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一文讀懂：什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)？

來源：電子產(chǎn)品世界 2022-01-25 21:00:16

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IIoT（Industrial Internet of Things）是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的簡稱 —— 微型低成本傳感器和高帶寬無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，意味著當(dāng)下只要有一定水平的數(shù)字智能，即使是最小的設(shè)備也可以連接起來。對它們進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤，共享它們的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與其他設(shè)備進(jìn)行通信。然后還可以收集和分析所有的這些數(shù)據(jù)，來提高業(yè)務(wù)流程的效率。

IIoT之所以重要，是因?yàn)樗兄谄髽I(yè)更快更好地做出決策，它帶來的變化也與許多企業(yè)正在進(jìn)行的數(shù)字轉(zhuǎn)型項(xiàng)目密切相關(guān)。

IIoT不應(yīng)該與消費(fèi)者物聯(lián)網(wǎng)混淆，但是消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)的核心理念與IIoT基本相同：使用傳感器和自動化來提高效率。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，到2025年，與全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的連接數(shù)量將達(dá)到138億，其中大中華區(qū)的連接數(shù)將達(dá)到41億，約占全球市場的1/3。與此同時，根據(jù)工業(yè)和信息技術(shù)部的數(shù)據(jù)，中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場的年收入增長率約為25%，2018年超過3000億元人民幣。這表明物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正迎來一個快速發(fā)展的時期。

IIoT的應(yīng)用

如果把物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)行業(yè)里的應(yīng)用抽象出來，我們可以總結(jié)為四個層次：數(shù)據(jù)的采集與展示、基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與管理、深度數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、工業(yè)控制。

?數(shù)據(jù)采集與展示：主要是將工業(yè)設(shè)備傳感器上采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆破脚_，并用可視化的方式將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來。

?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析與管理：偏向于通用分析工具的階段，不涉及基于垂直領(lǐng)域深入行業(yè)知識的數(shù)據(jù)分析，基于云平臺采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生一些SaaS應(yīng)用，比如設(shè)備性能指標(biāo)異常的告警、故障代碼查詢、故障原因的關(guān)聯(lián)分析等?；谶@些數(shù)據(jù)分析結(jié)果，也會有一些通用的設(shè)備管理功能，像設(shè)備的開關(guān)機(jī)、調(diào)整狀態(tài)、遠(yuǎn)程鎖機(jī)及解鎖等，這些管理應(yīng)用根據(jù)具體的領(lǐng)域需求而不同。

?深度數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用：深度的數(shù)據(jù)分析，則涉及到具體領(lǐng)域的行業(yè)知識，需要特定領(lǐng)域的行業(yè)專家來實(shí)施，具體根據(jù)設(shè)備的領(lǐng)域和特性建立數(shù)據(jù)分析模型。

?工業(yè)控制：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目的就是能對工業(yè)過程實(shí)施精準(zhǔn)控制?；谇笆鰝鞲衅鲾?shù)據(jù)的采集、展示、建模、分析、應(yīng)用等過程，在云端形成決策，并轉(zhuǎn)換成工業(yè)設(shè)備可以理解的控制指令，對工業(yè)設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備資源之間的精準(zhǔn)的信息交互和高效協(xié)作。

工業(yè)領(lǐng)域包括眾多垂直行業(yè)，每個行業(yè)的特性差異巨大，物聯(lián)網(wǎng)與每個行業(yè)的結(jié)合，也都要根據(jù)行業(yè)自身特性來調(diào)整。雖然目前主要是由大型企業(yè)采用，但隨著硬件和服務(wù)價格的下降，它可能會被更廣泛地采用。目前工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：

智能化工廠

借助機(jī)器學(xué)習(xí)的算法，再結(jié)合IIoT網(wǎng)絡(luò)從傳感器以及其他相關(guān)來源獲取實(shí)時以及歷史數(shù)據(jù)，來對機(jī)器的各方面進(jìn)行預(yù)測，從而保證機(jī)器的有效運(yùn)轉(zhuǎn)和降低維修成本。還能能夠增強(qiáng)設(shè)施管理的有效性。制造設(shè)備容易磨損，也容易受到特定條件的影響。傳感器與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件相結(jié)合，可以監(jiān)測溫度、振動和其他可能導(dǎo)致低于最佳運(yùn)行條件的因素。通過確保機(jī)器的特定工作環(huán)境，制造商可以節(jié)約能源，降低成本，消除機(jī)器停機(jī)時間，提高操作效率。

