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详解西门子工业互联网技术体系。
 文 | 王金旺 
2016年，西门子基于Cloud Foundry推出MindSphere开放式物联网操作系统；

2017年，西门子云端合作伙伴从原有SAP拓展到亚马逊，据官方资料显示，基于亚马逊AWS的MindSphere在2018年1月正式面向全球提供服务；
2018年5月，MindSphere部署在微软云平台，2019年1月开始面向全球提供服务；
2019年4月，MindSphere部署在阿里云，并面向中国地区提供相应服务。
西门子在工业互联网围绕MindSphere的一系列布局，也正符合其在此前提出的全球布局策略：按照西门子此前规划，MindSphere第一批布局国家主要是中欧、北欧、美国、英国；第二批覆盖中南欧，如意大利、瑞士等；考虑到中国的法律以及政策环境，中国成为第三批进行覆盖的国家。
作为全球最大的工业软件服务商之一，也是当下与GE齐名的标志性工业互联网企业，5月15日，在2019西门子中国创新峰会上，西门子大中华区总裁兼首席执行官赫尔曼、西门子首席运营官兼首席技术官博乐仁进一步介绍了其当下的技术、产业布局，西门子围绕MindSphere的工业互联网整体布局也跃然纸面。

西门子工业互联网架构解析

企业数字化转型是当下大势所趋，西门子首席运营官兼首席技术官博乐仁（Dr. Roland Busch）在提及企业数字化转型时，首先强调的是「速度」和「规模化」。以PC、手机等为代表的电子设备需求量的翻倍增长，倒逼制造业转型升级，而制造业要想在转型升级中减轻成本压力，也必然需要形成规模化效应，工业互联网、工厂数字化转型也由此得以发展起来。
2016年4月，西门子对外推出的一款基于开源Cloud Foundry的开放式物联网操作系统MindSphere，随后西门子围绕MindSphere建立起自家的工业互联网体系。
MindSphere采用基于云的开放式物联网架构，可将传感器、控制器及各种信息系统收集的工业现场的设备数据，通过工业网络实时传输到云端，并在云端为企业提供数据分析、工业APP开发以及其他工业相关应用服务。
从2016年正式对外发布至今，MindSphere一共对公布过三个大的版本，其中MindSphere 1.0和2.0版本均为发展初期由SAP提供云端（IaaS）基础服务；MindSphere 3.0版本系统则开始部署在亚马逊AWS之上。据官方信息显示，基于亚马逊AWS的MindSphere在2018年1月正式面向全球提供服务。
目前，MindSphere主要包括MindConnect、Platform（此前称为MindCloud）、MindApps三大版块，其中，MindConnect负责将数据传输到云平台，Platform 为用户提供数据分析、开发环境和开发工具，MindApps则用以为用户提供集成行业经验和数据分析结果的工业APP。西门子围绕MindSphere的整体技术架构分为四层：
第一层主要包括PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）软件套件、软件工具和应用程序。用以将工业专有知识数据化，并映射到数字化双胞胎，进行信息化仿真及测试，据官方数据显示MindSphere应用中心目前涵盖20个行业，68个地点。
值得注意的是，2018年8月，西门子砸7亿美元巨收购了云原生低代码应用开发商Mendix，以强化其在软件层的能力；2019年4月17日，西门子宣布即将推出面向MindSphere的Mendix，将Mendix软件的数字化和业务功能引入其工业互联网软件开发中。
第二层是MindSphere工业互联网操作系统。该操作系统是基于云的开放式物联网操作系统，用以为工业厂商接入强化的工业云，提供PaaS+SaaS层服务。
正如前文提到，截止今年4月，西门子MindSphere云端已经接入亚马逊AWS、微软Azure及阿里云全球三大云服务，此外，据博乐仁介绍称，MindSphere也支持工业厂商本地部署。不过由于此前西门子官方也曾表示，目前MindSphere在中国国内都将部署在公有云上，本地化部署尚且无法实现。
MindSphere为开放系统，支持B端用户在本地开发工业软件（APP），同时，我们也会与用户一起将行业知识从客户端导入到工业系统中。
第三层是网络及连通层。工业应用网络环境对高性能、低延时及安全性要求更高。雷锋网了解到，西门子此前已推出即插即用数据接入网关MindConnect，支持开放式通讯标准OPC UA，简化了西门子设备和第三方设备的数据连接，同时，MindSphere面向SaaS层开放API接口，允许软件开发人员、设备制造商和最终客户开发应用程序。
第四层是边缘设备。西门子作为以硬件设备起家的工业企业，在设备端也有自己包括PLC、MCU、传感器、执行器在内的产品阵列，此外其基于RTOS/Linux的嵌入式操作系统，支持全新的西门子设备接入的同时，也支持包括采用OPU UA协议的第三方设备接入。
从整体技术架构和生态资源也可以看出，西门子在软件体系建构上逐渐扩大化，针对企业数字化转型具体过程总结如下：
西门子支持企业进行涵盖其整个价值链的整合及数字化转型，为从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的各个环节打造一致的、无缝的数据平台，形成数字化双胞胎，包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“设备数字化双胞胎”，完整真实再现整个企业，从而帮助企业在实际投入生产之前即能在虚拟环境中优化、仿真和测试，而在生产过程中也可同步优化整个企业流程，最终打造高效的柔性生产、实现快速上市。
在整个企业生产数字化过程中，数字化双胞胎成为关键。在国内，更多提到的是数字孪生。虽然叫法不同，实际上是同样的概念。

