工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)浪潮來(lái)襲，你準備好了嗎？
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主旨是將“實(shí)物”連成網(wǎng)絡(luò )，并捕獲這些“實(shí)物”的運行及關(guān)聯(lián)數據，從而控制它們并優(yōu)化其操作。這開(kāi)啟了創(chuàng )新性地使用各種新興及成熟技術(shù)的大門(mén)，進(jìn)而共同實(shí)現了數字化轉型的訴求。本文對15項新興技術(shù)及其在數字化轉型中的主要應用場(chǎng)景進(jìn)行了概述。
支撐數字化轉型的關(guān)鍵技術(shù)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主旨是將“實(shí)物”連成網(wǎng)絡(luò )，并捕獲這些“實(shí)物”的運行及關(guān)聯(lián)數據，從而控制它們并優(yōu)化其操作。這開(kāi)啟了創(chuàng )新性地使用各種新興及成熟技術(shù)的大門(mén)，進(jìn)而共同實(shí)現了數字化轉型的訴求。本文對部分新興技術(shù)及其在數字化轉型中的主要應用場(chǎng)景進(jìn)行了概述。
（一）云計算/邊緣計算
邊緣計算技術(shù)使信息處理更加靠近數據源，從而能夠在本地設備無(wú)法穩定連接到數據中心資源的情況下提供（準）實(shí)時(shí)響應與改進(jìn)功能。主要應用場(chǎng)景：（1）邊緣計算能夠提升解決方案的效能，包括更快速響應的應用程序，更高的穩健性、可靠性以及自主運行能力。（2）對數據的存儲和處理更加靠近數據源，從而更符合法規的要求，包括隱私保護和安全性等方面。（3）在邊緣進(jìn)行編輯可減少發(fā)送數據至數據中心時(shí)產(chǎn)生的連接、數據遷移及帶寬成本。
（二）超連接
超連接通常描述的是一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的情境，具備可滿(mǎn)足特定應用程序所需的各種功能。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟看來(lái)，關(guān)鍵技術(shù)包括公共和專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )中的5G超可靠低時(shí)延通信（URLLC）、增強型移動(dòng)寬帶（EMB）和海量機器類(lèi)通信（mMTC）以及替代性的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )（LPWA）技術(shù)。其他技術(shù)則包括網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )、高空低軌道（HALO）平臺和不斷發(fā)展的Wi-Fi標準。
主要應用場(chǎng)景：
（1）5G超可靠低時(shí)延通信實(shí)現了通過(guò)部署無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)滿(mǎn)足關(guān)鍵性低時(shí)延的通信需求，例如工業(yè)機器的遠程緊急停機功能。
（2）公共和專(zhuān)用5G網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通將允許應用程序在校內校外無(wú)縫漫游。
（3）低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將通過(guò)降低廣域連接的成本以及延長(cháng)電池的壽命來(lái)實(shí)現新的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用。
（三）數據安全
