工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的擴展，在消費領域有許多應用。物聯(lián)網(wǎng)用例包括，例如，Amazon Echo等智能家居設備，使用Alexa語音識別功能遠程關燈。

在工業(yè)運營中，該技術在基礎設施復雜、設備大型的環(huán)境中得到了大規(guī)模的商業(yè)應用。相比之下，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以遠程管理整個工廠的供暖、通風和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。這只是一個簡化和改進企業(yè)運營管理的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用例。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是如何工作的?

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一個子類，企業(yè)正在重新定義如何連接、監(jiān)控、分析工業(yè)數(shù)據(jù)并對其采取行動，以降低成本并促進增長。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)背后的理念是使用工業(yè)設施中“啞巴設備”多年來產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。裝配線上的智能機器不僅可以更快地捕獲和分析數(shù)據(jù)，且在交流重要信息方面也更快，這有助于更快、更準確地做出業(yè)務決策。

信息技術(IT)和運營技術(OT)的集成推動了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。它是連接設備和設備的網(wǎng)絡矩陣，通過傳感器技術收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，并將其直接集成到作為服務的平臺中。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將預示著工業(yè)用例的新時代，有許多經(jīng)濟擴張的機會。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)從工廠車間收集大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過連接節(jié)點傳輸，在服務器上進行分析，并在云平臺上將信息轉(zhuǎn)化為可操作的見解。這鼓勵企業(yè)為其特定市場和目標受眾做出更好的決策。換言之，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個將執(zhí)行器、傳感器、控制器、連接開關、網(wǎng)關和工業(yè)個人計算機(IPC)等邊緣設備連接到云端的系統(tǒng)。

工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有什么關聯(lián)？

工業(yè)4.0是第四次工業(yè)革命的產(chǎn)物。第四次工業(yè)革命的定義是傳統(tǒng)的自動化制造與由智能技術和自主通信設備驅(qū)動的工業(yè)流程的集成。

“工業(yè)4.0”一詞，簡稱為I4.0或I4，出現(xiàn)于2011年，是德國政府在過去20年里大力倡導工業(yè)流程數(shù)字化的一項倡議。

正如波士頓咨詢集團所述，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的主要支柱，此外還有增材制造或3D打印、增強現(xiàn)實(AR)、自主機器人、大數(shù)據(jù)分析、云計算、網(wǎng)絡安全、橫向和縱向系統(tǒng)集成以及模擬。這是因為機器之間的自主通信和分散的數(shù)字環(huán)境能夠自動解決以前需要人工干預的問題。

工業(yè)4.0在更廣泛的范圍內(nèi)涵蓋了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0背后的驅(qū)動力，沒有它就不會有工業(yè)4.0。換句話說，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)僅限于數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理和特定領域的智能應用。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

典型的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)描述了數(shù)字系統(tǒng)的排列，使它們共同提供傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設備、數(shù)據(jù)存儲和其他層之間的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)連接。因此，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)必須具備以下幾點：

1、網(wǎng)絡邊緣的物聯(lián)網(wǎng)設備

這些是位于物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)邊緣的網(wǎng)絡對象的分組。這些位置盡可能靠近數(shù)據(jù)源的位置。這些通常是工業(yè)環(huán)境中的無線執(zhí)行器和傳感器。一個處理單元或小型計算設備和一組觀察端點集合。邊緣物聯(lián)網(wǎng)設備可能包括棕地環(huán)境中的傳統(tǒng)設備、攝像頭、音箱、傳感器以及其他儀表和監(jiān)視器。

在網(wǎng)絡最偏遠的邊緣會發(fā)生什么?傳感器從周圍環(huán)境和其所監(jiān)測的物品中獲取數(shù)據(jù)，然后將信息轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)平臺可以分析的指標和數(shù)字，并將其轉(zhuǎn)化為可操作的見解。執(zhí)行器控制所觀察環(huán)境中發(fā)生的過程。它們改變了產(chǎn)生數(shù)據(jù)的物理環(huán)境。

