工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)浪潮來襲，你準備好了嗎？

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主旨是將“實物”連成網(wǎng)絡(luò)，并捕獲這些“實物”的運行及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，從而控制它們并優(yōu)化其操作。這開啟了創(chuàng)新性地使用各種新興及成熟技術(shù)的大門，進而共同實現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的訴求。本文對15項新興技術(shù)及其在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的主要應(yīng)用場景進行了概述。

支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主旨是將“實物”連成網(wǎng)絡(luò)，并捕獲這些“實物”的運行及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，從而控制它們并優(yōu)化其操作。這開啟了創(chuàng)新性地使用各種新興及成熟技術(shù)的大門，進而共同實現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的訴求。本文對部分新興技術(shù)及其在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的主要應(yīng)用場景進行了概述。

（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(shù)據(jù)源，從而能夠在本地設(shè)備無法穩(wěn)定連接到數(shù)據(jù)中心資源的情況下提供（準）實時響應(yīng)與改進功能。主要應(yīng)用場景：（1）邊緣計算能夠提升解決方案的效能，包括更快速響應(yīng)的應(yīng)用程序，更高的穩(wěn)健性、可靠性以及自主運行能力。（2）對數(shù)據(jù)的存儲和處理更加靠近數(shù)據(jù)源，從而更符合法規(guī)的要求，包括隱私保護和安全性等方面。（3）在邊緣進行編輯可減少發(fā)送數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心時產(chǎn)生的連接、數(shù)據(jù)遷移及帶寬成本。

（二）超連接

超連接通常描述的是一個萬物互聯(lián)的情境，具備可滿足特定應(yīng)用程序所需的各種功能。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟看來，關(guān)鍵技術(shù)包括公共和專用網(wǎng)絡(luò)中的5G超可靠低時延通信（URLLC）、增強型移動寬帶（EMB）和海量機器類通信（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(yīng)用場景：

（1）5G超可靠低時延通信實現(xiàn)了通過部署無線網(wǎng)絡(luò)來滿足關(guān)鍵性低時延的通信需求，例如工業(yè)機器的遠程緊急停機功能。

（2）公共和專用5G網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通將允許應(yīng)用程序在校內(nèi)校外無縫漫游。

（3）低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將通過降低廣域連接的成本以及延長電池的壽命來實現(xiàn)新的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

（三）數(shù)據(jù)安全

保護工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用程序所生成、存儲和調(diào)用的敏感數(shù)據(jù)，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可信賴的基礎(chǔ)之一，而可信賴的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)本身也是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一項基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)安全旨在避免數(shù)據(jù)被意外或未經(jīng)授權(quán)地獲取、篡改和破壞，從而確保數(shù)據(jù)的有效性、完整性和機密性。它屬于更廣義上的數(shù)據(jù)保護范疇，涵蓋多個毗鄰且重疊的領(lǐng)域，例如數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)隱私保護。數(shù)據(jù)安全包含許多不同種類的保護機制，例如密鑰管理、信任根、身份驗證、權(quán)限控制以及審計與監(jiān)視。

主要應(yīng)用場景：

（1）企業(yè)可對其動態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和使用中的數(shù)據(jù)加以保護，防止未經(jīng)授權(quán)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(shù)據(jù)被擅自篡改所導(dǎo)致的安全事故。國際電工委員會IEC 61508標準適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所使用的電子控制器的功能安全性。被篡改的系統(tǒng)指令會改變整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，進而將系統(tǒng)推入危險的境地。

（4）數(shù)據(jù)安全還會影響那些依賴安全操作軟件的系統(tǒng)。因此，這類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)的一個分支，研究計算機對于智能行為的模仿”以及“機器模仿人類智能行為的能力”。人工智能與分析強化了對于數(shù)據(jù)的理解和學(xué)習(xí)能力；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的信息包含海量的數(shù)據(jù)，人工智能算法可將這些數(shù)據(jù)加以分解和分析，從而幫助企業(yè)進行合理決策。

主要應(yīng)用場景：

（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）人工智能可加速來自工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的反饋，用以改進操作流程與成熟做法。

