圖片來自“123rf.com.cn”

隨著全球基礎(chǔ)設(shè)施越來越多地通過傳感器，機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析相互聯(lián)系，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在對(duì)商業(yè)和工業(yè)產(chǎn)生巨大影響。尤其5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、人工智能、機(jī)器人、區(qū)塊鏈、VR/AR等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)獲得了絕佳的生存環(huán)境，而這也將驅(qū)動(dòng)工業(yè)4.0時(shí)代的來臨！

基于此， ZDNet和Tech Republic以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為專題出此報(bào)告，詳細(xì)探討數(shù)字孿生的崛起、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的新領(lǐng)導(dǎo)者，以及當(dāng)前和未來IIoT重點(diǎn)部署的案例研究。

下圖是知名物聯(lián)網(wǎng)市場研究機(jī)構(gòu)IoT Analytics對(duì)廣泛存在的物聯(lián)網(wǎng)與IIoT/工業(yè)4.0行業(yè)之間關(guān)系的看法:

在萬物互聯(lián)時(shí)代，由于廣泛存在的傳感器、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和分析能力，供應(yīng)鏈將擁有端到端的透明度。在所有其他條件(例如貿(mào)易壁壘)相同的情況下，零部件和原材料將被及時(shí)送達(dá)高度自動(dòng)化的工廠，并可對(duì)在此生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行從生產(chǎn)直到最終回收利用的全生命周期追蹤管理。類似地，“智能農(nóng)場”也將把新興的IIoT相關(guān)技術(shù)整合到基于機(jī)器人、大數(shù)據(jù)和人工智能分析的高分辨率作物生產(chǎn)系統(tǒng)中。

因此，部署IIoT系統(tǒng)的企業(yè)將會(huì)顯著提高運(yùn)營效率、更加環(huán)保，并獲得大量優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)作為未來其他計(jì)劃的基礎(chǔ)。

盡管如此，上述所講的都只是相關(guān)技術(shù)理論，那么在具體的實(shí)際應(yīng)用情況如何呢?

誰在部署IIOT解決方案?

PTC調(diào)研結(jié)果

PTC是領(lǐng)先的IIoT軟件平臺(tái)提供商，其在2018年2月發(fā)布了一份調(diào)查研究，結(jié)果顯示，美洲是采用IIoT最多的地區(qū)(45%)，其次是歐洲、中東、非洲地區(qū)(33%)和亞太地區(qū)(22%)。采用IIoT解決方案的主要行業(yè)是工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域(25%)，其次是電子高科技產(chǎn)品領(lǐng)域(23%)和汽車產(chǎn)品領(lǐng)域(13%):

報(bào)告稱:“這些行業(yè)之所以可以引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)潮流，是由于它們擁有復(fù)雜的制造和運(yùn)營流程以及高資產(chǎn)價(jià)值的設(shè)備，因此可以從物聯(lián)網(wǎng)解決方案和數(shù)字化轉(zhuǎn)型中獲得很高收益，而這又將進(jìn)一步推動(dòng)企業(yè)建設(shè)更可持續(xù)、更有彈性和更高效的流程?！?/p>

此外，大多數(shù)部署IIoT的企業(yè)規(guī)模都比較大(58%的收入超過5億美元)，不過仍然有三分之一(31%)的公司規(guī)模較小，收入低于1億美元。

另外，PTC的調(diào)查也表明，IIoT的使用場景包含制造/運(yùn)營、服務(wù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及IT，其中，最主要的使用場景是被用在智能制造和資產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域。這些智能、互聯(lián)的能力有助于產(chǎn)品制造商提高產(chǎn)量和生產(chǎn)質(zhì)量，降低制造成本。

同時(shí)，IIoT的部署也將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，企業(yè)也必須權(quán)衡在何處存儲(chǔ)和分析這些數(shù)據(jù)。PTC的報(bào)告指出，出于對(duì)安全和低延遲等要求，工廠和醫(yī)院更傾向于在現(xiàn)場部署相應(yīng)的解決方案，而對(duì)于智能城市、交通或油氣行業(yè)，云計(jì)算的可延展性則會(huì)勝出。目前來看，現(xiàn)場部署的數(shù)量已經(jīng)超過了云部署的數(shù)量(62%對(duì)38%)。

總而言之，PTC表示：“物聯(lián)網(wǎng)不再是一個(gè)只需觀望的技術(shù)，企業(yè)必須現(xiàn)在就采取行動(dòng)，否則就有被淘汰的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

Inmarsat調(diào)研結(jié)果

Inmarsat在2018年發(fā)表的研究報(bào)告主要著眼于IIoT在農(nóng)業(yè)、能源、海事、采礦和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用 (當(dāng)然，作為一種關(guān)鍵使能技術(shù)，衛(wèi)星連接是其中的重點(diǎn))。