此外，IIoT領(lǐng)導(dǎo)者正在將物聯(lián)網(wǎng)與分析相結(jié)合，以便持續(xù)監(jiān)控健康和安全的關(guān)鍵績效指標(biāo)，以確保更好的工作環(huán)境。如果指標(biāo)異常（比如工廠發(fā)生的事故數(shù)量），可以立即得到解決。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（包括智能攝像頭、智能傳感器和智能信標(biāo)）還增強(qiáng)了員工和資產(chǎn)的安全性，從而為安全操作提供新的智能水平。

物流與供應(yīng)鏈

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過使用連網(wǎng)設(shè)備來創(chuàng)建高度連接的供應(yīng)鏈“資產(chǎn)”，從而提高了貨物的端到端可見性，提供對實(shí)時供應(yīng)鏈信息的訪問?？梢詮囊幌盗袀鞲衅髦袡z索信息，包括GPS、溫度和濕度等。通過將工廠與供應(yīng)商連接起來，與供應(yīng)鏈相關(guān)的所有各方都可以追蹤相互依賴性，材料流動和制造周期時間。這些數(shù)據(jù)將有助于制造商預(yù)測問題，減少庫存和資本需求。

作為一種新的制造技術(shù)的產(chǎn)物，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被許多業(yè)內(nèi)人士稱為物聯(lián)網(wǎng)時代的新入口。只要你能實(shí)現(xiàn)1%的效率提高，它就會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)價值，1%就能神奇地進(jìn)入一個巨大的經(jīng)濟(jì)體。

"工業(yè)" 是當(dāng)今科技最重要的趨勢之一。在計算和通信領(lǐng)域、工業(yè)和它的 "智能" 設(shè)備方面的創(chuàng)新融合，不僅會改變用戶與機(jī)器之間的交互，而且還會使機(jī)器相互接觸的方式更加革命性。

IIoT將大大改變未來，不僅是對工業(yè)系統(tǒng)，但也為許多人參與。如果我們能充分發(fā)揮工業(yè)的能力，很多人將有機(jī)會改善他們的職業(yè)生涯和生活水準(zhǔn)，因?yàn)樗麄儎?chuàng)造了無數(shù)的增值機(jī)會。

IIoT的挑戰(zhàn)

IIoT設(shè)備的使用壽命比消費(fèi)品長得多。物聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備執(zhí)行副總裁邁克·貝爾（Mike bell）估計，平均使用壽命為7至10年。即使超出了原來的規(guī)模和使用壽命，實(shí)現(xiàn)過程也很復(fù)雜。

?缺乏標(biāo)準(zhǔn)化：有多種不同的格式和技術(shù)可以滿足連接設(shè)備之間機(jī)器對機(jī)器通信的不同要求。物理層技術(shù)如Sigfox和ZigBee，以及軟件層如Weave和Iotivity，所有這些對于一個完全運(yùn)行的IIoT環(huán)境來說都是必不可少的，它們必須是可互操作的。

?與傳統(tǒng)技術(shù)的集成：許多較舊的設(shè)備不是為現(xiàn)代IIoT技術(shù)提供清晰可讀的數(shù)據(jù)格式而設(shè)計的，因此，幾十年前的工廠控制器可能需要進(jìn)行一些改造，才能與復(fù)雜的新IIoT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信。

?安全問題：任何設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)通信控制，面對互聯(lián)網(wǎng)很容易被黑客攻擊，IIoT沒有辦法免除這一點(diǎn)。就像消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)一樣，IIoT也有很多安全問題。想想Mirai僵尸網(wǎng)絡(luò)吧，是由安全性差的攝像頭和其他設(shè)備構(gòu)成的巨大DDoS武器。除了可能使用損壞的IIOT設(shè)備創(chuàng)建大型僵尸網(wǎng)絡(luò)外，還存在一個問題，即可以利用漏洞竊取網(wǎng)絡(luò)上的私有數(shù)據(jù)，這是另一種攻擊手段。IIoT必須應(yīng)對這些擔(dān)憂，還要面對關(guān)鍵的國家基礎(chǔ)設(shè)施面臨網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險。