保護工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用程序所生成、存儲和調用的敏感數據，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統可信賴(lài)的基礎之一，而可信賴(lài)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統本身也是數字化轉型的一項基礎。數據安全旨在避免數據被意外或未經(jīng)授權地獲取、篡改和破壞，從而確保數據的有效性、完整性和機密性。它屬于更廣義上的數據保護范疇，涵蓋多個(gè)毗鄰且重疊的領(lǐng)域，例如數據安全性、數據完整性和數據隱私保護。數據安全包含許多不同種類(lèi)的保護機制，例如密鑰管理、信任根、身份驗證、權限控制以及審計與監視。
主要應用場(chǎng)景：
（1）企業(yè)可對其動(dòng)態(tài)數據、靜態(tài)數據和使用中的數據加以保護，防止未經(jīng)授權的獲取和篡改。
（2）對物聯(lián)網(wǎng)的可信度與特性（隱私保護、可靠性、彈性和安全性）起到關(guān)鍵的支持作用。
（3）防止因為數據被擅自篡改所導致的安全事故。國際電工委員會(huì )IEC 61508標準適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統所使用的電子控制器的功能安全性。被篡改的系統指令會(huì )改變整個(gè)系統的運行狀態(tài)，進(jìn)而將系統推入危險的境地。
（4）數據安全還會(huì )影響那些依賴(lài)安全操作軟件的系統。因此，這類(lèi)軟件也必須自始至終受到保護。
（四）人工智能與分析
《韋氏詞典》對于人工智能（AI）的定義是“計算機科學(xué)的一個(gè)分支，研究計算機對于智能行為的模仿”以及“機器模仿人類(lèi)智能行為的能力”。人工智能與分析強化了對于數據的理解和學(xué)習能力；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統產(chǎn)生的信息包含海量的數據，人工智能算法可將這些數據加以分解和分析，從而幫助企業(yè)進(jìn)行合理決策。
主要應用場(chǎng)景：
（1）人工智能具備的能力使之能夠與其他新興技術(shù)相融合，以追求自動(dòng)可信、沉浸式接口、超連接網(wǎng)絡(luò )和自主運行。
（2）人工智能可加速來(lái)自工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現場(chǎng)數據的反饋，用以改進(jìn)操作流程與成熟做法。
（3）先進(jìn)的分析技術(shù)可使企業(yè)在海量的數據（即大數據）中找到端倪，進(jìn)而提升自身的品質(zhì)與責任。
（4）人工智能算法可從過(guò)往的經(jīng)驗當中“學(xué)習”并根據環(huán)境做出實(shí)時(shí)調整。
（5）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統改進(jìn)后的反饋回路可強化安全措施并提升綜合品質(zhì)。
（五）數字孿生
數字孿生（DT）是“對現實(shí)世界中的實(shí)體或系統的數字化呈現”，包括其屬性和行為，能滿(mǎn)足一系列使用案例的需求。在數字化表示的定義中，實(shí)體通常指的是資產(chǎn)、流程或系統。數字孿生信息涵蓋了多種數據類(lèi)別的組合，例如基于物理的模型和數據、分析模型和數據、時(shí)間序列數據和歷史數據、交易數據、主數據、視覺(jué)模型和計算數據等。
主要應用場(chǎng)景：
（1）制造業(yè)：協(xié)助進(jìn)行預測性維護、優(yōu)化運營(yíng)效率以及確定資產(chǎn)維護策略。
（2）能源和公用事業(yè)：實(shí)時(shí)優(yōu)化運營(yíng)以及對質(zhì)量參數進(jìn)行實(shí)時(shí)計算。
（3）油氣行業(yè)：從鉆探、生產(chǎn)、維護到廢棄，實(shí)施全程井下監控，同時(shí)評估成本節約策略、優(yōu)化運營(yíng)。
（4）采礦業(yè)：處理關(guān)于資產(chǎn)運行情況的數據，優(yōu)化維護決策。
（5）流程自動(dòng)化：監視產(chǎn)品在各環(huán)節的狀態(tài)，協(xié)助檢測產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。
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（六）分布式賬本
