工業物聯網允許企業創建端到端連接的環境，涵蓋集裝箱和卡車等物理基礎設施。
•工業物聯網(IIoT)被定義為一組工具和應用程序，允許大公司創建從核心到邊緣的端到端連接環境。
•它還包括傳統的物理基礎設施，如集裝箱和物流卡車，以收集數據，對事件做出反應，并在智能設備的幫助下做出更明智的決策。
•本文解釋了工業物聯網架構及其優勢。
工業物聯網是什么?
工業物聯網(IIoT)是一套工具和應用程序，允許大公司創建從核心到邊緣的端到端連接環境。它還包括傳統的物理基礎設施，如集裝箱和物流卡車，以收集數據，對事件做出反應，并在智能設備的幫助下做出更明智的決策。
它是物聯網(IoT)的擴展，在消費領域有許多應用。物聯網用例包括，例如，使用Alexa語音識別功能的亞馬遜Echo等智能家居設備遠程關燈。
在工業操作中，該技術在基礎設施復雜、設備大型的環境中得到了大規模的商業應用。相比之下，工業物聯網可以遠程管理整個工廠的供暖、通風和空調(HVAC)系統。這只是一個簡化和改進企業運營管理的工業物聯網用例。
工業物聯網是如何工作的?
工業物聯網是物聯網的一個子類，企業正在重新定義如何連接、監控、分析工業數據并對其采取行動，以降低成本并促進增長。
通用電氣是工業物聯網聯盟的五家創始人之一，被認為是創造了“工業互聯網”一詞。
工業物聯網背后的理念是利用工業設施中“啞巴設備”多年來產生的數據。裝配線上的智能機器不僅在捕獲和分析數據方面更快，而且在交流重要信息方面也更快，這有助于做出更快、更精確的業務決策。
信息技術(IT)和運營技術(OT)的融合推動了工業物聯網的發展。它是一個連接設備和設備的網絡矩陣，通過傳感器技術收集數據，分析數據，并將其直接集成到作為服務的平臺中。工業物聯網將預示著工業用例的新時代，有許多經濟擴張的機會。
工業物聯網從工廠車間收集大量現場數據，通過連接節點傳輸，在服務器上進行分析，并在云平臺上將信息轉換為可操作的見解。這鼓勵企業為他們的特定市場和目標受眾做出更好的決策。換句話說，工業物聯網是一個將執行器、傳感器、控制器、連接交換機、網關和工業個人計算機(IPC)等邊緣設備連接到云端的系統。
工業4.0和工業物聯網:它們有什么關聯?
工業4.0是第四次工業革命的產物。第四次工業革命的定義是傳統的自動化制造與由智能技術和自主通信設備驅動的工業流程的集成。
“工業4.0”一詞，簡稱為I4.0或I4，出現于2011年，是德國政府在過去20年里大力倡導工業流程數字化的一項倡議。
正如波士頓咨詢集團所述，工業物聯網是工業4.0的主要支柱，其他還有增材制造或3D打印、增強現實(AR)、自主機器人、大數據分析、云計算、網絡安全、水平和垂直系統集成以及模擬。這是因為機器之間的自主通信和分散的數字環境能夠自動解決以前需要人工干預的問題。
工業4.0在更廣泛的范圍內涵蓋了工業物聯網、數字化和企業可持續發展。工業物聯網是工業4.0背后的驅動力，沒有它就不會有工業4.0。換句話說，工業物聯網僅限于數據檢測、數據傳輸、數據計算、數據處理和特定領域的智能應用。
工業物聯網架構
典型的工業物聯網體系結構或工業物聯網架構描述了數字系統的排列，使它們共同提供傳感器、物聯網設備、數據存儲和其他層之間的網絡和數據連接。因此，工業物聯網架構必須具備以下幾點:
工業物聯網架構組件
（1）網絡邊緣的物聯網設備
這些是位于物聯網生態系統邊緣的網絡對象的分組。它們位于盡可能靠近數據源的位置。這些通常是工業環境中的無線執行器和傳感器。一個處理單元或小型計算設備和一個觀測端點集合。邊緣物聯網設備可能包括棕地環境中的傳統設備、攝像頭、麥克風、傳感器以及其他儀表和監視器。
在網絡最偏遠的邊緣會發生什么?傳感器從周圍環境和它們所監測的物品中獲取數據。然后，他們將信息轉換為物聯網平臺可以分析的指標和數字，并將其轉換為可操作的見解。執行器控制所觀察環境中發生的過程。它們修改產生數據的物理環境。
（2）邊緣數據管理和初始處理
沒有高質量、海量的數據，復雜的分析和人工智能就無法充分發揮其潛力。即使在傳感器級別，數據處理也是可能的，如果您需要立即獲得信息，這是必要的。
在這方面，邊緣計算提供了最快的答案，因為數據是在網絡的邊緣，在傳感器本身進行預處理的。在這里，您可以對您的數字和聚合數據進行分析。一旦收集了相關的見解，就可以進入下一個階段，而不是發送所有收集到的信息。這種額外的處理減少了發送到數據中心或云的數據量。