這份報(bào)告由該公司的市場研究人員Vanson Bourne基于對(duì)750名可影響公司對(duì)IIoT決策的受訪者的采訪組成，這些受訪者覆蓋歐美、亞太等地，公司規(guī)模均大于500人。

在報(bào)告中，有近一半(46%)的企業(yè)認(rèn)為，公司需要全面部署(21%)或試用(25%)IIoT解決方案，主要驅(qū)動(dòng)因素是企業(yè)需要提升資源效率、改善健康與安全以及對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測。

不過，IIoT的部署仍舊存在一些困難，最主要的原因是功能仍有待加強(qiáng)，其次是缺少通用的解決方案、高于預(yù)期的成本和安全性問題。目前，IIoT在決策、管理、計(jì)劃、服務(wù)等實(shí)際應(yīng)用中具體所缺乏的技能包括數(shù)據(jù)安全防護(hù)（56％），數(shù)據(jù)分析（48％）和其他支撐技術(shù)（42％）等。

在安全方面，近三分之二(65%)的受訪者認(rèn)為他們的IIoT需要有更強(qiáng)的防御能力，以抵御外部網(wǎng)絡(luò)攻擊、糟糕的網(wǎng)絡(luò)安全和員工濫用數(shù)據(jù)等挑戰(zhàn)。

Inmarsat的受訪者指出，數(shù)據(jù)是企業(yè)進(jìn)行IIoT轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)已經(jīng)可以為企業(yè)帶來諸多好處，包括成本的節(jié)約、效率的提高、生產(chǎn)力監(jiān)測以及健康和安全等。在未來，數(shù)據(jù)還將為企業(yè)帶來更好的決策制定、更好的內(nèi)部數(shù)據(jù)可視性以及更好的供應(yīng)鏈監(jiān)測等。

報(bào)告顯示，四分之一的受訪者預(yù)計(jì)未來三年將花費(fèi)10%以上的IT預(yù)算用于IIoT解決方案的開發(fā),但整體來講，企業(yè)的投資也將取得良好的回報(bào)，預(yù)計(jì)在這一時(shí)期結(jié)束時(shí)，企業(yè)成本將降低10%、營業(yè)額將提高5%，而到2023年這一數(shù)字將進(jìn)一步增大。

IIOT市場分析

鑒于IIoT中核心和支持技術(shù)數(shù)量的增加，以及各種規(guī)模的制造企業(yè)需要跟上數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求，分析師預(yù)測其增長率令人印象深刻也就不足為奇了。在IoT Analytics確定的12個(gè)用例中，市場規(guī)模最大的是高級(jí)數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)，而2018至2023年間市場增長率最快的將是增材制造（例如工業(yè)規(guī)模的3D打?。┖驮鰪?qiáng)操作：

該報(bào)告的主要作者、IoT Analytics的首席工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專家Matthew Wopata在另一份聲明中說:

“由于公司正在使用增材制造、AR/VR和數(shù)字孿生技術(shù)來降低產(chǎn)品開發(fā)成本、加快產(chǎn)品上市速度，使得高級(jí)數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)成為了工業(yè)4.0中使用最多的用例。而例如數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量控制、預(yù)測性維護(hù)和資產(chǎn)/工廠性能優(yōu)化等其他大型用例將繼續(xù)普及，這是由于制造商需要使用工業(yè)4.0技術(shù)來改進(jìn)其運(yùn)營KPI，例如OEE （整體設(shè)備效率）。工業(yè)4.0技術(shù)解決方案的主要供應(yīng)商應(yīng)專注于客戶痛點(diǎn)和具體落地，并確?？蛻魪墓I(yè)4.0解決方案可以得到可預(yù)見的改善和切實(shí)的投資回報(bào)率。”

IIOT行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)

IIoT領(lǐng)域存在很多的行業(yè)協(xié)會(huì)，2019年1月31日，兩個(gè)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的協(xié)會(huì)——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)和OpenFog聯(lián)盟宣布合并。

IIC的目標(biāo)是在五個(gè)領(lǐng)域加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展:利用現(xiàn)有的解決方案為實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)建新的用例和測試平臺(tái)，提供最佳實(shí)踐、參考架構(gòu)、案例研究和標(biāo)準(zhǔn)要求，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域全球標(biāo)準(zhǔn)的制定，建立可以讓開發(fā)者分享和交流在實(shí)際應(yīng)用的想法、實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和見解的開放論壇，并對(duì)新的解決方案建立信任。

OpenFog聯(lián)盟的定義為：“我們將努力定義分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、控制和資源的架構(gòu)，以支持物聯(lián)網(wǎng)邊緣的智能，包括自主和自我感知的機(jī)器、事物、設(shè)備和智能對(duì)象。OpenFog成員還將識(shí)別和開發(fā)新的操作模型。最終，我們的工作將有助于推動(dòng)下一代物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?！?/p>

IIC/OpenFog的聯(lián)合聲明表明，“新合并的組織將在IIC的框架下共同發(fā)力，致力于推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，包括開發(fā)和推廣行業(yè)指南以及霧與邊緣計(jì)算的最佳實(shí)踐?！?/p>