2、邊緣數(shù)據(jù)管理和初始處理

沒有高質(zhì)量、海量的數(shù)據(jù)，復雜的分析和人工智能就無法充分發(fā)揮其潛力。即使在傳感器級別，也可以進行數(shù)據(jù)處理。

在這方面，邊緣計算提供了最快的答案，因為數(shù)據(jù)是在網(wǎng)絡的邊緣，在傳感器本身進行預處理的。在這里，可以對數(shù)字和聚合數(shù)據(jù)進行分析。一旦收集了相關的見解，就可以進入下一個階段，而不是發(fā)送所有收集到的信息。這種額外的處理減少了發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云的數(shù)據(jù)量。

3、用于高級處理的云

邊緣設備的預處理能力受到限制。雖然已盡可能地接近邊緣，以限制本地計算能力的消耗，但用戶將需要利用云來進行更深入和徹底的處理。

而此時，必須選擇是優(yōu)先考慮邊緣設備的敏捷性和即時性，還是優(yōu)先考慮云計算的高級見解。基于云的解決方案可以執(zhí)行大量的處理。在這里，可以聚合來自不同來源的數(shù)據(jù)，并提供在邊緣無法獲得的見解。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的背景下，云將具有：

集線器:除了遙測和設備控制外，其還提供與現(xiàn)場系統(tǒng)的安全鏈接。如果需要，集線器可以跨多個位置提供與本地系統(tǒng)的遠程連接。它維護所有通信元素，例如連接管理、安全通信通道以及設備驗證和授權。

存儲:用于存儲處理前后的信息。

分析:有助于數(shù)據(jù)處理和分析。

用戶界面:提供了將分析結(jié)果傳遞給終端用戶的可視化，通常是通過Web瀏覽器界面，也可以通過電子郵件、短信和電話提醒。

4、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關

在這里，傳感器數(shù)據(jù)被收集并轉(zhuǎn)化為數(shù)字通道，以便在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關進行進一步處理。在獲得聚合和數(shù)字化的數(shù)據(jù)后，網(wǎng)關將其通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，以便在上傳到云端之前可以對其進行進一步處理。網(wǎng)關仍然是邊緣數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的一部分。它與執(zhí)行器和傳感器相鄰，并在邊緣執(zhí)行初步數(shù)據(jù)處理。

網(wǎng)關可以作為硬件或軟件部署:

硬件:硬件網(wǎng)關是自主設備。為下游傳感器連接提供了基于有線(模擬和數(shù)字)和無線接口。還提供互聯(lián)網(wǎng)連接，無論是本地的還是通過到路由器的標準鏈接。

軟件:在PC上，可以安裝軟件網(wǎng)關，而不是連接硬件網(wǎng)關。軟件在后臺或前臺運行，并提供上游和下游通信鏈路作為硬件入口點，PC機提供物理接口。基于軟件的網(wǎng)關可以通過用戶界面訪問視覺傳感器設置和傳感器數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

5、連接協(xié)議

跨工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)需要協(xié)議。這些協(xié)議最好是符合行業(yè)標準、定義明確且安全的。協(xié)議規(guī)范可以包含連接和布線的物理特性、建立通信信道的程序以及通過該信道發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中使用的一些常見協(xié)議包括：

高級消息隊列協(xié)議(AMQP):這是一種連接引導、雙向、多路復用、緊湊的數(shù)據(jù)編碼消息傳輸協(xié)議。與HTTP不同，AMQP是為面向IIoT的云連接而構(gòu)建的。

MQ遙測傳輸(MQTT):這是一種緊湊的客戶端-服務器消息傳輸協(xié)議。MQTT因其短消息幀大小和最小的代碼空間而有利于IIoT設備。

受限應用協(xié)議(CoAP):這是一種數(shù)據(jù)報導向的協(xié)議，可以通過傳輸層部署，包括用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)。CoAP是針對IIoT需求開發(fā)的HTTP的壓縮版本。

6、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)在能夠協(xié)調(diào)、監(jiān)控和控制整個價值鏈的操作。這些平臺控制設備數(shù)據(jù)，并管理邊緣設備的分析、數(shù)據(jù)可視化和人工智能(AI)任務，在某些情況下，還可以將傳感器直接傳輸?shù)皆浦胁⒎祷亍?br />
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)可以作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域開發(fā)復雜系統(tǒng)的參考。一般來說，IIRA的框架提倡企業(yè)使用系統(tǒng)的方法設計框架，其中包括反饋和迭代。此外，該報告建議為特定的商業(yè)部門定制工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計，如能源、醫(yī)療保健、交通和政府使用。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢

