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工业物联网带来怎样的机遇和挑战?距离现实有多远?

木马童年 2020-6-13 02:45 90 0

传统制造业正在经历着前所未有的转型,物联网、云计算、大数据分析,作为工业物联网和智能制造的核心技术,正在从各个方面改变着工业行业,包括产品的设计、运营、维护,以及供应链管理。通常,即使工厂里采用了以太 ...

传统制造业正在经历着前所未有的转型,物联网、云计算、大数据分析,作为工业物联网和智能制造的核心技术,正在从各个方面改变着工业行业,包括产品的设计、运营、维护,以及供应链管理。通常,即使工厂里采用了以太网联网设备、MES和SCADA系统,大部分硬件设备还是没有接入网络,或仅单向输出信息。随着工业物联网的推进,传统制造企业更需要主动地去尝试和采用新的自动化技术来迎合多变的市场环境和客户需求。

本文将简要分析制造企业实践工业物联网所需走过的过程,以及在工业制造业所呈现的主要问题和趋势。

1、工业物联网实现的五个环节和两大阶段

IHS Markit将传统制造工厂转化为真正的工业物联网工厂的过程划分为五环节,如图1。

工业物联网带来怎样的机遇和挑战?距离现实有多远?

第一阶段是实现“机器与机器对话”,即现场设备的联网和底层数据的采集两个环节。在企业能够进行数据分析、建立模型之前,工厂内的软硬件基础设施还有很多准备工作要做。首先,工厂的机器都能够与工厂内和其他远程地点的所有其他机器和设备互相通信,并进行大量的数据交换,这是所有后续环节的基础。

目前,大部分企业仍处于这个阶段,实现现场设备互通互联,同时确保数据和信息沟通的准确性、可靠性、完整性和及时性,这是工业物联网的基础,也是工业企业要首先解决的问题。在很多工厂中,已有的自动化设备,比如驱动器、传感器、控制器、仪表等都已经使用多年,甚至十几年,企业用户不会推倒重来用新设备来替代已有设备,而都会在不影响生产的前提下,扩充已有设备的通信能力。然而,已有设备来自不同的制造商,并没有采用统一的通讯协议,需要采用协议转换设备对原有设备和产线进行改造,实现设备之间的无缝通信,比如支持不同协议的高级HMI、协议转换器,或其他自动化产品,连接这些采用不同专用通信协议的设备。

根据IHS Markit最新数据,全球联网自动化设备的联网数量在2017年已经达到950亿个,其在2017至2021年的年复合增长率会保持在11.6%。IO-Link sensor和IO-Link master市场的快速增长也能反映将现场层信息可视化的旺盛需求。IHS Markit预测IO-Link联网节点数在2017至2021年这5年期间将以25.7%的年复合增长率增长。

第二阶段是实现数据的价值输出,包括第三、第四和第五环节,即数据的存取、分析和价值输出。对企业而言,在解决了如何搜集数据的问题后,数据的存取和利用是接下来更为重要的问题。客观来看,工业企业内部的业务逻辑并没有标准化,自动化水平也不同,并不能用一套通用软件平台来解决每家企业的问题,都需要定制化的软件开发,这也需要工业企业用户有更多的资金投入。目前,我们能看到几乎所有工业技术厂商都已经推出了自己的工业物联网解决平台,比如IBM有Waston,GE有Predix,Schneider有EcoStruxure,Honeywell也有了Sentience。

在该阶段,如何解决工业物联网安全问题,如何合理利用机器学习和人工智能技术,怎么使用边缘计算和云计算,以及怎样发挥移动设备在工业物联网中的积极作用都将成为行业更为关注的话题。

2、网络安全是工业物联网实施的一大困扰

举个例子,比如OEM厂商提供的质保内容正在发生变化,所提供的质保内容由过去的“一年内可以更换故障配件”,过渡到“保证设备可以一年中正常运行的时间”,如果设备出现问题,OEM厂商需要在规定的时间内响应。但前提条件是OEM厂商能够实时地、安全地连接进入工业控制网络,查看相关数据。工业网络会越来越开放,与IT网络进行融合,与此同时,网络安全问题将更为凸显。IT系统所受到的任何威胁都会对OT系统造成严重的影响。安全问题已经成为投资工业物联网的一大障碍。近年来发生的黑客入侵电力公司网络,阻断电力供应,劫持工业控制设备,篡改PLC中的程序和数据,造成产线停产的事件大大提升了工业企业用户对工业物联网安全的关注度。

虽然自动化设备制造商已经在硬件产品和软件平台中都增加了网络安全措施,比如在PLC和I/O模块产品中增加了SSL/TLS加密。但距离终端用户能够广泛接受,并使用工业物联网来采集、监控、处理和存储各种数据和信息,还有很长的路要走。此外,扩充现有OT系统的网络安防能力所需的成本和培养训练有素的人员的投入也是不可忽视的因素。根据IHS Markit的研究,实施物联网方案担忧的主要问题是网络安全和隐私保护,其次是项目的实施成本和其复杂性。

3、边缘计算和云计算协同合作更能满足工业物联网的需求

云计算处于数据中心的核心网络中,通过层层网络设备搜集终端的数据,凭借强大的存储和计算能力进行大数据分析。边缘计算是指在贴近数据源的设备中的计算能力,进行实时、短周期数据的分析,能更高效地对本地数据进行实时智能化处理和执行,同时能够缓解网络中的数据流量和云端的工作量。

当海量的数据需要存储、分析时,云计算更合适。比如需要大量数据输入的人工智能离线训练,这些数据要通过合适的训练方法,验证和完善人工智能算法模型。

边缘计算可以说是对云计算的一种补充和优化。很多工业现场条件恶劣,设备分散,很难实时传送大量数据,这个时候边缘计算就更为适用。以风电场为例,具有边缘计算能力的现场设备能够实时地采集和分析数据,并能及时做出判断,调整风机以收集更多的能量。因为整个过程都在本地完成,处理速度比采用云计算提升很多。

目前,工业产线中的数据中仅有约3%的数据是有使用价值的,通过边缘设备过滤、处理后,到达云端的数据价值更高,相应的计算和分析过程也会更高效。

物联网 云计算 大数据分析 工业物联网 智能制造 供应链管理
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