工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)發(fā)展帶來了變革，已有智慧工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)或工業(yè)4.0部署。據(jù)中國工業(yè)和信息化部報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)至2020年，中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將增長(zhǎng)至4500億元。中國早前還曾發(fā)布一項(xiàng)發(fā)展規(guī)劃，計(jì)劃到2030年成為人工智能領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)者，在技術(shù)上超越其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，打造規(guī)模近1500億美元的本土產(chǎn)業(yè)。

制造商迫切需要采用創(chuàng)新技術(shù)以提高生產(chǎn)力，保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓業(yè)界越來越關(guān)注數(shù)字化企業(yè)的發(fā)展前景，未來幾年，生產(chǎn)設(shè)備必將因此經(jīng)歷顛覆性改變。

本文將介紹如何利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)構(gòu)建智慧型遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以深入分析潛在問題，同時(shí)還將探討設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)部署時(shí)需關(guān)注的要點(diǎn)。

（本文作者：朱偉弟，e絡(luò)盟大中華區(qū)銷售總監(jiān)）

工廠維護(hù)往往是造成設(shè)備過早發(fā)生突發(fā)性停機(jī)的原因之一，且代價(jià)昂貴。盡管由計(jì)算機(jī)維修管理系統(tǒng)實(shí)施的預(yù)防性維修能夠更好地替代這種被動(dòng)式“故障”維修，但這種方案卻無法完全有效地預(yù)防設(shè)備故障和生產(chǎn)中斷的發(fā)生?；诖耍环N全新的預(yù)測(cè)性維修方案應(yīng)運(yùn)而生，該方案通過在生產(chǎn)設(shè)施上部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，能夠解決工廠維護(hù)的高成本問題。

預(yù)測(cè)性維修可顯著減少突發(fā)性停機(jī)時(shí)間，并能消除大量嚴(yán)重故障的發(fā)生，繼而能夠避免因隨時(shí)可能發(fā)生的事故而造成目標(biāo)產(chǎn)量銳減。只有全面采用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)才能真正發(fā)揮預(yù)測(cè)性維修的作用。

微軟公司認(rèn)為，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指組織機(jī)構(gòu)利用智能設(shè)備及其采集的數(shù)據(jù)用于精簡(jiǎn)并改善企業(yè)運(yùn)營。隨著低功耗處理器、智能無線網(wǎng)絡(luò)、低功耗傳感器及‘大數(shù)據(jù)’分析的出現(xiàn)，業(yè)界對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注顯著提升。

為了實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)支持，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)角落部署大量傳感器：不止限于通信和電源設(shè)施，凡可收集到有關(guān)“物體”重要信息，如部署方式、部署位置及物體屬性的任何地點(diǎn)均部署傳感器。將機(jī)器、泵、管道及軌道車等“物體”與傳感器相連在業(yè)界并不是首創(chuàng)，特制傳感器和網(wǎng)絡(luò)已然在工業(yè)生產(chǎn)中激增，廣泛覆蓋煉油廠、生產(chǎn)線等。

傳統(tǒng)意義上來說，這些運(yùn)營技術(shù)(OT)系統(tǒng)均以獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的方式運(yùn)營，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性有著很高的要求。這些高標(biāo)準(zhǔn)要求僅依靠消費(fèi)級(jí)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)，必須選擇那些最適用于業(yè)務(wù)關(guān)鍵型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的可用技術(shù)。具體而言，傳感器的組網(wǎng)方式?jīng)Q定了其是否能夠在惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中以低成本方式實(shí)現(xiàn)安全部署。

據(jù)On World發(fā)布的一項(xiàng)有關(guān)工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)用戶的全球性調(diào)研報(bào)告顯示，可靠性和安全性是最重要的兩大問題，無論是企業(yè)生產(chǎn)商品的利潤、品質(zhì)及效率還是工人安全均與這些網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。

可靠性

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可靠性的一個(gè)一般性原則是進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，它可為一些可能出現(xiàn)的故障問題提供備援，在避免數(shù)據(jù)丟失的前提下讓系統(tǒng)恢復(fù)工作。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，冗余設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于兩種基本層面。第一層是空間冗余概念，即每個(gè)無線節(jié)點(diǎn)至少配備兩個(gè)進(jìn)行通信的其他節(jié)點(diǎn)，及可將數(shù)據(jù)傳輸至其中任意節(jié)點(diǎn)的路由機(jī)制，但最終都能到達(dá)預(yù)期目的地。在合理構(gòu)建的網(wǎng)狀網(wǎng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可與兩個(gè)或多個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)相比，其可靠性更強(qiáng)，它能夠在第一條路徑不可用時(shí)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到另一條路徑上發(fā)送資料。第二層冗余可利用RF頻譜中的多個(gè)可用信道來實(shí)現(xiàn)。信道跳頻的概念是指成對(duì)節(jié)點(diǎn)每次傳輸資料時(shí)能夠變換信道，因此，在工業(yè)應(yīng)用不斷變化的惡劣RF環(huán)境中，它能夠在任何特定信道中避免突發(fā)故障問題。

安全性

安全性是工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)關(guān)鍵屬性。e絡(luò)盟近期進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，多達(dá)64%的消費(fèi)者對(duì)數(shù)字時(shí)代的隱私安全感到擔(dān)憂。由于網(wǎng)絡(luò)連接和資料共享增多，網(wǎng)絡(luò)漏洞、網(wǎng)絡(luò)犯罪及數(shù)據(jù)外泄等問題時(shí)有發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)安全和隱私保護(hù)急需提升。自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自主通信以來，隱私問題變得更加嚴(yán)峻。智慧城市、智慧家庭甚至工業(yè)4.0的成功與否取決于人們對(duì)強(qiáng)大且安全網(wǎng)絡(luò)的信心。

此外，業(yè)界越來越關(guān)注如何讓‘物體’更加智能化，但在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，這并非‘智慧物體’存在的唯一之處。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)需利用智能節(jié)點(diǎn)，以及企業(yè)信息技術(shù)(IT)與運(yùn)營技術(shù)(OT)提供的最佳網(wǎng)絡(luò)和安全管理功能。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)設(shè)計(jì)為高度可配置，以滿足特定應(yīng)用需求。例如，為了滿足低功耗需求以延長(zhǎng)電池續(xù)航能力，應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)可用電源自動(dòng)偵測(cè)功能及智能路由以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)功耗使用最優(yōu)化。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)可自動(dòng)適應(yīng)RF環(huán)境的變化，這有利于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)改變。

幸運(yùn)的是，只要工程師知道如何利用高級(jí)嵌入式處理器的嵌入式安全功能，加上半導(dǎo)體企業(yè)、分銷商及其他供應(yīng)商提供的相關(guān)技術(shù)和支持，便可開發(fā)具備更高安全性的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。e絡(luò)盟也與眾多工程師合作定制開發(fā)現(xiàn)有開發(fā)板以滿足他們的具體需求。公司還開發(fā)定制化硬件滿足特定需求，從而能夠讓更多工程資源用于編碼，以集中打造產(chǎn)品差異化特點(diǎn)。e絡(luò)盟社區(qū)設(shè)計(jì)中心資源提供有關(guān)處理器、開發(fā)平臺(tái)、軟體工具和中間件的詳細(xì)信息。工程師還可就應(yīng)用隨時(shí)向如e絡(luò)盟這樣的分銷商進(jìn)行咨詢，有助于做出正確設(shè)計(jì)和安全選擇，并縮短學(xué)習(xí)使用工具和共享信息