分布式賬本技術(shù)（DLT）提供了一種可信賴(lài)且無(wú)法被篡改的賬本，企業(yè)可用它來(lái)傳輸和存儲基于自身運營(yíng)狀況或內部產(chǎn)生的交互數據（包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備）等有價(jià)值的信息。
主要應用場(chǎng)景：
（1）分布式賬本技術(shù)是一種共享賬本，這意味著(zhù)供應鏈上的所有企業(yè)都能隨時(shí)查看賬本的最近更新，且彼此之間完全信任，根本無(wú)需相互對賬。
（2）通過(guò)確保物聯(lián)網(wǎng)數據流及交易在生態(tài)系統各參與方之間的安全共享，同時(shí)還有在自身技術(shù)環(huán)境下的自動(dòng)可信，分布式賬本技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)形成了有效補充。借助與物聯(lián)網(wǎng)及人工智能的協(xié)作，分布式賬本技術(shù)可驗證數據的真實(shí)性、核實(shí)身份以及實(shí)現安全的多方交易。
（3）分布式賬本技術(shù)當中的信息被認為是無(wú)法篡改的，這也意味著(zhù)賬本中幾乎不存在檢測不到的數據變動(dòng)?？梢愿鶕煌那闆r來(lái)設定查看賬本數據或是賬本本身的權限。
（七）人機接口
人機接口（HMI）是硬件與軟件的集合體，可通過(guò)信息輸入來(lái)觸發(fā)信息輸出，進(jìn)而實(shí)現人機交互。從簡(jiǎn)單的按鈕到復雜的圖形顯示系統，形式多種多樣。此處的人機接口是指尚未在工業(yè)領(lǐng)域成為主流的新穎接口，例如增強現實(shí)（AR）顯示器，通過(guò)視覺(jué)或音頻的“疊加”使人所處的物理環(huán)境得到增強，或是虛擬現實(shí)（VR）頭戴設備，能夠讓人們完全沉浸在計算機生成的情境之中。
主要應用場(chǎng)景：
（1）增強現實(shí)和虛擬現實(shí)能夠提供有效且經(jīng)濟的工作及軟技能培訓。
（2）增強現實(shí)可以通過(guò)向用戶(hù)提供額外的工具（例如藍圖、工作流或核對表的疊加）或通信功能（例如和專(zhuān)家進(jìn)行遠程語(yǔ)音及視頻連線(xiàn)）來(lái)強化學(xué)習效果、幫助完成任務(wù)。
（3）虛擬現實(shí)的模擬情境可讓學(xué)習者練習戰術(shù)和軟技能，直至完全掌握。
（4）利用物聯(lián)網(wǎng)設備所采集的實(shí)時(shí)數據和影像，以及混合現實(shí)（XR）技術(shù)，給單個(gè)實(shí)物、制造車(chē)間、整個(gè)工廠(chǎng)或建筑工地創(chuàng )建數字孿生，如此便可遠程進(jìn)行諸如質(zhì)?；虮O理之類(lèi)的活動(dòng)。
（5）利用物聯(lián)網(wǎng)設備實(shí)時(shí)數據構建的增強現實(shí)影像，可提供經(jīng)營(yíng)策略及決策相關(guān)的信息（例如城市規劃、執法和危機處理）。
（八）增材制造
增材制造技術(shù)通過(guò)對材料進(jìn)行逐層堆疊，將數字三維設計圖轉化為物理實(shí)體，由此改變了物品的制造方式。原材料通常是塑料、其他聚合物、金屬或陶瓷，其形態(tài)可以是液體、粉末或薄片。
主要應用場(chǎng)景：
（1）商品定制與制成環(huán)節的極大靈活性，實(shí)現了對于個(gè)性化定制產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。
（2）用單一流程制造復雜的零件，能夠降低制造成本、提高質(zhì)量并簡(jiǎn)化供應鏈（零組件數量減少）。經(jīng)過(guò)創(chuàng )新之后，單一流程同樣可以制造出設計復雜且無(wú)法用傳統方式生產(chǎn)的產(chǎn)品。
（3）“混合制造”將自動(dòng)化機器與增材制造相結合，例如同時(shí)配備了機器人和3D打印機的工具生產(chǎn)線(xiàn)。
（4）能夠跨行業(yè)生產(chǎn)各種產(chǎn)品的多模式工廠(chǎng)，例如生產(chǎn)汽車(chē)零部件的增材生產(chǎn)線(xiàn)也可以生產(chǎn)醫療設備。
（5）直接為物理實(shí)體創(chuàng )建實(shí)時(shí)的數字孿生，并將之呈現為虛擬設計圖，可實(shí)現增材制造的更快速發(fā)展。
（九）數據共享
