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工业物联网之春

日期: 2018-06-08
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2017年全球工业物联网总体支出同比增长16.7%,略高于8000亿美元。预计到2021年,全球工业物联网支出将达到1.4万亿美元。其中包括企业对工业物联网硬件、软件、服务和网络连接的投资。以不同行业来看,制造业和运输业仍将是获得投资最多的行业,分别为1830亿和850亿美元。对大多数企业来说,尽管工业物联网技术已经存在了数十年之久,但其应用范围仅限于运营活动,数据的潜能没有在企业中得到充分释放。随着连接技术、大数据管理、商务分析和云技术的发展,我们现在能够将运营技术与信息技术融合在一起,打造更智能的机器,推动企业实现端到端数字化转化


工业物联网体系架构可分为四层,实体层包括各类智能产品及嵌入式软件和芯片等;传感层则是物联网的皮肤和五官,用于识别物体,采集信息,包括条码、二维码标签和读卡器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等;网络层是物联网的神经中枢和大脑,用于信息传递和处理,包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等;应用层是物联网的“社会分工”,即与行业专业技术及需求实现深度融合,最终实现行业智能化。在物联网各层之间,信息不是单向传递的,也有交互、控制等,所传递的信息多种多样,这其中关键是物品的信息,包括在特定应用系统范围内能唯一标识物品的识别码和物品的静态与动态信息。


工业物联网的关键技术则包括:


传感器技术:信息的泛在化对工业的传感器和传感装置提出了更高的要求。


微型化:元器件的微小型化,节约资源与能源。


智能化:自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术。


低功耗与能量获取技术:电池供电,用阳光、风、温度、振动。


通信技术:具体包括:调制与编码技术、自适应跳频技术、信道调度技术、通信协议多样性、多标准有线及无线技术。


网络技术: 


组网技术:网络路由技术、互联技术、共存技术、跨层设计与优化技术。


网络管理与基础服务技术:低开销高精度的时间同步技术、快速节点定位技术、实时网络性能监视与预警技术、工业数据的分布式管理技术。


信息处理技术:


海量信息处理:工业信息出现爆炸式增长,构建集海量感知信息,获取、高效融合、特征提取和内容理解为一体。


实时信息处理:工业流程监视与控制需求。


新型制造模式:多源异构感知信息融合。


泛在信息处理服务与协同平台:设计、制造、管理过程中人-人之间、人-机之间和机-机之间的行为感知、环境感知、状态感知的综合性感知能力。


安全技术:具体包括工业设备控制、网络安全和数据安全,阻止非授权实体的识别、跟踪和访问,非集中式的认证和信任模型,能量高效的加密和数据保护,异构设备间的隐私保护技术。


近几年,物联网技术已经应用于各行业的生产流程以及制造业的产业结构调整中,促进各个工业企业在节能减排、提高生产效率、生产效益提升等方面的改善。在应用上,通过对物联网采集的数据进行分析,可以帮助企业分析各类设备或产品的状态,实现对异常状态的预警或报警,从而实现预测性维护,避免非计划停机;还有助于帮助企业改进产品性能、帮助企业降低能耗、保障安全等。比如在哈雷戴维森的新制造工厂中,每台机器都是互联设备,每个变量都在不断接受测量和分析。这样,在机器出现故障之前,设备就能提供相关性能数据,帮助企业实现预测性维护,从而最大限度地减少工作流中断的情况。同时,制造系统在某个组件出现问题时,会向车间经理发送警报。哈雷戴维森甚至还能测量建筑内的温度、湿度以及通风设备每分钟的转速 (PRM) ,他们会持续分析所有这些数据,以发现有助于提高效率和产量的因素。全球最大的空气压缩系统供应商之一凯撒空压机公司通过物联网的应用,实时监控客户压缩空气站中的各项参数,比如功耗、运营可用性与安全性以及压缩空气质量,并将它们与最小容许值和最大容许值进行比较。服务工程师无需拜访客户所在地,只需通过门户就能分析上述实时数据,并进一步有针对性的制定维护策略,从而确保压缩机持续高效运转,降低运营风险,确保了客户能够实现可靠、高效的运营。公司也实现了从生产型制造向服务型制造的转变。


此外,工业物联网还可应用于优化物流,通过对运输车辆的数据采集,可以掌握车辆运行的位置,以及运输货品的状态,实现制造商、第三方物流和货主的信息交互,实现运输资源的充分应用。还可以用于对污染物的监控、对无人值守的设备、对石油管道的远程监控和故障诊断等。在消费品行业,也有很多基于物联网的智能应用,例如智能家居。通过对各种设备的状态监控,还可以实现设备租赁和服务电商。


制造企业应用工业物联网应注意以下几点:


工业物联网应用可谓十分广泛,市场的快速发展也促使更多的厂商投入这一新兴市场的角逐,各种物联网平台陆续涌现,竞争异常激烈。因此企业在应用工业物联网之前,首先要有清晰的认知,对各类物联网平台的开放性、集成能力、数据分析、行业应用功能进行深入比较。


采集哪些有价值的数据,如何采集、传输、存储与分析?物联网应用的基础,源于各种智能终端、传感器和智能仪表,加上GPS定位和网络传输的功能模块(WIFI、4G或ZigBee等)。低功耗的NB-IOT技术,为物联网的普及应用带来了巨大价值。企业要实现工业互联网应用,需要明确究竟要采集哪些有价值的数据?采集频率有多高?如何部署传感器?是要传输所有状态数据,还是只传输超出阈值的数据?海量数据如何存储?是基于私有云还是公有云?物联网数据的数据分析算法和数学模型是什么?数据如何分析与展现?数据异常的预警和处置方式?如何实现物联网数据与企业业务流程的集成?


中小企业和大型企业进行物联网应用的显著差异。中小型制造企业进行物联网应用,可以直接选择基于公有云的物联网平台,相对比较容易。对于大型制造企业,则需要更加慎重地制定工业物联网的应用策略,考虑是否需要自己开发及运营物联网平台。如果选择自主开发或自主运营,就需要考虑与电信运营商、云平台进行合作。


自主开发工业物联网应用还是利用物联网开发平台来开发物联网应用。企业可以选择物联网的云服务,用物联网开发平台来构建工业物联网应用,或者直接从底层开发物联网应用。相对而言,应用物联网开发平台来开发物联网应用,对于多数企业而言,是一个经济有效的方式。工业物联网平台功能和部署方式的差异化与选型。从部署方式来看,有些物联网平台的交付方式是公有云服务,有些物联网平台可以在企业内部部署,或者通过私有云方式部署。这也是企业进行物联网平台选型必须考虑的问题。


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