所谓数字化双胞胎（或数字孪生）是指真实世界在虚拟世界的映射，通过模拟具体设备在真实环境中的行为，对产品、制造过程，甚至整个工厂进行虚拟仿真，从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。博乐仁指出，“数字化双胞胎不仅仅是对真实设备的3D建模，它同时也是对整个设备行为的模拟，包括散热、损耗、晃动以及软件背后的电子学，还会涉及到许多专业知识（即工业Know how）。”其中涉及到的专业知识，一方面需要长期积累，另一方面需要与制造厂商的紧密协作。
在上图中，想要检测发动机的工作情况，例如检测发动机状态、扭矩、磨损等，需要间接测量发动机的温度、加速度、压力、磁场等信号和数据。将采集到的数据映射到数字化双胞胎中，获得发动机的磁场仿真、温度仿真的热分布图，分析发动机的扭矩、磨损情况，从而通过数字双胞胎与测量、传感器及云真正融合，设定整个运营、决策解决方案。
在实际行业应用中，据西门子官方数据显示，在数据中心应用时，通过基于人工智能的热能优化，降低了数据中心40%能耗（相应算法已部署在全球630多个数据中心）；在轨交行业应用时，通过基于数据的监控和运维优化，使列车晚点率降低33%；在燃气轮机应用时，通过人工智能辅助运行，燃气轮机氮氧化物减排达15%-20%。
雷锋网也了解到，具体到西门子在成都的SEWC数字化工厂应用中，整体分为控制层、MES层、ERP层，以及PLM层，具体各层级功能划分如下图所示：