（3）用于高級處理的云
邊緣設備的預處理能力受到限制。雖然您應該努力盡可能地接近邊緣，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。
在這一點上，企業必須選擇是優先考慮邊緣設備的敏捷性和即時性，還是優先考慮云計算的高級見解。基于云的解決方案可以執行大量的處理。在這里，可以聚合來自不同來源的數據，并提供在邊緣無法獲得的見解。
在工業物聯網架構的背景下，云計算將具有:
•集線器:除了遙測和設備控制外，還提供與現場系統的安全鏈接。如果需要，該中心可以跨多個位置提供與內部系統的遠程連接。它維護通信的所有元素，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:它有助于數據處理和分析。
•用戶界面:它為將分析結果傳遞給最終用戶提供了可視化，通常通過Web瀏覽器界面，也通過電子郵件、短信和/或電話提醒。
（4）互聯網網關
在這里，傳感器數據被收集并轉化為數字通道，以便在互聯網網關進行進一步處理。在獲得聚合和數字化的數據后，網關將其通過互聯網傳輸，以便在上傳到云端之前可以對其進行進一步處理。網關仍然是邊緣數據收集系統的一部分。它們與執行器和傳感器相鄰，并在邊緣執行初步數據處理。
網關可以作為硬件或軟件部署:
•硬件:硬件網關是自主設備。為下游傳感器連接提供了基于有線(模擬和數字)和無線接口。它們還提供互聯網連接，無論是本地的還是通過到路由器的標準鏈接。
•軟件:在個人電腦上，可能會安裝軟件網關，而不是連接硬件網關。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。基于軟件的網關可以通過用戶界面訪問可視化傳感器設置和傳感器數據表示。
（5）連接的協議
跨工業物聯網系統傳輸數據需要協議。這些協議最好是符合行業標準、定義良好且安全的。協議規范可以包含連接和布線的物理屬性、建立通信信道的程序以及通過該信道發送的數據的格式。
工業物聯網架構中使用的一些常見協議包括:
•高級消息隊列協議(AMQP):這是一種連接引導、雙向、多路復用、緊湊的數據編碼消息傳輸協議。與HTTP不同，AMQP是為面向iiot的云連接而構建的。
•MQ遙測傳輸(MQTT):這是一個緊湊的客戶端-服務器消息傳輸協議。MQTT因其短消息幀大小和最小的代碼空間而有利于IIoT設備。
•約束應用協議(CoAP):這是一種數據報主導的協議，可以通過傳輸層部署，包括用戶數據報協議(UDP)。CoAP是針對IIoT需求開發的HTTP的壓縮版本。
（6）工業物聯網平臺
工業物聯網系統現在能夠協調、監控和控制整個價值鏈的操作。這些平臺控制設備數據，并管理邊緣設備的分析、數據可視化和人工智能(AI)任務，在某些情況下，還可以將傳感器直接傳輸到云中并返回。
工業互聯網參考架構(IIRA)可以作為工業物聯網領域開發復雜系統的參考。一般來說，IIRA的框架提倡企業使用系統的方法設計框架，其中包括反饋和迭代。此外，該報告建議為特定的商業部門定制工業物聯網設計，如能源、醫療保健、交通和政府使用。
工業物聯網的好處
工業物聯網具有以下優勢:
（1）提高效率
工業物聯網最大的好處是它能夠幫助企業實現自動化，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，從而持續監測性能。這使企業能夠更好地了解特定設備和整個車隊的運行效率。此外，工業物聯網實現了數據驅動的決策和所有生產流程的遠程監控。
（2）增加生產
通過提高設備使用率，具有物聯網制造流程的組織可能會提高他們的生產力。如前所述，網絡設備提供持續的數據流，提供對設備運行的洞察。這使您能夠提高設備的總效率，最大限度地提高機器在運行時間內的性能。此外，使用工業物聯網設備提高了人力資本的利用率。智能設備可以被用來執行低級、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略意義的生產相關工作。
（3）減少了錯誤的發生
