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一文讀懂:什麼是工業物聯網?

IIoT(Industrial Internet of Things)是工業物聯網的簡稱 —— 微型低成本傳感器和高帶寬無線網絡的出現,意味着當下隻要有一定水準的數字智能,即使是最小的裝置也可以連接配接起來。對它們進行監控和跟蹤,共享它們的狀态資料,并與其他裝置進行通信。然後還可以收集和分析所有的這些資料,來提高業務流程的效率。

IIoT之是以重要,是因為它有助于企業更快更好地做出決策,它帶來的變化也與許多企業正在進行的數字轉型項目密切相關。

一文讀懂:什麼是工業物聯網?

IIoT不應該與消費者物聯網混淆,但是消費物聯網的核心理念與IIoT基本相同:使用傳感器和自動化來提高效率。

根據相關資料,到2025年,與全球工業物聯網的連接配接數量将達到138億,其中大中華區的連接配接數将達到41億,約占全球市場的1/3。與此同時,根據工業和資訊技術部的資料,中國工業物聯網市場的年收入增長率約為25%,2018年超過3000億元人民币。這表明物聯網和工業物聯網正迎來一個快速發展的時期。

IIoT的應用

如果把物聯網在工業行業裡的應用抽象出來,我們可以總結為四個層次:資料的采集與展示、基礎的資料分析與管理、深度資料分析與應用、工業控制。

一文讀懂:什麼是工業物聯網?

▶資料采集與展示:主要是将工業裝置傳感器上采集到的資料資訊傳輸到雲平台,并用可視化的方式将資料呈現出來。

▶基礎資料分析與管理:偏向于通用分析工具的階段,不涉及基于垂直領域深入行業知識的資料分析,基于雲平台采集到的裝置資料,并産生一些SaaS應用,比如裝置性能名額異常的告警、故障代碼查詢、故障原因的關聯分析等。基于這些資料分析結果,也會有一些通用的裝置管理功能,像裝置的開關機、調整狀态、遠端鎖機及解鎖等,這些管理應用根據具體的領域需求而不同。

▶深度資料分析與應用:深度的資料分析,則涉及到具體領域的行業知識,需要特定領域的行業專家來實施,具體根據裝置的領域和特性建立資料分析模型。

▶工業控制:工業物聯網的目的就是能對工業過程實施精準控制。基于前述傳感器資料的采集、展示、模組化、分析、應用等過程,在雲端形成決策,并轉換成工業裝置可以了解的控制指令,對工業裝置進行操作,實作工業裝置資源之間的精準的資訊互動和高效協作。

工業領域包括衆多垂直行業,每個行業的特性差異巨大,物聯網與每個行業的結合,也都要根據行業自身特性來調整。雖然目前主要是由大型企業采用,但随着硬體和服務價格的下降,它可能會被更廣泛地采用。目前工業物聯網應用:

智能化工廠

借助機器學習的算法,再結合IIoT網絡從傳感器以及其他相關來源擷取實時以及曆史資料,來對機器的各方面進行預測,進而保證機器的有效運轉和降低維修成本。還能能夠增強設施管理的有效性。制造裝置容易磨損,也容易受到特定條件的影響。傳感器與工業物聯網軟體相結合,可以監測溫度、振動和其他可能導緻低于最佳運作條件的因素。通過確定機器的特定工作環境,制造商可以節約能源,降低成本,消除機器停機時間,提高操作效率。

此外,IIoT上司者正在将物聯網與分析相結合,以便持續監控健康和安全的關鍵績效名額,以確定更好的工作環境。如果名額異常(比如工廠發生的事故數量),可以立即得到解決。物聯網裝置(包括智能攝像頭、智能傳感器和智能信标)還增強了員工和資産的安全性,進而為安全操作提供新的智能水準。

物流與供應鍊

工業物聯網通過使用連網裝置來建立高度連接配接的供應鍊“資産”,進而提高了貨物的端到端可見性,提供對實時供應鍊資訊的通路。可以從一系列傳感器中檢索資訊,包括GPS、溫度和濕度等。通過将工廠與供應商連接配接起來,與供應鍊相關的所有各方都可以追蹤互相依賴性,材料流動和制造周期時間。這些資料将有助于制造商預測問題,減少庫存和資本需求。

作為一種新的制造技術的産物,工業網際網路被許多業内人士稱為物聯網時代的新入口。隻要你能實作1%的效率提高,它就會産生不可估量的經濟價值,1%就能神奇地進入一個巨大的經濟體。

"工業" 是當今科技最重要的趨勢之一。在計算和通信領域、工業和它的 "智能" 裝置方面的創新融合,不僅會改變使用者與機器之間的互動,而且還會使機器互相接觸的方式更加革命性。

IIoT将大大改變未來,不僅是對工業系統,但也為許多人參與。如果我們能充分發揮工業的能力,很多人将有機會改善他們的職業生涯和生活水準,因為他們創造了無數的增值機會。

