工業物聯網(IIoT) 被定義為一組裝置和應用，允許大企業建立從核心到邊緣的端到端連線環境。其還包括傳統的物理基礎設施，如集裝箱和物流卡車，以收集資料，對事件做出反應，並在智慧裝置的幫助下做出更明智的決策。
工業物聯網(IIoT)是物聯網(IoT)的擴充套件，在消費領域有許多應用。物聯網用例包括，例如，Amazon Echo等智慧家居裝置，使用Alexa語音識別功能遠端關燈。
在工業營運中，該技術在基礎設施複雜、裝置大型的環境中得到了大規模的商業應用。相比之下，工業物聯網可以遠端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營運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線、監控、分析工業資料並對其採取行動，以降低成本並促進增長。
工業物聯網背後的理念是使用工業設施中“啞巴裝置”多年來產生的資料。裝配線上的智慧機器不僅可以更快地捕獲和分析資料，且在交流重要資訊方面也更快，這有助於更快、更準確地做出業務決策。
資訊科技(IT)和營運技術(OT)的整合推動了工業物聯網的發展。它是連線裝置和裝置的網路矩陣，透過感測器技術收集資料、分析資料，並將其直接整合到作為服務的平臺中。工業物聯網將預示著工業進入新時代，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資料，透過連線節點傳輸，在伺服器上進行分析，並在雲平臺上將資訊轉化為可操作的見解。這鼓勵企業為其特定市場和目標受眾做出更好的決策。換言之，工業物聯網是一個將執行器、感測器、控制器、連線開關、閘道器和工業個人計算機(IPC)等邊緣裝置連線到雲端的系統。
工業4.0和工業物聯網有什麼關聯？
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製造與由智慧技術和自主通訊裝置驅動的工業流程的整合。
“工業4.0”一詞，簡稱為I4.0或I4，出現於2011年，是德國政府在過去20年裡大力倡導工業流程數位化的一項倡議。
正如波士頓諮詢集團所述，工業物聯網是工業4.0的主要支柱，此外還有增材製造或3D列印、增強現實(AR)、自主機器人、大數據分析、雲計算、網路安全、橫向和縱向系統整合以及模擬。這是因為機器之間的自主通訊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在更廣泛的範圍內涵蓋了工業物聯網、數位化和企業可持續發展。工業物聯網是工業4.0背後的驅動力，沒有它就不會有工業4.0。換句話說，工業物聯網僅限於資料檢測、資料傳輸、資料計算、資料處理和特定領域的智慧應用。
工業物聯網的架構
典型的工業物聯網架構描述了數字系統的排列，使它們共同提供感測器、物聯網裝置、資料儲存和其他層之間的網路和資料連線。因此，工業物聯網架構必須具備以下幾點：
1、網路邊緣的物聯網裝置
這些是位於物聯網生態系統邊緣的網路物件的分組。這些位置儘可能靠近資料來源的位置。這些通常是工業環境中的無線執行器和感測器。一個處理單元或小型計算裝置和一組觀察端點集合。邊緣物聯網裝置可能包括駐地環境中的傳統裝置、攝像頭、音箱、感測器以及其他儀表和監視器。
在網路最偏遠的邊緣會發生什麼?感測器從周圍環境和其所監測的物品中獲取資料，然後將資訊轉化為物聯網平臺可以分析的指標和數字，並將其轉化為可操作的見解。執行器控制所觀察環境中發生的過程。它們改變了產生資料的物理環境。
2、邊緣資料管理和初始處理
沒有高品質、海量的資料，複雜的分析和人工智慧就無法充分發揮其潛力。即使在感測器級別，也可以進行資料處理。
在這方面，邊緣計算提供了最快的答案，因為資料是在網路的邊緣，在感測器本身進行預處理的。在這裡，可以對數字和聚合資料進行分析。一旦收集了相關的見解，就可以進入下一個階段，而不是傳送所有收集到的資訊。這種額外的處理減少了傳送到資料中心或雲的資料量。
3、用於高階處理的雲
邊緣裝置的預處理能力受到限制。雖然已儘可能地接近邊緣，以限制本地計算能力的消耗，但使用者將需要利用雲來進行更深入和徹底的處理。
而此時，必須選擇是優先考慮邊緣裝置的敏捷性和即時性，還是優先考慮雲計算的高階見解。基於雲的解決方案可以執行大量的處理。在這裡，可以聚合來自不同來源的資料，並提供在邊緣無法獲得的見解。
在工業物聯網架構的背景下，雲將具有：
集線器:除了遙測和裝置控制外，其還提供與現場系統的安全連結。如果需要，集線器可以跨多個位置提供與本地系統的遠端連線。它維護所有通訊元素，例如連線管理、安全通訊通道以及裝置驗證和授權。
儲存:用於儲存處理前後的資訊。
分析:有助於資料處理和分析。
使用者介面:提供了將分析結果傳遞給終端使用者的視覺化，通常是透過Web瀏覽器介面，也可以透過電子郵件、簡訊和電話提醒。
4、網際網路閘道器
在這裡，感測器資料被收集並轉化為數字通道，以便在網際網路閘道器進行進一步處理。在獲得聚合和數位化的資料後，閘道器將其透過網際網路傳輸，以便在上傳到雲端之前可以對其進行進一步處理。閘道器仍然是邊緣資料收集系統的一部分。它與執行器和感測器相鄰，並在邊緣執行初步資料處理。
