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一文读懂:什么是工业物联网?
一文读懂:什么是工业物联网?
录入时间:2020/5/18 18:00:53

一文读懂:什么是工业物联网?

IIoTIndustrial Internet of Things)是工业物联网的简称 —— 微型低成本传感器和高带宽无线网络的出现,意味着当下只要有一定水平的数字智能,即使是最小的设备也可以连接起来。对它们进行监控和跟踪,共享它们的状态数据,并与其他设备进行通信。然后还可以收集和分析所有的这些数据,来提高业务流程的效率。

IIoT之所以重要,是因为它有助于企业更快更好地做出决策,它带来的变化也与许多企业正在进行的数字转型项目密切相关。

 

IIoT不应该与消费者物联网混淆,但是消费物联网的核心理念与IIoT基本相同:使用传感器和自动化来提高效率。

根据相关数据,到2025年,与全球工业物联网的连接数量将达到138亿,其中大中华区的连接数将达到41亿,约占全球市场的1/3。与此同时,根据工业和信息技术部的数据,中国工业物联网市场的年收入增长率约为25%,2018年超过3000亿元人民币。这表明物联网和工业物联网正迎来一个快速发展的时期。

IIoT的应用

如果把物联网在工业行业里的应用抽象出来,我们可以总结为四个层次:数据的采集与展示、基础的数据分析与管理、深度数据分析与应用、工业控制。

 

▶数据采集与展示:主要是将工业设备传感器上采集到的数据信息传输到云平台,并用可视化的方式将数据呈现出来。

▶基础数据分析与管理:偏向于通用分析工具的阶段,不涉及基于垂直领域深入行业知识的数据分析,基于云平台采集到的设备数据,并产生一些SaaS应用,比如设备性能指标异常的告警、故障代码查询、故障原因的关联分析等。基于这些数据分析结果,也会有一些通用的设备管理功能,像设备的开关机、调整状态、远程锁机及解锁等,这些管理应用根据具体的领域需求而不同。

▶深度数据分析与应用:深度的数据分析,则涉及到具体领域的行业知识,需要特定领域的行业专家来实施,具体根据设备的领域和特性建立数据分析模型。

▶工业控制:工业物联网的目的就是能对工业过程实施精准控制。基于前述传感器数据的采集、展示、建模、分析、应用等过程,在云端形成决策,并转换成工业设备可以理解的控制指令,对工业设备进行操作,实现工业设备资源之间的精准的信息交互和高效协作。

工业领域包括众多垂直行业,每个行业的特性差异巨大,物联网与每个行业的结合,也都要根据行业自身特性来调整。虽然目前主要是由大型企业采用,但随着硬件和服务价格的下降,它可能会被更广泛地采用。目前工业物联网应用:

智能化工厂

借助机器学习的算法,再结合IIoT网络从传感器以及其他相关来源获取实时以及历史数据,来对机器的各方面进行预测,从而保证机器的有效运转和降低维修成本。还能能够增强设施管理的有效性。制造设备容易磨损,也容易受到特定条件的影响。传感器与工业物联网软件相结合,可以监测温度、振动和其他可能导致低于最佳运行条件的因素。通过确保机器的特定工作环境,制造商可以节约能源,降低成本,消除机器停机时间,提高操作效率。

此外,IIoT领导者正在将物联网与分析相结合,以便持续监控健康和安全的关键绩效指标,以确保更好的工作环境。如果指标异常(比如工厂发生的事故数量),可以立即得到解决。物联网设备(包括智能摄像头、智能传感器和智能信标)还增强了员工和资产的安全性,从而为安全操作提供新的智能水平。

物流与供应链

工业物联网通过使用连网设备来创建高度连接的供应链“资产”,从而提高了货物的端到端可见性,提供对实时供应链信息的访问。可以从一系列传感器中检索信息,包括GPS、温度和湿度等。通过将工厂与供应商连接起来,与供应链相关的所有各方都可以追踪相互依赖性,材料流动和制造周期时间。这些数据将有助于制造商预测问题,减少库存和资本需求。

作为一种新的制造技术的产物,工业互联网被许多业内人士称为物联网时代的新入口。只要你能实现1%的效率提高,它就会产生不可估量的经济价值,1%就能神奇地进入一个巨大的经济体。

"工业" 是当今科技最重要的趋势之一。在计算和通信领域、工业和它的 "智能" 设备方面的创新融合,不仅会改变用户与机器之间的交互,而且还会使机器相互接触的方式更加革命性。

IIoT将大大改变未来,不仅是对工业系统,但也为许多人参与。如果我们能充分发挥工业的能力,很多人将有机会改善他们的职业生涯和生活水准,因为他们创造了无数的增值机会。

