什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監(jiān)控能力的各類采集或控制傳感或控制器以及泛在技術、移動通信、智能分析等技術不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)，從而大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，最終實現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。從應用形式上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用具有實時性、自動化、嵌入式（軟件）、安全性、和信息互通互聯(lián)性等特點。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的四個特點

　　數(shù)據(jù)收集范圍：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)利用RFID、傳感器、二維碼等手段隨時獲取產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售到最終用戶使用各個階段的信息數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)工業(yè)自動化的數(shù)據(jù)采集往往局限于生產(chǎn)質檢階段。

　　互聯(lián)傳輸：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)利用專用網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)相結合的方式，實時準確地傳遞物體信息，對網(wǎng)絡依賴性更高，更強調數(shù)據(jù)交互。

　　智能處理：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合利用云計算、云存儲、模糊識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等智能計算技術，對海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，并結合大數(shù)據(jù)技術，深入挖掘數(shù)據(jù)價值。

　　自組織與自維護：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的每個節(jié)點為整個系統(tǒng)提供自己處理獲得的信息或決策數(shù)據(jù)，當某個節(jié)點失效或數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，整個系統(tǒng)會自動根據(jù)邏輯關系做出相應調整。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的研究是一個跨學科的工程，它涉及自動化、通信、計算機以及管理科學等領域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用需要解決眾多關鍵技術問題（見下圖）

　　1、傳感器技術：價格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的基石，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求更準確、更智能、更高效以及兼容性更強的傳感器技術。智能數(shù)據(jù)采集技術是傳感器技術發(fā)展的一個新方向。信息的泛在化對工業(yè)傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。具體如，微型化：元器件的微小型化，要求節(jié)約資源與能源；智能化：具備自校準、自診斷、自學習、自決策、自適應和自組織等人工智能技術；低功耗與能量獲取技術：供電方式為電池、陽光、風、溫度、振動等多種方式。

　　2、設備兼容技術：大部分情況下，企業(yè)會基于現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)建造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，如何實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設備已應用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問題之一。傳感器的兼容主要指數(shù)據(jù)格式的兼容與通信協(xié)議的兼容，兼容關鍵是標準的統(tǒng)一。目前，工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中普遍采用的如Profibus、Modus協(xié)議，已經(jīng)較好地解決了兼容性問題，大多數(shù)工業(yè)設備生產(chǎn)廠商基于這些協(xié)議開發(fā)了各類傳感器、控制器等。近年來，隨著工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡應用日漸普遍，當前工業(yè)無線的WirelessHART、ISA100．11a以及wIA—PA3大標準均兼容了IEEE802．15．4無線網(wǎng)絡協(xié)議，并提供了隧道傳輸機制兼容現(xiàn)有的通信協(xié)議，豐富了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成與功能。

　　3、網(wǎng)絡技術：網(wǎng)絡是構成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心之一，數(shù)據(jù)在系統(tǒng)不同的層次之間通過網(wǎng)絡進行傳輸。網(wǎng)絡分為有線網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡，有線網(wǎng)絡一般應用于數(shù)據(jù)處理中心的集群服務器、工廠內部的局域網(wǎng)以及部分現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡中，能提供高速率高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡則是一種新興的利用無線技術進行傳感器組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，無線網(wǎng)絡技術的應用可以使得工業(yè)傳感器的布線成本大大降低，有利于傳感器功能的擴展，因此吸引了國內外眾多企業(yè)和科研機構的關注。

　　傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡技術較為成熟，在眾多場合已得到了應用驗證。然而，當無線網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)環(huán)境時，會面臨如下問題：工業(yè)現(xiàn)場強電磁干擾、開放的無線環(huán)境讓工業(yè)機器更容易受到攻擊威脅、部分控制數(shù)據(jù)需要實時傳輸。相對于有線網(wǎng)絡，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡技術則正處在發(fā)展階段，它解決了傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境時的不足，提供了高可靠性、高實時性以及高安全性，主要技術包括：自適應跳頻、確實性通信資源調度、無線路由、低開銷高精度時間同步、網(wǎng)絡分層數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡異常監(jiān)視與報警以及設備入網(wǎng)鑒權等。

　　4、信息處理技術：工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說是一個挑戰(zhàn)，如何有效處理、分析、記錄這些數(shù)據(jù)，提煉出對工業(yè)生產(chǎn)有指導性建議的結果，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心所在，也是難點所在。

