關注工業網際網路（5）：它和工業物聯網有啥關係？

「最江蘇」導讀

本文解讀工業網際網路的概念以及與相關術語之間的關係，希望能夠幫助讀者客觀理性看待當前的工業網際網路熱潮，找到應用的突破口。

最近，我國工業網際網路的熱潮湧動，各種工業網際網路平台和工業APP如雨後春筍般冒了出來。

近幾年製造業熱潮迭起，從3D列印到機器人，從工業4.0到智能製造，從「機器換人」到「工業雲」，讓人目不暇接，難免理解不透。

本文解讀工業網際網路的概念以及與相關術語之間的關係，希望能夠幫助讀者客觀理性看待當前的工業網際網路熱潮，找到應用的突破口。

1、如何理解工業網際網路？

工業網際網路是指工業互聯的網，而不是工業的網際網路。

在企業內部，要實現工業設備（生產設備、物流裝備、能源計量、質量檢驗、車輛等）、信息系統、業務流程、企業的產品與服務、人員之間的互聯，實現企業IT網絡與工控網絡的互聯，實現從車間到決策層的縱向互聯；在企業間，要實現上下游企業（供應商、經銷商、客戶、合作夥伴）之間的橫向互聯；從產品生命周期的維度，要實現產品從設計、製造到服役，再到報廢回收再利用整個生命周期的互聯。

這實際上與工業4。

0提出的三個集成的內涵是相通的。

IT領域的在線詞典Techopedia對工業網際網路給出的解釋是：

工業網際網路將智能機器或特定類型的設備與嵌入式技術和物聯網結合起來。

實例是將機器和車輛配備智能技術，包括M2M（機器與機器互聯）技術，實現製造裝備和其它設備可以相互傳輸數據。

工業網際網路也應用於交通項目，例如無人（或自主）駕駛汽車和智能軌道交通系統。

2、工業網際網路與工業物聯網（IIOT）是什麼關係？

工業物聯網指的是物聯網在工業的應用。

工業網際網路涵蓋了工業物聯網，但進一步延伸到企業的信息系統、業務流程和人員。

工業網際網路的概念實際上與國外提出的萬物互聯（Internet of Everything，將人、流程、數據和事物結合一起，使得網絡連接變得更加相關，更有價值）理念有相似之處，相當於是工業企業的萬物互聯。

3、何謂工業網際網路平台？

工業網際網路平台與工業雲平台的關係如何？

工業網際網路平台是開發和運行各種工業網際網路應用功能的平台。

工業雲平台指的是工業領域的雲平台，包括了IAAS（基礎設施服務化）、PAAS（平台服務化）、SAAS（軟體服務化）三個層面，工業雲平台的目的是將工業軟體演化為一種雲服務（SAAS），並為客戶提供可以對軟體功能進行配置或二次開發的平台（PAAS），將數據和信息系統存儲到雲端，從而使工業企業應用信息系統更加便捷、更有利於管理（例如，實現伺服器和桌面虛擬化），因此，工業雲平台本質上屬於IT平台。

工業網際網路平台是工業雲平台的擴展與延伸，不僅能夠支持工業雲平台的所有功能，而且要支撐工業物聯網應用，實現IT與OT融合。

在IAAS和邊緣（設備端）層，工業網際網路平台需要實現從設備的控制系統、傳感器、可穿戴設備、攝像頭和儀表進行數據採集、傳輸和存儲。

在PAAS層，工業網際網路平台需要能夠支撐更加複雜的算法，例如利用深度學習技術進行圖像分析，利用SPC方法分析質量數據，利用仿真技術對設備的數字化模型（Digital twin）進行性能仿真，利用GIS數據對車輛進行定位，從而對物流運輸過程進行追溯等。

在SAAS層，則應當提供豐富的APP，將原來工業軟體固化的功能拆分成很多功能相對獨立的插件，可以在PAAS平台即插即用。

因此，工業網際網路平台比工業雲平台要複雜得多。

4、工業網際網路與智能製造的關係如何？

工業網際網路的核心是互聯，是製造企業實現智能製造的關鍵使能技術之一。

根據e－works提出的智能製造金字塔模型，企業推進智能製造包含四個層次、十個場景。

第一層是推進產品的智能化和智能服務，從而實現商業模式的創新，在這一層，工業網際網路可以支撐企業開發智能互聯產品，基於物聯網提供智能服務。

第二層是如何應用智能裝備、部署智能產線、打造智能車間、建設智能工廠，從而實現生產模式的創新，在這一層，工業網際網路技術可以幫助企業實現M2M，從設備聯網到產線的數據採集，從車間的智能監控到生產無紙化等。