閘道器可以作為硬體或軟體部署:
硬體:硬體閘道器是自主裝置。為下游感測器連線提供了基於有線(模擬和數字)和無線介面。還提供網際網路連線，無論是本地的還是透過到路由器的標準連結。
軟體:在PC上，可以安裝軟體閘道器，而不是連線硬體閘道器。軟體在後臺或前臺執行，並提供上游和下游通訊鏈路作為硬體入口點，PC機提供物理介面。基於軟體的閘道器可以透過使用者介面訪問視覺感測器設定和感測器資料呈現。
5、連線協議
跨工業物聯網系統傳輸資料需要協議。這些協議最好是符合行業標準、定義明確且安全的。協議規範可以包含連線和佈線的物理特性、建立通訊通道的程式以及透過該通道傳送的資料格式。
工業物聯網架構中使用的一些常見協議包括：
高階訊息佇列協議(AMQP):這是一種連線引導、雙向、多路複用、緊湊的資料編碼訊息傳輸協議。與HTTP不同，AMQP是為面向IIoT的雲連線而構建的。
MQ遙測傳輸(MQTT):這是一種緊湊的客戶端-伺服器訊息傳輸協議。MQTT因其短訊息幀大小和最小的程式碼空間而有利於IIoT裝置。
受限應用協議(CoAP):這是一種資料報導向的協議，可以透過傳輸層部署，包括使用者資料報協議(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。這些平臺控制裝置資料，並管理邊緣裝置的分析、資料視覺化和人工智慧(AI)任務，在某些情況下，還可以將感測器直接傳輸到雲中並返回。
工業網際網路參考架構(IIRA)可以作為工業物聯網領域開發複雜系統的參考。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製工業物聯網設計，如能源、醫療保健、交通和政府使用。
工業物聯網的優勢
1、提高效率
工業物聯網最大的優勢是其能夠幫助企業實現自動化，從而最大限度地提高營運效率。此外，物理裝置可以透過感測器與軟體解決方案相連線，從而持續監測效能。這使企業能夠更好地瞭解特定裝置和整個車隊的營運效率。此外，工業物聯網實現了資料驅動的決策和對所有生產流程的遠端監控。
2、增加產量
透過提高裝置使用率，具有物聯網製造流程的組織可能會提高其生產力。如前所述，網路裝置提供持續的資料流，可以深入瞭解裝置執行情況。這可以提高裝置的整體效率，最大限度地提高機器在執行時間內的效能。此外，使用工業物聯網裝置也提高了人力資本的使用率。智慧裝置可用於執行瑣碎、重複和危險的活動，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、減少錯誤
工業物聯網的使用迫使企業自動化生產操作。從工業營運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。隨著品質缺陷的減少，企業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
預測性維護是一種透過分析生產資料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。
將工業物聯網感測器整合到工業裝置中，可以發出基於狀態的管理通知。這些感測器記錄工作區域的溫度、溼度和其他環境變數，以及材料的組成和運輸因素已經或可能對運輸產生的影響。所有這些資料對於預測性維護都很有用。因此，可以避免資產故障、減少費用，並最大限度地減少機器停機時間。
5、確保工人安全
智慧製造可實現更高的安全性，所有工業物聯網感測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場所、生產線和人員。一旦發生事故，可以通知整個設施，可以停止活動，高階管理人員可以進行調解以解決問題。這一事件也可能產生有用的資訊，可用於避免今後再次發生此類事件。
6、節約能源成本
工業營運是全球電力供應的主要來源，這不利於可持續發展和整體底線。使用感測器和小裝置持續監控系統可能會發現導致浪費的低效率。這不僅包括監控裝置，還包括綜合業務，如調節裝置的溫度、用水、溼度和照明。此外，隨著物聯網技術的進步，感測器消耗的能源更少，這無疑是一個福音。
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。工業物聯網還允許實時資料可見性。這意味著原始裝置製造商(OEM)、終端消費者和任何其他相關方都會了解出現的風險和困難，從而獲得積極的體驗。
如今工業物聯網是大企業的主要產品，也是微軟和亞馬遜網路服務(AWS)等主要雲供應商提供的關鍵產品之一。工業物聯網將高階資料分析和雲的能力擴充套件到工業應用，如裝置維護、工廠營運、供應鏈管理和人員安全。來自工業物聯網平臺的資料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。
文章來源：企業資訊化規劃
文章連結：https://mp.weixin.qq.com/s/0gAFHEMl00ON9iKypTea-w
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