（3）先進的分析技術(shù)可使企業(yè)在海量的數(shù)據(jù)（即大數(shù)據(jù)）中找到端倪，進而提升自身的品質(zhì)與責任。

（4）人工智能算法可從過往的經(jīng)驗當中“學(xué)習(xí)”并根據(jù)環(huán)境做出實時調(diào)整。

（5）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)改進后的反饋回路可強化安全措施并提升綜合品質(zhì)。

（五）數(shù)字孿生

數(shù)字孿生（DT）是“對現(xiàn)實世界中的實體或系統(tǒng)的數(shù)字化呈現(xiàn)”，包括其屬性和行為，能滿足一系列使用案例的需求。在數(shù)字化表示的定義中，實體通常指的是資產(chǎn)、流程或系統(tǒng)。數(shù)字孿生信息涵蓋了多種數(shù)據(jù)類別的組合，例如基于物理的模型和數(shù)據(jù)、分析模型和數(shù)據(jù)、時間序列數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、主數(shù)據(jù)、視覺模型和計算數(shù)據(jù)等。

主要應(yīng)用場景：

（1）制造業(yè)：協(xié)助進行預(yù)測性維護、優(yōu)化運營效率以及確定資產(chǎn)維護策略。

（2）能源和公用事業(yè)：實時優(yōu)化運營以及對質(zhì)量參數(shù)進行實時計算。

（3）油氣行業(yè)：從鉆探、生產(chǎn)、維護到廢棄，實施全程井下監(jiān)控，同時評估成本節(jié)約策略、優(yōu)化運營。

（4）采礦業(yè)：處理關(guān)于資產(chǎn)運行情況的數(shù)據(jù)，優(yōu)化維護決策。

（5）流程自動化：監(jiān)視產(chǎn)品在各環(huán)節(jié)的狀態(tài)，協(xié)助檢測產(chǎn)品的質(zhì)量問題。

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（六）分布式賬本

分布式賬本技術(shù)（DLT）提供了一種可信賴且無法被篡改的賬本，企業(yè)可用它來傳輸和存儲基于自身運營狀況或內(nèi)部產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)（包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）等有價值的信息。

主要應(yīng)用場景：

（1）分布式賬本技術(shù)是一種共享賬本，這意味著供應(yīng)鏈上的所有企業(yè)都能隨時查看賬本的最近更新，且彼此之間完全信任，根本無需相互對賬。

（2）通過確保物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流及交易在生態(tài)系統(tǒng)各參與方之間的安全共享，同時還有在自身技術(shù)環(huán)境下的自動可信，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(shù)據(jù)的真實性、核實身份以及實現(xiàn)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法篡改的，這也意味著賬本中幾乎不存在檢測不到的數(shù)據(jù)變動?？梢愿鶕?jù)不同的情況來設(shè)定查看賬本數(shù)據(jù)或是賬本本身的權(quán)限。

（七）人機接口

人機接口（HMI）是硬件與軟件的集合體，可通過信息輸入來觸發(fā)信息輸出，進而實現(xiàn)人機交互。從簡單的按鈕到復(fù)雜的圖形顯示系統(tǒng)，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(xiàn)實（AR）顯示器，通過視覺或音頻的“疊加”使人所處的物理環(huán)境得到增強，或是虛擬現(xiàn)實（VR）頭戴設(shè)備，能夠讓人們完全沉浸在計算機生成的情境之中。

主要應(yīng)用場景：

（1）增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實能夠提供有效且經(jīng)濟的工作及軟技能培訓(xùn)。

（2）增強現(xiàn)實可以通過向用戶提供額外的工具（例如藍圖、工作流或核對表的疊加）或通信功能（例如和專家進行遠程語音及視頻連線）來強化學(xué)習(xí)效果、幫助完成任務(wù)。

（3）虛擬現(xiàn)實的模擬情境可讓學(xué)習(xí)者練習(xí)戰(zhàn)術(shù)和軟技能，直至完全掌握。

（4）利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所采集的實時數(shù)據(jù)和影像，以及混合現(xiàn)實（XR）技術(shù)，給單個實物、制造車間、整個工廠或建筑工地創(chuàng)建數(shù)字孿生，如此便可遠程進行諸如質(zhì)?；虮O(jiān)理之類的活動。

（5）利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實時數(shù)據(jù)構(gòu)建的增強現(xiàn)實影像，可提供經(jīng)營策略及決策相關(guān)的信息（例如城市規(guī)劃、執(zhí)法和危機處理）。