第三層是智能研發、智能管理和智能物流供應鏈，實現企業運營模式的創新，在這一層，工業網際網路的主要作用是實現企業內的信息集成和企業間的供應鏈集成。

第四層是智能決策，在這個層次，工業網際網路的作用是實現異構數據的整合與實時分析。

5、工業網際網路與工業大數據的關係如何？

工業網際網路平台需要管理海量和異構的，結構化、半結構化和非結構化的數據，包括來自各種設備、已服役的產品、信息系統和社交媒體的數據，對於工業企業而言，這些數據就是工業大數據，需要用專業的平台來存儲、分析、展現這些數據，通過數據驅動，實現對產品、製造工藝和設備進行監控、控制和優化等功能，這樣的平台就是工業大數據平台。

應該說，工業大數據平台是工業網際網路平台的一個子集。

6、工業網際網路有哪些現實的應用場景？

目前，最現實的應用場景是裝備製造企業利用工業網際網路平台來對已服役的產品進行遠程的狀態監控，乃至預測性維護。

例如，FANUC公司與思科公司合作，為FANUC機器人的客戶提供ZDT（Zero Downtime，零宕機）服務；樹根互聯的根雲平台可以實現移動設備（例如工程機械）的定位和遠程監控服務，提供工作時間統計、故障預警、發現並糾正客戶的危險操作習慣等服務，還可以幫助客戶實現服務電商；東方國信的工業網際網路平台實現了對鋼鐵行業、風電行業、鍋爐行業的設備監控、能耗分析等應用；寄雲科技與上海隧道工程公司合作，實現了盾構機掘進過程中的故障預警。

另一個工業網際網路典型的應用場景是企業內部設備聯網的基礎上，實現車間生產設備的監控。

美的已經建立了空調生產車間的Digital Twin，可以對設備狀態實時監控。

華中科技大學一個科研團隊通過對江蘇省一家製造企業的工具機消耗的實時電流進行採集，捕捉細微的波動，來判斷是否是刀具斷刀的前兆，從而使企業不用按時更換刀具，延長刀具使用壽命。

目前的工業網際網路應用，主要還是工業物聯網的範疇。

7、工業網際網路目前的成熟度如何？

工業網際網路涵蓋的領域非常廣，要實現各種軟體、硬體、機器設備、產品與業務流程和人員的互聯，實際上難度非常大。

工業網際網路是個美好願景，但要實現這一願景還需要很長的過程，需要打造一個健康的生態系統。

工業網際網路的概念很大，不少各種功能各異的雲平台都在宣傳自己是工業網際網路平台，讓企業難以分辨。

8、本文小結

總體來說，雖然目前工業網際網路熱潮湧動，但是目前我國的工業網際網路應用還處於初級的階段，各界對工業網際網路的認識與理解還不太統一。

市場上已有的工業網際網路平台實際上只能支持某些單點應用或特定功能，還缺乏真正基於多租戶的工業網際網路平台。

各種平台之間要實現集成，涉及到諸多的標準和安全問題。

按照目前「百花齊放」的發展態勢，勢必形成很多「雲孤島」。

在這次工業網際網路熱潮中，一些廠商過度炒作，甚至出現了類似「畝產小麥18萬斤」一樣的吹噓。

對於製造企業和工業軟體企業而言，將所有工業軟體都變成APP，既不現實，也沒必要，製造企業已經應用了很多IT系統，不可能把所有的應用都轉到工業網際網路平台。

閱讀連結 什麼是工業物聯網

工業物聯網是將具有感知、監控能力的各類採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生產過程各個環節，從而大幅提高製造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，最終實現將傳統工業提升到智能化的新階段。

從應用形式上，工業物聯網的應用具有實時性、自動化、嵌入式(軟體)、安全性、和信息互通互聯性等特點。

一、工業物聯網的關鍵技術

工業物聯網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。

工業物聯網的廣泛應用需要解決眾多關鍵技術問題（見下圖）

傳感器技術：價格低廉、性能良好的傳感器是工業物聯網應用的基石，工業物聯網的發展要求更準確、更智能、更高效以及兼容性更強的傳感器技術。

智能數據採集技術是傳感器技術發展的一個新方向。

信息的泛在化對工業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慧技術；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。

設備兼容技術：大部分情況下，企業會基於現有的工業系統建造工業物聯網，如何實現工業物聯網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物聯網推廣所面臨的問題之一。