IIoT的挑战

IIoT设备的使用寿命比消费品长得多。物联网和设备执行副总裁迈克·贝尔(Mike bell)估计,平均使用寿命为7至10年。即使超出了原来的规模和使用寿命,实现过程也很复杂。

▶缺乏标准化:有多种不同的格式和技术可以满足连接设备之间机器对机器通信的不同要求。物理层技术如Sigfox和ZigBee,以及软件层如Weave和Iotivity,所有这些对于一个完全运行的IIoT环境来说都是必不可少的,它们必须是可互操作的。

▶与传统技术的集成:许多较旧的设备不是为现代IIoT技术提供清晰可读的数据格式而设计的,因此,几十年前的工厂控制器可能需要进行一些改造,才能与复杂的新IIoT基础设施进行通信。

▶安全问题:任何设备由网络通信控制,面对互联网很容易被黑客攻击,IIoT没有办法免除这一点。就像消费物联网一样,IIoT也有很多安全问题。想想Mirai僵尸网络吧,是由安全性差的摄像头和其他设备构成的巨大DDoS武器。除了可能使用损坏的IIOT设备创建大型僵尸网络外,还存在一个问题,即可以利用漏洞窃取网络上的私有数据,这是另一种攻击手段。IIoT必须应对这些担忧,还要面对关键的国家基础设施面临网络攻击的风险。

5G是IIoT的最佳拍档

IIoT仍主要处于试验和试点阶段,只有少数大型制造商进行了大量投资。随着传感器变得更小巧和廉价,特别是5G网络更加普及后,5G大带宽、低时延、广覆盖的特点,使得一些传统4G网络无法实现的工业互联网场景在5G时代将成为可能,人们对IIoT的兴趣可能会继续增长。

例如,在港口码头,钢铁吊臂在码头和船只之间转移和装载大型货物,需要将时延、精度误差降低最低,同时能够第一时间察觉异常情况并在边缘侧迅速响应,这在过去只能是一种想象。又如,高温高危的钢铁厂亟需实现无人操作,且能将上千度的钢水瞬间精确倾倒,其时延需要低至数毫秒,这在4G时代也是天方夜谭。

您可能会有疑问:既然上述场景对网络时延和稳定性提出如此严苛的要求,那么为什么不采用稳定高速的有线方式?事实上,有线方式看似简单易行,实则问题重重。因为有线网络部署相对复杂,后续升级改造也涉及大量工作;而且有线网络的使用是条件限制的,而工业物联网环境复杂多样,有线网络并非能够布放到任何有需求的地方。相对而言,以5G为代表的无线网络是更加经济高效的连接方式。

工业领域的设备投入巨大,无论是机床、生产线,还是机械设备,生产过程中的故障导致的停工,往往会影响整条生产线,甚至整个产品交付周期。

为确保稳定性,工业领域的控制系统还是以本地为主,部署大量的硬件和软件系统。这一方面,导致整个控制系统非常复杂投入巨大,另一方面,也限制了系统的灵活性和可扩展性。在消费者需求日新月异的今天,生产系统的更新跟不上消费者需求的变化,也会导致错失很多新的机会。

此外,当前的移动通信系统在工业物联网领域的应用涉及并不深入,虽然4G在网速上已经有很大的提升,能满足用户随时观看视频的需求,但网络的可靠性和时延都还有很大的提升空间,并不能满足工业场景的要求。

4G在工业场景的应用,更多是在对实时性要求不高的场景里,作为数据上传到云端的一种方式。比如工厂里的机床设备,每5-10秒钟会采集一次数据,这些数据汇总一般会汇集到一个统一的终端,由终端通过4G发送到云平台。

工业领域对通信系统的这些需求,5G的技术标准可以很好的满足,极低的时延,保证了工业领域实时监测和控制的要求;高可靠的网络质量,确保了工业系统对稳定性的要求;大带宽则可以实现高清3D视频,甚至AR的传输,在远程操控领域大幅提高了操作精度。

对于工业领域来说,高可靠低时延的通信系统可以说是至关重要。一直以来工业物联网的应用只能停留在表层的数据采集展示和由此延伸出来的一些管理功能,很难涉及到工业系统的控制等核心领域,其中通信系统的稳定性和延时达不到要求是其中主要的制约因素。

在研究机构看来,IIoT的潜力不可限量。根据GSMA Intelligence发布的报告,未来电信行业5G与物联网的市场机会更多依赖于企业,而非个人用户。从物联网的角度来看,尽管目前消费电子产品和智能家居等场景是物联网的主力,然而未来企业市场的潜力不可限量。从制造业到电力行业,5G和物联网将创造新的机会,满足多种多样的企业需求。

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