（八）增材制造

增材制造技術(shù)通過對材料進行逐層堆疊，將數(shù)字三維設(shè)計圖轉(zhuǎn)化為物理實體，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(yīng)用場景：

（1）商品定制與制成環(huán)節(jié)的極大靈活性，實現(xiàn)了對于個性化定制產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

（2）用單一流程制造復(fù)雜的零件，能夠降低制造成本、提高質(zhì)量并簡化供應(yīng)鏈（零組件數(shù)量減少）。經(jīng)過創(chuàng)新之后，單一流程同樣可以制造出設(shè)計復(fù)雜且無法用傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品。

（3）“混合制造”將自動化機器與增材制造相結(jié)合，例如同時配備了機器人和3D打印機的工具生產(chǎn)線。

（4）能夠跨行業(yè)生產(chǎn)各種產(chǎn)品的多模式工廠，例如生產(chǎn)汽車零部件的增材生產(chǎn)線也可以生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備。

（5）直接為物理實體創(chuàng)建實時的數(shù)字孿生，并將之呈現(xiàn)為虛擬設(shè)計圖，可實現(xiàn)增材制造的更快速發(fā)展。

（九）數(shù)據(jù)共享

數(shù)據(jù)共享是指在生態(tài)系統(tǒng)及供應(yīng)鏈伙伴之間共享物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和運營數(shù)據(jù)的能力。數(shù)據(jù)亦可通過第三方來獲取。數(shù)據(jù)共享有時也會成為物聯(lián)網(wǎng)項目的主要驅(qū)動力。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享須遵守強制性義務(wù)（法律法規(guī)）以及數(shù)據(jù)保護要求，包括隱私保護、機密性、知識產(chǎn)權(quán)、所有權(quán)、成熟做法等，適用于靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和使用中的數(shù)據(jù)。在生態(tài)系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的原因可能不盡相同。這些數(shù)據(jù)可能具有可創(chuàng)造盈利的內(nèi)在價值、研究價值和歷史價值。

主要應(yīng)用場景：

（1）智慧城市：在整個城市生態(tài)系統(tǒng)中共享基礎(chǔ)設(shè)施與交通數(shù)據(jù)（智慧城市數(shù)據(jù)交換）。

（2）油氣行業(yè)：在供應(yīng)鏈上各個環(huán)節(jié)之間共享運營數(shù)據(jù)。

（3）制造業(yè)：與代工廠和經(jīng)銷商共享設(shè)備運行及維護數(shù)據(jù)。

（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(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)擴展并用在非消費類應(yīng)用程序上。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將邊緣計算與企業(yè)的系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程和分析技術(shù)連接并集成在了一起。

主要應(yīng)用場景：

（1）智能制造系統(tǒng)可通過預(yù)測性維護來優(yōu)化生產(chǎn)并最大限度地避免意外停機。

（2）醫(yī)療：醫(yī)療設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、遠程患者監(jiān)護、醫(yī)療保健提供商之間的合作等。

（3）智能基礎(chǔ)設(shè)施：調(diào)度、監(jiān)控、公用事業(yè)、天然氣、自來水、道路、建筑物以及電網(wǎng)等的運行管理。

（4）智能交通系統(tǒng)：包裹物流（空、海、陸）、自動駕駛汽車、物流互聯(lián)網(wǎng)、導(dǎo)航、交通管制、公共交通管理、車險和停車等。

（十一）自主機器人系統(tǒng)

自主機器人系統(tǒng)可提升從自動駕駛車輛到無人機，再到工業(yè)機器人等多個領(lǐng)域的生產(chǎn)力，使設(shè)備無需人為操控或看管即可執(zhí)行任務(wù)。在需要對設(shè)備進行遠程實時操控的情況下，自主機器人系統(tǒng)特別實用，例如需要保護工人的安全，或是需要面對復(fù)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(yīng)用程序。