數據共享是指在生態(tài)系統及供應鏈伙伴之間共享物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和運營(yíng)數據的能力。數據亦可通過(guò)第三方來(lái)獲取。數據共享有時(shí)也會(huì )成為物聯(lián)網(wǎng)項目的主要驅動(dòng)力。物聯(lián)網(wǎng)數據共享須遵守強制性義務(wù)（法律法規）以及數據保護要求，包括隱私保護、機密性、知識產(chǎn)權、所有權、成熟做法等，適用于靜態(tài)數據、動(dòng)態(tài)數據和使用中的數據。在生態(tài)系統中共享數據的原因可能不盡相同。這些數據可能具有可創(chuàng )造盈利的內在價(jià)值、研究?jì)r(jià)值和歷史價(jià)值。
主要應用場(chǎng)景：
（1）智慧城市：在整個(gè)城市生態(tài)系統中共享基礎設施與交通數據（智慧城市數據交換）。
（2）油氣行業(yè)：在供應鏈上各個(gè)環(huán)節之間共享運營(yíng)數據。
（3）制造業(yè)：與代工廠(chǎng)和經(jīng)銷(xiāo)商共享設備運行及維護數據。
（十）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是第四次工業(yè)革命浪潮中的一項核心技術(shù)。它指的是將傳感器驅動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)擴展并用在非消費類(lèi)應用程序上。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統將邊緣計算與企業(yè)的系統、業(yè)務(wù)流程和分析技術(shù)連接并集成在了一起。
主要應用場(chǎng)景：
（1）智能制造系統可通過(guò)預測性維護來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)并最大限度地避免意外停機。
（2）醫療：醫療設備聯(lián)網(wǎng)、遠程患者監護、醫療保健提供商之間的合作等。
（3）智能基礎設施：調度、監控、公用事業(yè)、天然氣、自來(lái)水、道路、建筑物以及電網(wǎng)等的運行管理。
（4）智能交通系統：包裹物流（空、海、陸）、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、物流互聯(lián)網(wǎng)、導航、交通管制、公共交通管理、車(chē)險和停車(chē)等。
（十一）自主機器人系統
自主機器人系統可提升從自動(dòng)駕駛車(chē)輛到無(wú)人機，再到工業(yè)機器人等多個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)力，使設備無(wú)需人為操控或看管即可執行任務(wù)。在需要對設備進(jìn)行遠程實(shí)時(shí)操控的情況下，自主機器人系統特別實(shí)用，例如需要保護工人的安全，或是需要面對復雜危險的工作環(huán)境，又或是需要比人工速度和精度更高的應用程序。
主要應用場(chǎng)景：
（1）交通運輸：包括自動(dòng)駕駛汽車(chē)和其他乘用車(chē)輛。
（2）自動(dòng)分發(fā)、遞送和倉儲。
（3）各種無(wú)人機（UAV）使用場(chǎng)景，包括現場(chǎng)測繪和資產(chǎn)調查。
（4）制造業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上的流程機器人。
（5）農業(yè)方面的自動(dòng)化作業(yè)。
（6）醫療保健方面的精密機器人。
（十二）信息技術(shù)/運營(yíng)技術(shù)的不斷創(chuàng )新
物聯(lián)網(wǎng)設備劃定了數字世界與物理世界之間的邊界，致動(dòng)器接收到信息并改變物理世界中的狀態(tài)，傳感器則觀(guān)察物理世界中的狀態(tài)并將之轉化成信息。圍繞著(zhù)傳感器與致動(dòng)器的創(chuàng )新，或強化了現有的運營(yíng)技術(shù)的作用，或開(kāi)發(fā)了新的用途及市場(chǎng)。
主要應用場(chǎng)景：
（1）傳感器和致動(dòng)器可植入人體及動(dòng)物體內，用于檢測疾病或是代替受損的器官，例如心臟起搏器等。
（2）具備無(wú)線(xiàn)通信功能的傳感器和致動(dòng)器可裝載到活動(dòng)部件當中，用于檢測和糾正變速箱或液壓系統的異常，例如目前汽車(chē)上的胎壓預警系統等。
