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    智能工廠:工業物聯網及其應用

    物聯網(IoT)正在改變人們與周圍事物互動的方式。它不僅對消費者應用有吸引力,而且對工業領域也有吸引力,這就是工業物聯網IIoT(Industrial IoT)。
    IIoT連接所有工業資產,包括機器、控制系統、信息系統和業務流程。因此,大量的數據被收集以提供分析解決方案,以實現最佳的工業運營。IIoT影響著整個產業價值鏈,是智能制造的必然要求。
    “物聯網”是“互聯網”的擴展,從概念上,物聯網離不開互聯網。物聯網以互聯網為基礎,前者以“感知”為核心,后者以“鏈接”為核心。事實上,傳統的互聯網正在從單純的“人上網”發展成為包含人和物的互聯。有理由相信,“物聯網”與“互聯網”的界限會越來越模糊。
    “工業互聯網”可以看作是“互聯網”的子集。它是企業內部、企業之間、產品設計、生產、營銷與服務的“工業互聯”。而“工業物聯網”又可看作是“工業互聯網”的子集,感知(或傳感)是其基本特征。事實上,通俗地講(雖然不準確但便于理解),工業互聯網重在“工業管理”,而工業物聯網則是“工業管理”中的“工業操作”。

    物聯網與工業物聯網

    1、物聯網

    物聯網(IoT)可實現物物相連、物人相連、人與人之間任何時間、地點的有效連接。物聯網使得傳感器和設備可以在智能環境中無縫通信,并以方便的方式實現跨平臺的信息共享。
    在過去幾年中,物聯網已經成為一種新趨勢,移動設備,交通設施,公共設施和家用電器都可以用作物聯網中的數據采集設備。日常生活中的電子設備(如:手表)以及家用電器(如冰箱)都可以連接到物聯網網絡,實現遠程控制。物聯網中,傳感器設備感知并傳送數據,設備和物體可以通過各種通信方式連接,例如,如藍牙、WiFi、ZigBee和GSM,上述設備接收遠程控制設備的命令,從而實現了計算機的系統與物理世界的集成,以提高了人們的生活水平。

    2、工業物聯網

    工業物聯網(IIoT)涵蓋了機器對機器(M2M)和自動化應用的工業通信技術領域。IIoT讓人們更好地理解了工業生產過程,從而實現高效和可持續的生產。工業互聯網旨在實現海量工業實體的智能化協作,改變工業生產形態的未來工業基礎設施,需要運用新一代技術理念,對不同種類工業實體乃至整個工業網絡進行建模和管控,對工業和社會資源進行高效整合,從而實現工業實體的智能化發展。

    3、工業物聯網架構

    我們從不同的角度闡述工業物聯網架構,以便更深入地把握其內涵。
    從工業系統的角度,文獻[4]給出了比較簡潔的IIoT系統結構,分為三層:物理層、通信層和應用層。


    工業物聯網系統結構

    物理層
    由廣泛部署的物理設備組成,如傳感器、執行器、制造設備、設施實用程序以及其它工業制造和自動化相關對象。
    通信層
    由眾多通信網絡的集成,如無線傳感器和執行器網絡(WSANs)、5G、M2M、SDN等。在智能工業應用中,各種網絡技術將必然支持相當數量的傳感器和執行器的互連。
    應用層
    由各種工業應用組成,包括智能工廠、智能供應鏈等。這些智能工業應用利用眾多的傳感器和執行器,實現實時監控、精確控制和有效管理。
    上述結構簡單明了,便于理解IIoT的基本概念。

    4、基于云的IIoT基礎架構描述

    描述了典型的基于云的IIoT基礎架構,由三層組成:設備層,網關層和云服務層。



    設備層
    設備層包括異構IIoT設備,從功能強大的計算單元到極低功耗的微控制器,不一而足。這些設備通過各種有線和無線網絡連接到網關層。
    大多數物聯網設備的資源有限,包括內存大小、計算能力和通信帶寬等。此外,這些設備及其所采用的網絡技術具有高度的異構性,給IIoT設備的互連帶來了很大的挑戰。由于異構性,設備之間的互操作性應當放在首位,以使得異構設備可以在語法和語義上以用戶可接受的形式進行轉換。
    網關層
    大多數公司和組織都部署自己的自定義網關來管理本地IIoT網絡,聚合數據,并充當通往云的橋梁。這些定制的網關通常是已部署的IIoT基礎設施的組成部分,直接導致“煙囪式”解決方案。這進一步導致了互操作性問題,即一個組織提供的數據和服務不能被其他組織的設備共享或使用(由于不同的網絡協議,數據格式等),并且所采用的安全機制通常是專有的。
    云服務層
    云服務層提供與云相關的功能,例如數據庫服務和應用服務,以管理本物聯網提供的數據。本地物聯網和云服務層共同構成了最常見的現有基于云的物聯網基礎設施。
    前景分析:
    1、人工智能的興起
    人工智能和工業物聯網目前正在融合期,制造業生產流程數字化,能夠大大提高生產力,及工作效率。用于制造業的算法制定,針對具體的流程量身定做,能夠減少生產浪費,提高流程穩定性,大大縮短生產時間。
    2、移動工業升級
    5G時代的到來,意味著工業物聯網應用的大范圍興起;移動互聯技術的飛速發展,將會令工業物聯網應用數據的大幅度增長。
    3、供應鏈優化
    在線消費趨勢改變了客戶對服務、速度和效率的想像,供應鏈4.0通過數字化滿足客戶需求,并從內到外改變整個供應鏈格局。
    4、操作數據情境化
    在操作技術和信息技術已經逐步融合的時候,協作才是我們真正的目標。許多制造商正在將操作技術和信息技術的進程不斷推進,以提高數據觀察力的準確度和無限性。
    5、超越概念驗證
    物聯網將制造商從早期概念驗證轉向解決方案試點部署,例如預測性維護、量預測等。雖然測性維護幾乎是最近各種工業4.0會議的熱門主題,但其實仍然需要足夠的時間收集足夠多的數據,以便提供全面的投資回報。隨著一些大型行業參與部署工業物聯網的解決方案,之后將會有更多關于解決方案如何能夠有效實施的信息。
    6、保護網絡終端
    伴隨著邊緣計算的不斷普及,新的工業物聯網終端也不斷涌現,它們的本質,其實是計算能力和網絡連接能力。但是通過向云端發送來保護數據,最終還是會增加終端的風險。對組織網絡安全的威脅,讓我們看到工業物聯網的繁榮,面向工業控制系統安全將成為主流。

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