主要應(yīng)用場景：

（1）交通運輸：包括自動駕駛汽車和其他乘用車輛。

（2）自動分發(fā)、遞送和倉儲。

（3）各種無人機（UAV）使用場景，包括現(xiàn)場測繪和資產(chǎn)調(diào)查。

（4）制造業(yè)生產(chǎn)線上的流程機器人。

（5）農(nóng)業(yè)方面的自動化作業(yè)。

（6）醫(yī)療保健方面的精密機器人。

（十二）信息技術(shù)/運營技術(shù)的不斷創(chuàng)新

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備劃定了數(shù)字世界與物理世界之間的邊界，致動器接收到信息并改變物理世界中的狀態(tài)，傳感器則觀察物理世界中的狀態(tài)并將之轉(zhuǎn)化成信息。圍繞著傳感器與致動器的創(chuàng)新，或強化了現(xiàn)有的運營技術(shù)的作用，或開發(fā)了新的用途及市場。

主要應(yīng)用場景：

（1）傳感器和致動器可植入人體及動物體內(nèi)，用于檢測疾病或是代替受損的器官，例如心臟起搏器等。

（2）具備無線通信功能的傳感器和致動器可裝載到活動部件當中，用于檢測和糾正變速箱或液壓系統(tǒng)的異常，例如目前汽車上的胎壓預(yù)警系統(tǒng)等。

（十三）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的微功耗發(fā)電（能量收集）

將無線技術(shù)整合進工業(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(qū)域。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備則可連接那些無法使用有線電源的可移動部件。

電池有很多缺點。使用壽命有限，特別是傳統(tǒng)電池會隨著時間流逝自行放電，而且化學(xué)流體工藝也很難保證使用壽命。充電電池雖可通過外部電源重復(fù)充電，例如太陽能、風能或熱能，但同樣由于化學(xué)流體工藝的原因，很難達到預(yù)期壽命。

主要應(yīng)用場景：

（1）管線：遠程傳感器和致動器電源。

（2）智慧城市：智能燈桿的太陽能電池板。

（3）運輸：利用發(fā)動機的余熱發(fā)電，提升效率。

（4）建筑和基礎(chǔ)設(shè)施：借助嵌入式傳感器檢測鋼筋混凝土的損壞。

（5）醫(yī)療：為無線體域網(wǎng)（WBAN）中超出電池自主供電與功率密度的人體植入設(shè)備（包括傳感器）供電。

（6）可移動部件上用于檢測損壞、異常、裂縫等狀態(tài)變化的設(shè)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(yīng)用，重點是，服務(wù)化主要依賴物聯(lián)網(wǎng)和超連接，也常常依賴人工智能和數(shù)據(jù)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，終端用戶可能不需要購買服務(wù)化設(shè)備，即可從設(shè)備供應(yīng)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(yù)測性維護，并由供應(yīng)商進行性能擔保。

主要應(yīng)用場景：

（1）根據(jù)具體使用情況向終端用戶收取設(shè)備（及相關(guān)耗材）的費用。

（2）對設(shè)備進行遠程和預(yù)測性維護。

（3）通過軟件更新或配置變動遠程販售和激活更多功能。

（4）“結(jié)果即服務(wù)”，企業(yè)販賣的是特定的結(jié)果，而不是達成該結(jié)果的設(shè)備。

（十五）新商業(yè)模式和支付方式的技術(shù)平臺

傳統(tǒng)上，工業(yè)部件都是在使用前以實物的形式出售。然而，通過將這些部件連接到互聯(lián)網(wǎng)，部件供應(yīng)商就可以精確追蹤部件的使用情況，使得這類部件的商業(yè)及支付模式很類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(tǒng)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系統(tǒng)，包括系統(tǒng)集成的工作。此類商業(yè)模式和支付方式包括：

（1）租賃/訂閱：在部件被使用期間，按固定的時間間隔（例如每個月）支付費用。

（2）按需提供功能：在首次使用部件后開始付費。

（3）按使用付費：僅在使用部件或特定功能時付費。

（4）收益和利潤共享：用戶根據(jù)部件提供的特殊商業(yè)價值向供應(yīng)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：可在有限的時間內(nèi)免費試用特定功能。

主要應(yīng)用場景：

（1）減少高風險工業(yè)系統(tǒng)的預(yù)付款，并有機會在將來與部件供應(yīng)商“分享成功”。

（2）由于投資風險過高和資金短缺，無法即刻實現(xiàn)理想的工業(yè)系統(tǒng)配置。

（3）部件供應(yīng)商在部件的整個生命周期內(nèi)反復(fù)獲益。

（4）部件制造商和用戶之間存在終身的業(yè)務(wù)往來。