（十三）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設備的微功耗發(fā)電（能量收集）
將無(wú)線(xiàn)技術(shù)整合進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可產(chǎn)生高度分布式的解決方案，其中某些部件可能位于物理上難以接近或是危險的區域。物聯(lián)網(wǎng)設備則可連接那些無(wú)法使用有線(xiàn)電源的可移動(dòng)部件。
電池有很多缺點(diǎn)。使用壽命有限，特別是傳統電池會(huì )隨著(zhù)時(shí)間流逝自行放電，而且化學(xué)流體工藝也很難保證使用壽命。充電電池雖可通過(guò)外部電源重復充電，例如太陽(yáng)能、風(fēng)能或熱能，但同樣由于化學(xué)流體工藝的原因，很難達到預期壽命。
主要應用場(chǎng)景：
（1）管線(xiàn)：遠程傳感器和致動(dòng)器電源。
（2）智慧城市：智能燈桿的太陽(yáng)能電池板。
（3）運輸：利用發(fā)動(dòng)機的余熱發(fā)電，提升效率。
（4）建筑和基礎設施：借助嵌入式傳感器檢測鋼筋混凝土的損壞。
（5）醫療：為無(wú)線(xiàn)體域網(wǎng)（WBAN）中超出電池自主供電與功率密度的人體植入設備（包括傳感器）供電。
（6）可移動(dòng)部件上用于檢測損壞、異常、裂縫等狀態(tài)變化的設備。
（十四）服務(wù)化
服務(wù)化并非一項新技術(shù)，而是對本文所討論的其他技術(shù)的一種新興應用，重點(diǎn)是，服務(wù)化主要依賴(lài)物聯(lián)網(wǎng)和超連接，也常常依賴(lài)人工智能和數據共享。服務(wù)化包含一系列與提供硬件即服務(wù)相關(guān)的概念，終端用戶(hù)可能不需要購買(mǎi)服務(wù)化設備，即可從設備供應商那里獲得相關(guān)的服務(wù)。通常，服務(wù)化屬于即用即付的商業(yè)模式中的一部分，一般包括預測性維護，并由供應商進(jìn)行性能擔保。
主要應用場(chǎng)景：
（1）根據具體使用情況向終端用戶(hù)收取設備（及相關(guān)耗材）的費用。
（2）對設備進(jìn)行遠程和預測性維護。
（3）通過(guò)軟件更新或配置變動(dòng)遠程販售和激活更多功能。
（4）“結果即服務(wù)”，企業(yè)販賣(mài)的是特定的結果，而不是達成該結果的設備。
（十五）新商業(yè)模式和支付方式的技術(shù)平臺
傳統上，工業(yè)部件都是在使用前以實(shí)物的形式出售。然而，通過(guò)將這些部件連接到互聯(lián)網(wǎng)，部件供應商就可以精確追蹤部件的使用情況，使得這類(lèi)部件的商業(yè)及支付模式很類(lèi)似于我們目前在云端或本地使用軟件的情形。這種做法將得到一種新概念的支持，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟稱(chēng)之為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)盈利模式（I2M2）平臺。完整的工業(yè)系統都是由特別安裝的各種部件所組成。因此，這種商業(yè)模式和支付方式也可以涵蓋整個(gè)系統，包括系統集成的工作。此類(lèi)商業(yè)模式和支付方式包括：
（1）租賃/訂閱：在部件被使用期間，按固定的時(shí)間間隔（例如每個(gè)月）支付費用。
（2）按需提供功能：在首次使用部件后開(kāi)始付費。
（3）按使用付費：僅在使用部件或特定功能時(shí)付費。
（4）收益和利潤共享：用戶(hù)根據部件提供的特殊商業(yè)價(jià)值向供應商付費。
（5）免費軟件：核心功能免費，高階功能需付費。
（6）試用軟件：可在有限的時(shí)間內免費試用特定功能。
主要應用場(chǎng)景：
（1）減少高風(fēng)險工業(yè)系統的預付款，并有機會(huì )在將來(lái)與部件供應商“分享成功”。
（2）由于投資風(fēng)險過(guò)高和資金短缺，無(wú)法即刻實(shí)現理想的工業(yè)系統配置。
（3）部件供應商在部件的整個(gè)生命周期內反復獲益。
（4）部件制造商和用戶(hù)之間存在終身的業(yè)務(wù)往來(lái)。