　　當前業(yè)界大數(shù)據(jù)處理技術有很多，如SAP的BW系統(tǒng)在一定程度上解決了大數(shù)據(jù)給企業(yè)生產(chǎn)運營帶來的問題。數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)挖掘技術的發(fā)展也使海量信息處理變得更為智能、高效。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)泛在感知的特點使得人也成為了被感知的對象，通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的分析以及用戶行為的建模，可以實現(xiàn)生產(chǎn)設計、制造、管理過程中的人一人、人一機和機一機之間的行為、環(huán)境和狀態(tài)感知，更加真實地反映出工業(yè)生產(chǎn)過程中的細節(jié)變化，以便得出更準確的分析結果。

　　5、安全技術：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全主要涉及數(shù)據(jù)采集安全、網(wǎng)絡傳輸安全等過程，信息安全對于企業(yè)運營起到關鍵作用，例如在冶金、煤炭、石油等行業(yè)采集數(shù)據(jù)需要長時問的連續(xù)運行，如何保證在數(shù)據(jù)采集以及傳輸過程中信息的準確無誤是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用于實際生產(chǎn)的前提。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用

　　1、制造業(yè)供應鏈管理：企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術，能及時掌握原材料采購、庫存、銷售等信息，通過大數(shù)據(jù)分析還能預測原材料的價格趨向、供求關系等，有助于完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高供應鏈效率，降低成本。空中客車通過在供應鏈體系中應用傳感網(wǎng)絡技術，構建了全球制造業(yè)中規(guī)模最大、效率最高的供應鏈體系。

　　2、生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知特性提高了生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，通過對數(shù)據(jù)的分析處理可以實現(xiàn)智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護，提高生產(chǎn)力，降低能源消耗。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網(wǎng)絡，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了對加工產(chǎn)品的寬度、厚度、溫度實時監(jiān)控，提高了產(chǎn)品質量，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

　　3、生產(chǎn)設備監(jiān)控管理：利用傳感技術對生產(chǎn)設備進行健康監(jiān)控，可以及時跟蹤生產(chǎn)過程中各個工業(yè)機器設備的使用情況，通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)匯聚到設備生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)分析中心進行處理，能有效地進行機器故障診斷、預測，快速、精確地定位故障原因，提高維護效率，降低維護成本。GEOil&Gas集團在全球建立了13個面向不同產(chǎn)品的i-Center（綜合服務中心），通過傳感器和網(wǎng)絡對設備進行了在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，并提供了設備維護和故障診斷的解決方案。

　　4、環(huán)保監(jiān)測及能源管理：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。在化工、輕工、火電廠等企業(yè)布署傳感器網(wǎng)絡，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以通過智能化的數(shù)據(jù)報警及時發(fā)現(xiàn)排污異常并停止相應的生產(chǎn)過程，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故發(fā)生。電信運營商已開始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實時監(jiān)測解決方案。

　　5、工業(yè)安全生產(chǎn)管理：“安全生產(chǎn)”是現(xiàn)代化工業(yè)中的重中之重。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術通過把傳感器安裝到礦山設備、油氣管道、礦工設備等危險作業(yè)環(huán)境中，可以實時監(jiān)測作業(yè)人員、設備機器以及周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，全方位獲取生產(chǎn)環(huán)境中的安全要素，將現(xiàn)有的網(wǎng)絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡監(jiān)管平臺，有效保障了工業(yè)生產(chǎn)安全。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的價值與意義

　　（一）物聯(lián)網(wǎng)價值的來源及體現(xiàn)

　　物聯(lián)網(wǎng)幾乎可以把任何物體轉化為有關該物體的信息源。它創(chuàng)造了一種區(qū)別產(chǎn)品和服務的新方式以及能夠自主管理的全新價值源——信息及洞察力。