集齐三朵“云”，MindSphere终入中国

MindSphere最初是西门子联手SAP基于开源Cloud Foundry开发的物联网操作系统，因而其前两个版本也正是基于SAP云端（IaaS）服据进行部署的。
2017年12月25日，西门子官宣其MindSphere操作系统3.0版本将首次登陆亚马逊云服务(AWS)。据官方资料显示，基于亚马逊AWS的MindSphere在2018年1月正式面向全球提供服务。谈及为何会选择AWS时，西门子（中国）有限公司MindSphere中国区负责人李漓曾表示，MindSphere 3.0选择亚马逊的AWS云平台是因为其在全球云基础设施市场份额中排名第一。
据IDC公布的2018年上半年全球公有云IaaS（基础设施即服务）厂商市场份额数据显示，排名前三的仍是亚马逊AWS、微软Azure和阿里云。其中，亚马逊一家独大局面仍然明显，其AWS占据了40%的市场份额。
2018年5月，西门子官方宣布，MindSphere预发布版本将登陆微软Azure。据雷锋网了解，西门子MindSphere登陆微软Azure，除去为了进一步布局云端业务，另一方面也有考虑到本地部署能力。西门子数字化工业集团首席运营官Jan Mrosik在2018年9月接受媒体采访时曾表示，“我们认为本地部署方案应由IaaS服务商来提供，MindSphere可以调用这一功能，此前亚马逊AWS不提供本地部署方案，但微软Azure云平台包含的Azure Stack技术可以支持本地部署，这也是西门子与微软Azure合作的重要驱动力。”
被西门子大中华区总裁兼首席执行官赫尔曼称为西门子除德国之外第二大市场的中国市场，早在2017年，西门子MindSphere针对中国市场布局已然开展。
然而，西门子Mindsphere要进入中国市场，首先需要在国内有本地数据中心，在国内寻求云服务合作伙伴，就成为西门子此前需要抉择之处。
2017年11月，西门子大中华区数字化工业集团总经理王海滨曾对外表示，西门子考虑与航天科工（航天云网）合作。不过，王海滨当时也表示，“我们会看看航天科工在底层 IaaS 方面建设的程度是不是达到了MindSphere能往上迁移的程度。如果具备条件，将来有这个可能性。”
时隔将近一年，2018年7月9日，西门子在IaaS层云服务最终选择了同为国际榜单前三的阿里云，与阿里云在柏林签署备忘录，共同推进中国工业物联网的发展。2019年4月1日，西门子MindSphere正式在阿里云上成功部署并运营，西门子MindSphere也得以正式进入中国。
至此，西门子MindSphere正式集齐三朵“云”，同时也如愿进入中国市场。而西门子在工业互联网围绕MindSphere的一系列布局，也正符合其此前提出的全球布局的策略：按照西门子此前规划，MindSphere第一批布局国家主要是中欧、北欧、美国、英国；第二批覆盖中南欧如意大利、瑞士等；考虑到中国的法律以及政策环境，中国成为第三批进行覆盖的国家。

中国工业互联网觉醒期，西门子的思考与布局

随着MindSphere进入中国市场，西门子针对中国市场的更多布局也逐渐明晰。
在「2019西门子中国创新峰会」上，西门子也进一步官宣了其针对中国市场的以下针对性布局：
  • 西门子在德国以外的首个人工智能实验室将落户北京；
  • 2017年9月，西门子与清华大学在北京建立先进工业机器人联合研究中心，峰会上再次宣布联合清华大学在能源互联网技术领域展开合作；
  • 2013年，西门子在成都建立了德国以外首个数字化工厂，峰会上再次宣布与成都市政府合作建立的两座创新中心即将开幕。
据西门子官方信息显示，截至2018财年（2017年10月1日—2018年9月30日），西门子在中国拥有21个研发中心，超过5000名研发和工程人员以及约13000项有效专利和专利申请。
此外，值得注意的是，2018年8月，西门子发布“公司愿景2020+”，提出开拓新的增长领域：物联网（IoT）集成服务。
与此同时，尽管工业互联网呼声很高，但仍处于初期阶段。
截至目前，全球有1100个客户在MindSphere上开了账号，西门子在德国成立了MindSphere联盟，联盟的会员单位有90个。MindSphere现有300个生态合作伙伴，已有130万台设备与其进行了连接到。
尽管如此，即使看好工业互联网的西门子，其软件营收目前在整体营收中占比仍不足6%。
博乐仁在介绍西门子现有软硬件业务占比时表示，“我们软件的营收达到45亿欧元。公司总营收是850亿欧元左右，因而，软件营收目前占比并不大，但是增长非常快。之所以一直在强调软件和数字化，是因为软件正在改变我们的商业模式，甚至影响到硬件。在西门子中，软件角色首先是增长最快的业务之一，同时也是一个赋能因素，为更多的硬件业务和新业务赋能。”
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