傳感器的兼容主要指數據格式的兼容與通信協議的兼容，兼容關鍵是標準的統一。

目前，工業現場總線網絡中普遍採用的如Profibus、Modus協議，已經較好地解決了兼容性問題，大多數工業設備生產廠商基於這些協議開發了各類傳感器、控制器等。

近年來，隨著工業無線傳感器網絡應用日漸普遍，當前工業無線的WirelessHART、ISA100．11a以及wIA—PA3大標準均兼容了IEEE802．15．4無線網絡協議，並提供了隧道傳輸機制兼容現有的通信協議，豐富了工業物聯網系統的組成與功能。

網絡技術：網絡是構成工業物聯網的核心之一，數據在系統不同的層次之間通過網絡進行傳輸。

網絡分為有線網絡與無線網絡，有線網絡一般應用於數據處理中心的集群伺服器、工廠內部的區域網以及部分現場總線控制網絡中，能提供高速率高帶寬的數據傳輸通道。

工業無線傳感器網絡則是一種新興的利用無線技術進行傳感器組網以及數據傳輸的技術，無線網絡技術的應用可以使得工業傳感器的布線成本大大降低，有利於傳感器功能的擴展，因此吸引了國內外眾多企業和科研機構的關注。

傳統的有線網絡技術較為成熟，在眾多場合已得到了應用驗證。

然而，當無線網絡技術應用於工業環境時，會面臨如下問題：工業現場強電磁干擾、開放的無線環境讓工業機器更容易受到攻擊威脅、部分控制數據需要實時傳輸。

相對於有線網絡，工業無線傳感器網絡技術則正處在發展階段，它解決了傳統的無線網絡技術應用於工業現場環境時的不足，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、網絡分層數據加密、網絡異常監視與報警以及設備入網鑒權等。

信息處理技術：工業信息出現爆炸式增長，工業生產過程中產生的大量數據對於工業物聯網來說是一個挑戰，如何有效處理、分析、記錄這些數據，提煉出對工業生產有指導性建議的結果，是工業物聯網的核心所在，也是難點所在。

當前業界大數據處理技術有很多，如SAP的BW系統在一定程度上解決了大數據給企業生產運營帶來的問題。

數據融合和數據挖掘技術的發展也使海量信息處理變得更為智能、高效。

工業物聯網泛在感知的特點使得人也成為了被感知的對象，通過對環境數據的分析以及用戶行為的建模，可以實現生產設計、製造、管理過程中的人一人、人一機和機一機之間的行為、環境和狀態感知，更加真實地反映出工業生產過程中的細節變化，以便得出更準確的分析結果。

安全技術：工業物聯網安全主要涉及數據採集安全、網絡傳輸安全等過程，信息安全對於企業運營起到關鍵作用，例如在冶金、煤炭、石油等行業採集數據需要長時問的連續運行，如何保證在數據採集以及傳輸過程中信息的準確無誤是工業物聯網應用於實際生產的前提。

二、工業物聯網的應用

製造業供應鏈管理：企業利用物聯網技術，能及時掌握原材料採購、庫存、銷售等信息，通過大數據分析還能預測原材料的價格趨向、供求關係等，有助於完善和優化供應鏈管理體系，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絡技術，構建了全球製造業中規模最大、效率最高的供應鏈體系。

生產過程工藝優化：工業物聯網的泛在感知特性提高了生產線過程檢測、實時參數採集、材料消耗監測的能力和水平，通過對數據的分析處理可以實現智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護，提高生產力，降低能源消耗。

鋼鐵企業應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現了對加工產品的寬度、厚度、溫度實時監控，提高了產品質量，優化了生產流程。

生產設備監控管理：利用傳感技術對生產設備進行健康監控，可以及時跟蹤生產過程中各個工業機器設備的使用情況，通過網絡把數據匯聚到設備生產商的數據分析中心進行處理，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個面向不同產品的i-Center(綜合服務中心)，通過傳感器和網絡對設備進行了在線監測和實時監控，並提供了設備維護和故障診斷的解決方案。

環保監測及能源管理：工業物聯網與環保設備的融合可以實現對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理環節關鍵指標的實時監控。

在化工、輕工、火電廠等企業布署傳感器網絡，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以通過智能化的數據報警及時發現排污異常並停止相應的生產過程，防止突發性環境污染事故發生。

電信運營商已開始推廣基於物聯網的污染治理實時監測解決方案。

工業安全生產管理：「安全生產」是現代化工業中的重中之重。

工業物聯網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環境中，可以實時監測作業人員、設備機器以及周邊環境等方面的安全狀態信息，全方位獲取生產環境中的安全要素，將現有的網絡監管平台提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平台，有效保障了工業生產安全。