IIoT入门指南

什么是物联网？

很多人都听说过物联网（IoT），但它到底是什么意思呢？简而言之，IoT是一个广泛的术语，它是指除了大家所熟知的个人电脑、笔记本电脑、手机和平板电脑之外，所有连接到互联网的设备。它最初用来描述消费领域通过数字连接的设备和产品。

什么是IIoT？

所以，什么是工业物联网呢？简单来说，IIoT采用联网设备的概念，将其连接至互联网，以在工厂、工业生产过程和工业建筑中在本地或远程共享数据。传感器收集信息，这些信息通过网关整合到本地网络，然后通过边缘控制器进入互联网或云——大型数据中心的数据服务器。

IIoT与IoT

IoT和IIoT的最大区别在于它们的应用。工业IoT以实时收集和分析所连接传感器的精细数据为中心，快速提高效率和生产率，即时控制库存并节约大量成本，而不是用于可穿戴的健身跟踪器和声音控制。

有时候，通过计算机直接、自动控制设备被称为信息物理系统。

工业IoT是基于计算机控制生产的既定方法：“分布式控制系统”。这些控制功能会在网络内分配，而且多台自律装置会互联，每一台装置都能调节并优化自己的生产线，且无需中央控制系统及相关的单点故障风险。IIoT利用现代云技术，在几乎实时的情况下共享、可视化及分析数据。

工业物联网仅在短短的几十年内就发展成了一个潜力巨大的领域。现在，全球有超过60%的制造商都在利用IIoT技术进行优化和分析，而且预计到2020年，制造商将在IIoT解决方案上的投入将达到700亿美元。

工业4.0和物联网有什么区别？

很多人可能都听说过与IoT相干的另一个术语，即工业4.0。虽然这两个术语有时会互换使用，但它们的意思并不一样。这是因为，IoT和IIoT实际上是工业4.0的子集。

工业4.0的概念更为宽泛，其主要围绕在工业和智能制造中加快使用所有先进的自动化技术及这些技术带来的优势，其中包括：

• 机器对机器（M2M）通信

• 自控系统的部署

• 无缝的云计算

• 人工智能及相关的“认知”技术，如图像识别

IoT和工业4.0的发展历史

物联网似乎是一个非常现代化的概念，但工业4.0的某些核心技术可追溯至1960年代。可编程逻辑控制器（PLC）——实际上是早期的工业计算机——于1968年问世，它的设计目的是微调制造工艺。用于工业环境的第一个分布式控制系统诞生于20世纪70年代，其促进工厂内部使用自动化技术逐渐补充体力劳动。

而我们今天所知的物联网在接下来十年内成了众人的焦点。然而，直到21世纪初期，IoT才第一次走出大学实验室，进入可购买产品。蓝牙、近场通讯（NFC）和4G/5G蜂窝网络等使能技术的发展进一步加速了这种增长。

其在21世纪的进一步发展，包括创造现在无处不在的云计算技术，也加速了IIoT的发展。

谁创造了IIoT和工业4.0这个两个术语？

我们都知道物联网是从哪里来的，但要查明是谁创造了IIoT就比较困难。

工业4.0”这个术语最近是由德国政府在2011年创造的，其目的是鼓励在制造中使用信息技术。它旨在表明，现代自动化和数据分享技术与前三次工业革命同等重要，即：

• 18世纪后半叶和19世纪前半叶蒸汽和水力制造技术的发展

• 广泛应用的电力以及铁路在19世纪后半叶的发展，促进多项技术和工业的发展。电话、汽车、摄影及电影都出现在1870年到第一次世界大战期间

• 数字革命——即二十世纪后半叶创造的现代IT技术

我们可能不知道是谁创造了“工业物联网”这个词，但是“工业4.0”这个名词有其逻辑意义，并有助于对其背后所含概念的理解。

工业物联网现在的用途是什么？

工业4.0可为各行各业带来各种各样的优势。

下面只是其中几个IIoT应用和示例：

• 智能工厂

• 供应链和库存优化

• 数据分享

• 智能建筑

• 状态监控

理解制造业现在如何利用IIoT对理解IoT未来对各个行业的影响极为重要。当然，制造业并不是唯一一个可从工业4.0中受益的行业。IoT通过互联的设备和智能系统给能源行业和零售行业带来的改变也是显而易见的。

IIoT对制造业产生的影响及其优势

所以，工业物联网带给制造业的优势是什么呢？我们来看一些正在利用IIoT制造业的示例：

• 优化生产线：工业IoT传感器可从一开始到成品对生产线进行连续的监控。这样，操作员就能够持续微调生产工艺，既能节省时间，又能节省成本

• 库存和供应链管理：制造业的成败取决于原材料和零部件的供应。通过RFID（射频识别）标签和类似技术，可从一个地点到另一个地点实时持续追踪零部件和供应物资，从而对库存和补偿性调整进行持续的监控