5G是IIoT的最佳拍檔

IIoT仍主要處于試驗(yàn)和試點(diǎn)階段，只有少數(shù)大型制造商進(jìn)行了大量投資。隨著傳感器變得更小巧和廉價，特別是5G網(wǎng)絡(luò)更加普及后，5G大帶寬、低時延、廣覆蓋的特點(diǎn)，使得一些傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景在5G時代將成為可能，人們對IIoT的興趣可能會繼續(xù)增長。

例如，在港口碼頭，鋼鐵吊臂在碼頭和船只之間轉(zhuǎn)移和裝載大型貨物，需要將時延、精度誤差降低最低，同時能夠第一時間察覺異常情況并在邊緣側(cè)迅速響應(yīng)，這在過去只能是一種想象。又如，高溫高危的鋼鐵廠亟需實(shí)現(xiàn)無人操作，且能將上千度的鋼水瞬間精確傾倒，其時延需要低至數(shù)毫秒，這在4G時代也是天方夜譚。

您可能會有疑問：既然上述場景對網(wǎng)絡(luò)時延和穩(wěn)定性提出如此嚴(yán)苛的要求，那么為什么不采用穩(wěn)定高速的有線方式？事實(shí)上，有線方式看似簡單易行，實(shí)則問題重重。因?yàn)橛芯€網(wǎng)絡(luò)部署相對復(fù)雜，后續(xù)升級改造也涉及大量工作；而且有線網(wǎng)絡(luò)的使用是條件限制的，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜多樣，有線網(wǎng)絡(luò)并非能夠布放到任何有需求的地方。相對而言，以5G為代表的無線網(wǎng)絡(luò)是更加經(jīng)濟(jì)高效的連接方式。

工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備投入巨大，無論是機(jī)床、生產(chǎn)線，還是機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)過程中的故障導(dǎo)致的停工，往往會影響整條生產(chǎn)線，甚至整個產(chǎn)品交付周期。

為確保穩(wěn)定性，工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)還是以本地為主，部署大量的硬件和軟件系統(tǒng)。這一方面，導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)非常復(fù)雜投入巨大，另一方面，也限制了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。在消費(fèi)者需求日新月異的今天，生產(chǎn)系統(tǒng)的更新跟不上消費(fèi)者需求的變化，也會導(dǎo)致錯失很多新的機(jī)會。

此外，當(dāng)前的移動通信系統(tǒng)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用涉及并不深入，雖然4G在網(wǎng)速上已經(jīng)有很大的提升，能滿足用戶隨時觀看視頻的需求，但網(wǎng)絡(luò)的可靠性和時延都還有很大的提升空間，并不能滿足工業(yè)場景的要求。

4G在工業(yè)場景的應(yīng)用，更多是在對實(shí)時性要求不高的場景里，作為數(shù)據(jù)上傳到云端的一種方式。比如工廠里的機(jī)床設(shè)備，每5-10秒鐘會采集一次數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)匯總一般會匯集到一個統(tǒng)一的終端，由終端通過4G發(fā)送到云平臺。

工業(yè)領(lǐng)域?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的這些需求，5G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以很好的滿足，極低的時延，保證了工業(yè)領(lǐng)域?qū)崟r監(jiān)測和控制的要求；高可靠的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，確保了工業(yè)系統(tǒng)對穩(wěn)定性的要求；大帶寬則可以實(shí)現(xiàn)高清3D視頻，甚至AR的傳輸，在遠(yuǎn)程操控領(lǐng)域大幅提高了操作精度。

對于工業(yè)領(lǐng)域來說，高可靠低時延的通信系統(tǒng)可以說是至關(guān)重要。一直以來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用只能停留在表層的數(shù)據(jù)采集展示和由此延伸出來的一些管理功能，很難涉及到工業(yè)系統(tǒng)的控制等核心領(lǐng)域，其中通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和延時達(dá)不到要求是其中主要的制約因素。

在研究機(jī)構(gòu)看來，IIoT的潛力不可限量。根據(jù)GSMA Intelligence發(fā)布的報告，未來電信行業(yè)5G與物聯(lián)網(wǎng)的市場機(jī)會更多依賴于企業(yè)，而非個人用戶。從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，盡管目前消費(fèi)電子產(chǎn)品和智能家居等場景是物聯(lián)網(wǎng)的主力，然而未來企業(yè)市場的潛力不可限量。從制造業(yè)到電力行業(yè)，5G和物聯(lián)網(wǎng)將創(chuàng)造新的機(jī)會，滿足多種多樣的企業(yè)需求。

關(guān)鍵詞： IoT IIoT 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)