　　物聯(lián)網(wǎng)使制造企業(yè)的競爭領域不僅限于產(chǎn)品功能及服務，而且擴展到通過使用這些產(chǎn)品或服務所創(chuàng)造的信息和數(shù)據(jù)。在清晰的戰(zhàn)略指引下，數(shù)據(jù)分析可以幫助企業(yè)將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的信息轉化為有意義的洞見，幫助決策者更清楚地了解他們的客戶、產(chǎn)品和市場，繼而協(xié)助企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、服務和商業(yè)模式。如下圖，以產(chǎn)品和服務的形式創(chuàng)造價值造就了“價值鏈”的概念，即企業(yè)將輸入轉化為輸出的一系列活動以及活動的順序。同樣，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的潛力有助于形成一個能獲取一系列活動以及活動順序的框架，企業(yè)由此通過信息創(chuàng)造價值，即“信息價值環(huán)路”。信息價值環(huán)路始于在全新環(huán)境中創(chuàng)造和交互信息。傳感技術讓一切行為都能產(chǎn)生信息，即“創(chuàng)造”階段。網(wǎng)絡（一般由通信服務供應商和管理）將“創(chuàng)造”和“交互”階段連接起來，釋放信息，激活閉環(huán)剩余環(huán)節(jié)。在兩者的接合處外延了新形式和合作機遇。需注意的是，信息價值環(huán)路是一個閉環(huán)，即行為——現(xiàn)實世界中物體的狀態(tài)或行為——產(chǎn)生信息。而后這些信息將被用于預知未來的行為。對于使閉環(huán)完整并創(chuàng)造價值的信息，它將會經(jīng)歷閉環(huán)內各個階段，且每一個階段都由特定的“技術”推動。創(chuàng)造信息的“傳感器”會監(jiān)控每一次行為。這些信息經(jīng)過“網(wǎng)絡”實現(xiàn)交互，而后技術、法律、監(jiān)管或者社會的“標準”使它們跨越時空聚合到一起。“外延智能”是獲取用與分析信息的各種形式分析支持的通用術語。信息價值環(huán)路最終由“外延行為”技術完成，這些技術能引發(fā)自動化的自發(fā)行為或以一種能夠改進行為的方式形成人類決策。

　　物聯(lián)網(wǎng)大幅降低設備個別運算和數(shù)據(jù)儲存的成本，更顛覆以往對于商業(yè)價值的定義與框架，我們可以從財務指標、運營指標、企業(yè)績效改善指標來思考物聯(lián)網(wǎng)所開啟的商業(yè)價值和機會。從財務指標來看，公司的收益、支出和資產(chǎn)維持了它的運營平衡，但大部分公司的管理方式都在于減少開銷、提高資產(chǎn)效率、較低負載等，而并非去發(fā)現(xiàn)如何經(jīng)由創(chuàng)新方案開拓收入來源。從運營指標來看，公司的財務指標變動可以了解一間公司的三大核心營運流暢：客戶生命周期、產(chǎn)品生命周期和設備生命周期。目前大部分企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)上的投資專注于設備生命周期。對于客戶生命周期及及產(chǎn)品生命周期，智能型的聯(lián)網(wǎng)設備不但可以提供新的分析與性能，更可以有效管理公司如何發(fā)展客戶和產(chǎn)品，甚至詳細地知道客戶存在周期、產(chǎn)品及相關收入和利潤等細節(jié)。從企業(yè)績效改善來看，目前物聯(lián)網(wǎng)解決方案大多被應用在特定的事件，像是減少庫存或是機器故障等。只有一小部分是從物聯(lián)網(wǎng)分析出的數(shù)據(jù)去改善整體生產(chǎn)流程和產(chǎn)品設計。若欲善用物聯(lián)網(wǎng)解決方案應延長績效改進的期限，針對長期性的改善，而非專注在單一交易上，如此企業(yè)才能對比過去與未來的績效，并做一個持續(xù)性的增值。

　　通過以上三個維度的分析，物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)價值將以效率提升、業(yè)務成長和風險管理提升為體現(xiàn)，無數(shù)的益處都可以歸于其下。

　　（二）工業(yè)領域的價值

　　物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0的概念既有交集也有差異。物聯(lián)網(wǎng)強調的是將生活和生產(chǎn)中一切硬件設備的連接；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指在工業(yè)環(huán)境下，生產(chǎn)設備和產(chǎn)品的連接；工業(yè)4．0則涵蓋整個制造生態(tài)系統(tǒng)。

　　隨著工業(yè)化與信息化的深度融合，企業(yè)內部及企業(yè)間生產(chǎn)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)互聯(lián)互通的需求漸增，通過接入網(wǎng)絡進而達到提高產(chǎn)品質量和運營效率的需求更為強烈，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應運而生。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)、設備變成數(shù)據(jù)終端，全方位采集底層基礎數(shù)據(jù)，并進行更深層面的數(shù)據(jù)分析與挖掘，從而提高效率、優(yōu)化運營。