IIoT的挑戰

IIoT裝置的使用壽命比消費品長得多。物聯網和裝置執行副總裁邁克·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模和使用壽命,實作過程也很複雜。

▶缺乏标準化:有多種不同的格式和技術可以滿足連接配接裝置之間機器對機器通信的不同要求。實體層技術如Sigfox和ZigBee,以及軟體層如Weave和Iotivity,所有這些對于一個完全運作的IIoT環境來說都是必不可少的,它們必須是可互操作的。

▶與傳統技術的內建:許多較舊的裝置不是為現代IIoT技術提供清晰可讀的資料格式而設計的,是以,幾十年前的工廠控制器可能需要進行一些改造,才能與複雜的新IIoT基礎設施進行通信。

▶安全問題:任何裝置由網絡通信控制,面對網際網路很容易被黑客攻擊,IIoT沒有辦法免除這一點。就像消費物聯網一樣,IIoT也有很多安全問題。想想Mirai僵屍網絡吧,是由安全性差的攝像頭和其他裝置構成的巨大DDoS武器。除了可能使用損壞的IIOT裝置建立大型僵屍網絡外,還存在一個問題,即可以利用漏洞竊取網絡上的私有資料,這是另一種攻擊手段。IIoT必須應對這些擔憂,還要面對關鍵的國家基礎設施面臨網絡攻擊的風險。

5G是IIoT的最佳拍檔

IIoT仍主要處于試驗和試點階段,隻有少數大型制造商進行了大量投資。随着傳感器變得更小巧和廉價,特别是5G網絡更加普及後,5G大帶寬、低延遲時間、廣覆寫的特點,使得一些傳統4G網絡無法實作的工業網際網路場景在5G時代将成為可能,人們對IIoT的興趣可能會繼續增長。

例如,在港口碼頭,鋼鐵吊臂在碼頭和船隻之間轉移和裝載大型貨物,需要将時延、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迅速響應,這在過去隻能是一種想象。又如,高溫高危的鋼鐵廠亟需實作無人操作,且能将上千度的鋼水瞬間精确傾倒,其時延需要低至數毫秒,這在4G時代也是天方夜譚。

您可能會有疑問:既然上述場景對網絡時延和穩定性提出如此嚴苛的要求,那麼為什麼不采用穩定高速的有線方式?事實上,有線方式看似簡單易行,實則問題重重。因為有線網絡部署相對複雜,後續更新改造也涉及大量工作;而且有線網絡的使用是條件限制的,而工業物聯網環境複雜多樣,有線網絡并非能夠布放到任何有需求的地方。相對而言,以5G為代表的無線網絡是更加經濟高效的連接配接方式。

工業領域的裝置投入巨大,無論是機床、生産線,還是機械裝置,生産過程中的故障導緻的停工,往往會影響整條生産線,甚至整個産品傳遞周期。

為確定穩定性,工業領域的控制系統還是以本地為主,部署大量的硬體和軟體系統。這一方面,導緻整個控制系統非常複雜投入巨大,另一方面,也限制了系統的靈活性和可擴充性。在消費者需求日新月異的今天,生産系統的更新跟不上消費者需求的變化,也會導緻錯失很多新的機會。

此外,目前的移動通信系統在工業物聯網領域的應用涉及并不深入,雖然4G在網速上已經有很大的提升,能滿足使用者随時觀看視訊的需求,但網絡的可靠性和時延都還有很大的提升空間,并不能滿足工業場景的要求。

4G在工業場景的應用,更多是在對實時性要求不高的場景裡,作為資料上傳到雲端的一種方式。比如工廠裡的機床裝置,每5-10秒鐘會采集一次資料,這些資料彙總一般會彙集到一個統一的終端,由終端通過4G發送到雲平台。

工業領域對通信系統的這些需求,5G的技術标準可以很好的滿足,極低的時延,保證了工業領域實時監測和控制的要求;高可靠的網絡品質,確定了工業系統對穩定性的要求;大帶寬則可以實作高清3D視訊,甚至AR的傳輸,在遠端操控領域大幅提高了操作精度。

對于工業領域來說,高可靠低延遲時間的通信系統可以說是至關重要。一直以來工業物聯網的應用隻能停留在表層的資料采集展示和由此延伸出來的一些管理功能,很難涉及到工業系統的控制等核心領域,其中通信系統的穩定性和延時達不到要求是其中主要的制約因素。

在研究機構看來,IIoT的潛力不可限量。根據GSMA Intelligence釋出的報告,未來電信行業5G與物聯網的市場機會更多依賴于企業,而非個人使用者。從物聯網的角度來看,盡管目前消費電子産品和智能家居等場景是物聯網的主力,然而未來企業市場的潛力不可限量。從制造業到電力行業,5G和物聯網将創造新的機會,滿足多種多樣的企業需求。

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