerenciado, hospedado na nuvem, que atua como um hub de mensagem 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 API REST e serviços de agente que podem fornecer processamento e funcionalidade semelhante a daemon.
  • 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 Microsoft 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 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 agentes é mostrada aqui.
  • Você pode encontrar mais informações sobre como começar a usar a Plataforma IoT Industrial do Azure no repositório Industrial IoT GitHub.