1、提高效率

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最大的優(yōu)勢是其能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)自動化，從而最大限度地提高運營效率。此外，物理設備可以通過傳感器與軟件解決方案相連接，從而持續(xù)監(jiān)測性能。這使企業(yè)能夠更好地了解特定設備和整個車隊的運營效率。此外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策和對所有生產(chǎn)流程的遠程監(jiān)控。

2、增加產(chǎn)量

通過提高設備使用率，具有物聯(lián)網(wǎng)制造流程的組織可能會提高其生產(chǎn)力。如前所述，網(wǎng)絡設備提供持續(xù)的數(shù)據(jù)流，可以深入了解設備運行情況。這可以提高設備的整體效率，最大限度地提高機器在運行時間內(nèi)的性能。此外，使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備也提高了人力資本的使用率。智能設備可用于執(zhí)行瑣碎、重復和危險的活動，從而將員工解放出來從事其他更具有戰(zhàn)略意義的生產(chǎn)相關工作。

3、減少錯誤

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的使用迫使企業(yè)自動化生產(chǎn)操作。從工業(yè)運營中消除人為因素可以消除導致有缺陷的產(chǎn)品退出裝配線的低效率。隨著質(zhì)量缺陷的減少，企業(yè)的盈利能力會因客戶滿意度和品牌認知度的提高而有所提高。

4、預測維護需求

預測性維護是一種通過分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)模式和預測即將發(fā)生的問題來避免資產(chǎn)故障的策略。

將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器集成到工業(yè)設備中，可以發(fā)出基于狀態(tài)的管理通知。這些傳感器記錄工作區(qū)域的溫度、濕度和其他環(huán)境變量，以及材料的組成和運輸因素已經(jīng)或可能對運輸產(chǎn)生的影響。所有這些數(shù)據(jù)對于預測性維護都很有用。因此，可以避免資產(chǎn)故障、減少費用，并最大限度地減少機器停機時間。

5、確保工人安全

智能制造可實現(xiàn)更高的安全性，所有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器協(xié)作監(jiān)控員工和工作場所的安全。綜合安全系統(tǒng)可以保護工作場所、生產(chǎn)線和人員。一旦發(fā)生事故，可以通知整個設施，可以停止活動，高級管理人員可以進行調(diào)解以解決問題。這一事件也可能產(chǎn)生有用的信息，可用于避免今后再次發(fā)生此類事件。

6、節(jié)約能源成本

工業(yè)運營是全球電力供應的主要來源，這不利于可持續(xù)發(fā)展和整體底線。使用傳感器和小設備持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)可能會發(fā)現(xiàn)導致浪費的低效率。這不僅包括監(jiān)控設備，還包括綜合業(yè)務，如調(diào)節(jié)設備的溫度、用水、濕度和照明。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的進步，傳感器消耗的能源更少，這無疑是一個福音。

7、改善現(xiàn)場服務和客戶體驗

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以幫助改善現(xiàn)場服務的提供。它由時間、上下文和技術人員參與特定服務操作等方面決定。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還允許實時數(shù)據(jù)可見性。這意味著原始設備制造商(OEM)、終端消費者和任何其他相關方都會了解出現(xiàn)的風險和困難，從而獲得積極的體驗。

如今工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是大企業(yè)的主要產(chǎn)品，也是微軟和亞馬遜網(wǎng)絡服務(AWS)等主要云供應商提供的關鍵產(chǎn)品之一。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將高級數(shù)據(jù)分析和云的能力擴展到工業(yè)應用，如設備維護、工廠運營、供應鏈管理和人員安全。來自工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)甚至可以幫助在數(shù)字環(huán)境中模擬和測試產(chǎn)品，將數(shù)字系統(tǒng)與物理系統(tǒng)完美融合，以指數(shù)方式提高工業(yè)成果。