工業物聯網的使用迫使企業自動化生產操作。從工業操作中消除人為因素可以消除導致有缺陷的產品退出裝配線的低效率。隨著質量缺陷的減少，由于客戶滿意度和品牌認知度的提高，公司的盈利能力也有所提高。
（4）預測維護需求
預測性維護是一種通過分析生產數據來發現模式和預測即將發生的問題來避免資產故障的策略。
將工業物聯網傳感器集成到工業設備中，可以實現基于狀態的管理通知。這些傳感器記錄工作區域的溫度、濕度和其他環境變量，以及材料的組成和運輸因素已經或可能對運輸的影響。所有這些數據對于預測性維護都很有用。因此，企業可以避免資產故障，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
智能制造實現了更高的安全性，所有工業物聯網傳感器協作監控員工和工作場所的安全。綜合安全系統可以保護工作樓層、生產線和人員。一旦發生事故，可以通知整個設施，活動可以停止，高級管理人員可以調解解決情況。這一事件也可能產生有用的信息，可用于避免今后再次發生此類事件。
（6）節約能源成本
工業生產是全球電力供應的主要來源，這不利于可持續發展和整體底線。使用傳感器和小工具持續監控您的系統可能會發現導致浪費的低效。這不僅包括監控您的設備，還包括您的綜合業務，如調節設備的溫度、用水、濕度和照明。此外，隨著物聯網技術的進步，傳感器消耗的能源更少，這對你的底線是一個福音。
（7）改善現場服務和客戶體驗
工業物聯網可以幫助改善現場服務的交付。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。工業物聯網還允許實時數據可見性。這意味著原始設備制造商(OEM)、最終消費者和任何其他相關方都被告知出現的風險和困難，從而產生積極的體驗。
工業物聯網的例子
從零售業到制造業，大多數著名的行業和公司都以某種方式使用了工業物聯網。以下是一些顯著的工業物聯網例子，這些例子已經帶來了積極的商業成果:
（1）百事公司使用工業物聯網進行資產跟蹤
運輸、車隊和包裝中的嵌入式工業物聯網組件可能有助于從頭到尾跟蹤庫存。它還應通過跟蹤庫存水平來維持供需平衡。百事公司就是利用這種工業物聯網用例的一個例子。它采用了大量的技術來適應市場需求，管理庫存系統的可見性，并自動調整補充規則。
（2）寶馬使用工業物聯網創建其產品的數字雙胞胎
數字雙胞胎是一種工業物聯網應用，其中使用復雜的傳感器集合來構建產品或生產環境的精確模擬，直至最后的細節和物理特征。寶馬采用工業物聯網、人工智能(AI)和沉浸式技術來構建工廠整個生產流程的數字副本。這使得組織能夠在現實環境中開發、評估和優化產品，而不會產生相關的費用或風險。
（3）L&T使用工業物聯網進行遠程監控并節省成本
能源和公用事業部門使用大型運營基礎設施，有時處于不適合人工操作的危險條件下。在這些情況下，工業物聯網設備可以在沒有操作員在場的情況下收集和傳輸關鍵的操作數據。例如，Larsen&Toubro(L&T)正在印度古吉拉特邦部署一個遠程監控的綠色氫氣站。使用工業物聯網，L&T可以降低運營和能源費用，并獲得對能源工廠功能的相關見解。
（4）一家愛爾蘭酒廠使用工業物聯網進行環境監測
食品和飲料行業在很大程度上依賴于在理想環境條件下生產和儲存產品的能力。工業物聯網系統可以監測環境變化，在產品退化發生之前警告樓層經理。生產酒精飲料的釀酒廠是工業物聯網的理想例子，因為它們在微妙的環境條件下運行。蒸餾工廠供應商Frilli公司最近為一家愛爾蘭飲料品牌部署了工業物聯網技術，以提供自動化、效率和統一的工藝流程。
（5）空客利用博世工業物聯網平臺打造智能工廠
空客試圖通過將工業物聯網傳感器集成到制造車間的機器和設備中，并為員工提供可穿戴設備(如工業智能眼鏡)來消除故障。該過程中的一個錯誤可能會花費組織數百萬美元來糾正。在與博世(Bosch)合作推出“未來工廠”后，空客正在利用數字智能優化運營并提高生產率。
結語
工業物聯網現在是大公司的主要產品，也是微軟和亞馬遜網絡服務(AWS)等主要云供應商提供的關鍵產品之一。工業物聯網將高級數據分析和云的能力擴展到工業應用，如設備維護、工廠運營、供應鏈管理和人員安全。來自工業物聯網平臺的數據甚至可以幫助在數字環境中模擬和測試產品，將數字系統與物理系統完美融合，以指數方式提高工業成果。