• 包装评估：制造商可通过工业IoT传感器监控包装在运输和储存期间的状态，甚至是评估客户最常采用的与其进行互动的方式，以对设计进行改进

• 实时制造数据：IIoT设备可为供应商提供实时的操作数据，以据此作出响应调整，另外也允许对工厂设备进行远程管理

• 维护数据：供应物联网设备可在出现故障并需要维护时发出警报。对运行问题（如运行温度高于推荐值或振动过大）作出响应时，也可发出类似的警报，这可能表示即将出现硬件故障。这些警报在提前安排维护作业、缩短停机时间及降低事故发生风险方面具有明显的优势。此类数据可与健康与安全记录结合，以显著提高整体的安全性

• 质量控制：可将多个来源的IIoT数据（包括供应商、制造工艺和终端用户）结合在一起，对产品的设计和生产进行整体的改进

工业4.0面临的挑战是什么？

这个问题很复杂，回答起来并不容易。

从广义上来说，工业4.0是应用多种网络技术的配置，所以其面临的最大挑战在于维持强大且安全的设备间连接。这可通过以下途径来实现：

• 选择适用的稳定网络——不管是无线还是有线

• 采用促进互操作性的协议，如OPC UA

• 对网络安全保持警觉，以防止出现任何网络威胁

所以，IIoT的主要挑战同样是围绕着数据储存和数字安全，以及不中断的设备连接需求而提出的其他技术要求。另外，为确保一个平稳且高效的部署期限，理解采用IIoT的安全注意事项及挑战也极为重要。

所以，与IIoT有关的风险都有什么呢？

与数字环境的各个方面一样，网络安全对工业物联网也非常重要。很多人认为与IIoT相关的主要风险与在线安全相关，但实际上，安全问题其实很少。采取预防措施、保证网络安全及维持一个妥善保护的系统是在充分利用互联系统的优势的同时，避免IIoT相关风险的关键所在。

在这一点的基础上，还要采用最新的技术和更新，以在工业物联网继续发展的过程中做好充分的准备和保护。

IIoT未来的前景如何？

物联网和工业物联网都在持续发展。随着新技术的出现及越来越多的企业开始为IIoT的优势着迷，越来越多的可能性也就呈现在了大家眼前。这也让我们对物联网未来的走向有了更多的预测。

虽然很难确切知道IIoT未来的前景是什么样子，但是，数字连接有可能改变工业的性质并影响全球各地的企业。

IIoT网络和协议

跟其他信息技术类似，工业IoT也采用各种协议（数据通信格式）和网络类型。所以，如果您计划为自己的制造工厂打造IIoT基础设施，那么弄清楚每种协议和网络类型就非常重要。

IIoT网络

IIoT设备可根据一系列因素采用不同的网络解决方案，其中包括它们彼此之间的距离、它们需要交换的数据量、它们将使用的位置或功耗方面的考虑。

IIoT适用网络的清单一直在不断增加，其中关键的示例包括：

IIoT数据协议

• MQTT（消息队列遥测传输）是一种轻量的低功率协议，主要用于在传感器和应用之间传输简单的数据集。其位于标准的网络系统TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）之上

• AMQP（高级消息队列协议）是一个专注于设备之间的消息传输的国际标准。其经批准成为一项国际标准

• OPC UA（OPC统一架构）是一个开放的机器对机器通信协议，其支持跨平台分享工业自动化数据和系统之间的良好互动

常见问题

IIoT会替代MES吗？

MES（制造执行系统）是一种用于复杂制造工艺、基于硬件且完善的复杂制造工艺控制系统，主要用于保证效率并提高生产率。但是，它只是一个面向内部的系统，缺乏IIoT基于云的分析和外部联网功能。因此，最好将后者当作是传统MES的轻量、低成本扩展，而不是MES的替代物。

IIoT为什么对工程师和科学家很重要？

IIoT允许对在制造工艺的多个阶段收集的数据进行详细的分析。反之，这可持续优化并改进系统。

IIoT的工作原理是什么？

IIoT网络由多个通过不同的无线协议连接的传感器组成，其目的是与云及相互之间交换数据。IIoT网络的基本结构如下：

• 配备传感器的设备和硬件，每一个都连接本地网络

• 相反，每一个本地网络本身会连接到云或互联网

• 接受并处理您的设备发送的持续数据流的云连接服务器——例如，运行温度、振动和功耗。随着时间的推移，这些“小数据”会合并成大量的数据，可对这些数据进行分析，以深入了解您的操作

工业4.0和精益制造的区别是什么？

精益制造是一种组织工业系统，以减少浪费并提高生产率的方法。它的一些关键原理可追溯至18世纪，但人们目前所理解的精益制造是在日本汽车行业内制定的。与IIoT不同，它依赖于先进的技术，而不是工作职能的安排和分配。

部署工业4.0解决方案的成本有多高？

这个问题没有特定的答案。成本将由多个因素而定，包括您希望优化的制造工艺的规模和类型，以及适合该优化的技术。

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