　　與物聯(lián)網(wǎng)在消費行業(yè)的應用不同，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域的基礎已經(jīng)存在了幾十年。如過程控制和自動化系統(tǒng)、工業(yè)化以太網(wǎng)連接和無線局域網(wǎng)（WALN）等系統(tǒng)已經(jīng)在工廠運行多年，并接連可編程邏輯控制器（PLC）、無線傳感器和射頻識別技術標簽（RFID）。但是在傳統(tǒng)工業(yè)自動化環(huán)境下，一切都只是發(fā)生在工廠自己的系統(tǒng)里，從來沒有與外部世界連接。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用現(xiàn)狀

　　制造企業(yè)普遍認同工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的重要性，但尚未形成清晰的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。根據(jù)Deloitte2016年調查顯示，89％的受訪企業(yè)認同在未來五年內工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對企業(yè)的成功至關重要，72％的企業(yè)已經(jīng)在一定程度上開始工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用，但僅有46％的企業(yè)制定了比較清晰的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略和規(guī)劃。

　　與物聯(lián)網(wǎng)在消費領域近乎從零開始的情況不同，傳感器、PLC等物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)在工業(yè)領域存在了幾十年。這也是為什么多數(shù)受訪企業(yè)認為自己已經(jīng)在一定程度上開始工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的原因。但目前制造企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用主要集中于感知，即通過硬件、軟件和設備的部署收集并傳輸數(shù)據(jù)，這只是物聯(lián)網(wǎng)應用的開始。由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案設計和實施的復雜性，雖然深知物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重要性，很多企業(yè)還不確定自己是否做好準備，也尚未形成工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的清晰戰(zhàn)略。

　　制造企業(yè)仍處在數(shù)據(jù)應用的初級階段，從“后知后覺”到“先見之明”尚需時日。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)驅動的產(chǎn)業(yè)。如工業(yè)傳感器實時采集設備及生產(chǎn)線上的溫度、壓力、振動等信息，匯集成海量數(shù)據(jù)，再通過挖掘分析、處理、應用，最終實現(xiàn)價值創(chuàng)造。典型應用包括故障預測、遠程診斷、工業(yè)生產(chǎn)線分析、能耗優(yōu)化等諸多方面。

　　正如前文所述，數(shù)據(jù)采集只是“信息價值環(huán)路”發(fā)揮作用的開始，如何分析和利用所采集到的海量數(shù)據(jù)支持決策才是價值創(chuàng)造的重點。我們的調查發(fā)現(xiàn)，企業(yè)目前仍處在數(shù)據(jù)應用的感知階段而非行動階段。大部分企業(yè)利用采集到的數(shù)據(jù)解釋歷史表現(xiàn)的規(guī)律和根本原因，僅有少部分企業(yè)開始將數(shù)據(jù)用于預測性分析指導企業(yè)行動。

　　更深層次的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用需要企業(yè)改變利用數(shù)據(jù)的方法——從“后知后覺”到“先見之明”。企業(yè)需要思考除了利用從各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)解釋歷史業(yè)績的規(guī)律和根本原因，企業(yè)如何利用數(shù)據(jù)驅動后臺、中間和前臺業(yè)務流程改善？未來什么樣的產(chǎn)品和服務可能帶來新的收入？什么樣的物聯(lián)網(wǎng)應用可能開拓新的市場。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢

　　未來企業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的重點由設備和資產(chǎn)轉向產(chǎn)品和客戶。工業(yè)企業(yè)借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務成長的主要途徑包括新的產(chǎn)品和服務和更緊密的客戶關系。為了開發(fā)更具吸引力的產(chǎn)品或提升現(xiàn)有客戶關系，企業(yè)將需要大量產(chǎn)品和客戶的相關信息支持。目前工業(yè)企業(yè)所獲得的產(chǎn)品和客戶的信息量遠少于資產(chǎn)和設備的信息量，在效率提升和業(yè)務成長的雙重訴求驅動下，未來企業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的關注度將由設備和資產(chǎn)轉向產(chǎn)品和客戶。

　　數(shù)據(jù)能力提升將以數(shù)據(jù)分析計算能力提升為投資優(yōu)先選擇。物聯(lián)網(wǎng)的整體突破不僅依賴于硬件能力和商業(yè)模式創(chuàng)新，算法與數(shù)據(jù)同樣不可或缺。中國制造企業(yè)多年基于應用研發(fā)積累了大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如果將這些數(shù)據(jù)提取并模型化，形成可實用的專家算法，數(shù)據(jù)將變成具有良好盈利能力的金礦。