Real-Time Innovations（RTI）CEO兼IIC指導(dǎo)委員會(huì)副主席的Stan Schneider在一份聲明中表示，“該協(xié)議將把塑造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)最重要的組織聚集在一起，合并后的組織將會(huì)成為未來垂直行業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重心，為成員提供更大的影響力，為市場提供更多的清晰度，并為最終用戶提供一條通往未來的更低風(fēng)險(xiǎn)的道路?！?/p>

其他由IoT Anaytics列出的與IIoT有關(guān)的機(jī)構(gòu)還包括：Plattform Industrie 4.0，Labs Network Industrie 4.0，OPC Foundation，工業(yè)數(shù)據(jù)空間協(xié)會(huì)，巴登符騰堡州的CyberValley，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用中心以及美國制造業(yè)等。

IIOT平臺(tái)

IIoT作為操作技術(shù)OT和企業(yè)信息系統(tǒng)IT融合的代表，可為企業(yè)在資產(chǎn)管理的改進(jìn)和操作可視化方面帶來幫助。另外，IIoT軟件平臺(tái)需要與企業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行連接來發(fā)揮這些優(yōu)點(diǎn)，并需保證數(shù)據(jù)在傳輸過程的安全性。

2018年5月，Gartner發(fā)布了行業(yè)首個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)魔力象限圖，該圖要求企業(yè)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)產(chǎn)品必須同時(shí)具備云端和現(xiàn)場部署。此舉令人驚訝，因?yàn)榘ú┦?、通用電氣、微軟、施耐德電氣和西門子在內(nèi)的幾家IIoT領(lǐng)域巨頭企業(yè)由于缺乏現(xiàn)場部署而被排除在考慮范圍之外。

Gartner為此解釋說，工業(yè)工程師所面臨的環(huán)境在不斷變化，與此同時(shí)他們高度信任能夠接觸和控制的東西，而IIoT平臺(tái)的現(xiàn)場部署為其與平臺(tái)之間建立信任奠定了基礎(chǔ)?！?/p>

此外，Gartner還要求供應(yīng)商將IIoT平臺(tái)作為與資產(chǎn)無關(guān)的、可作為獨(dú)立產(chǎn)品銷售的中間件進(jìn)行開發(fā)、營銷和銷售，以確保工業(yè)企業(yè)進(jìn)行盡職調(diào)查時(shí)具有廣泛的可用性和實(shí)用性，這也排除了一些大型且重要的制造商。

基于以上原因， Gartner首次發(fā)布的IIoT魔力象限圖顯得非常稀疏，尤其是它的領(lǐng)導(dǎo)者和挑戰(zhàn)者象限中沒有任何企業(yè)入選。

在該魔力象限圖中，PTC、SAP和日立被列為有遠(yuǎn)見卓識(shí)的公司，而剩下的8家供應(yīng)商中的一些巨頭企業(yè)被視為市場投機(jī)者。

Gartner認(rèn)為，PTC的優(yōu)勢在于其產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和服務(wù)生命周期管理（SLM）等核心應(yīng)用程序。該公司專注于資產(chǎn)監(jiān)控、預(yù)測性維護(hù)和卓越運(yùn)營的解決方案。

SAP的Leonardo是一個(gè)多云平臺(tái)，擁有獨(dú)立的內(nèi)部解決方案。Gartner表示，Leonardo最適合SAP客戶將IT/OT與SAP的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序、資產(chǎn)情報(bào)網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用程序相結(jié)合。

Gartner表示，Hitachi Vantara的Lumada平臺(tái)最適合日立設(shè)備的工業(yè)環(huán)境，客戶可以利用預(yù)先構(gòu)建的功能進(jìn)行邊緣設(shè)備交互，并利用現(xiàn)成的“解決方案核心”來滿足工業(yè)資產(chǎn)監(jiān)控、維護(hù)、調(diào)度、質(zhì)量、安全和生產(chǎn)力等需求。

不過，F(xiàn)orrester Wave在2018年第三季度對(duì)IIoT平臺(tái)市場進(jìn)行了調(diào)查并發(fā)布《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)報(bào)告》，結(jié)果與Gartner略有不同。

Forrester認(rèn)為，IIoT軟件平臺(tái)必須能夠滿足五大需求:

(1)建立工業(yè)機(jī)械和數(shù)字系統(tǒng)之間的聯(lián)系；

(2)保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)免受攻擊；

(3)控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的供應(yīng)、維護(hù)和運(yùn)營；

(4)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為及時(shí)、相關(guān)的洞察力和行動(dòng)；

(5)創(chuàng)建應(yīng)用程序并與企業(yè)系統(tǒng)集成。

Forrester與Gartner的分歧在于，它認(rèn)為“未來的發(fā)展方向”是公有云:

出于對(duì)遠(yuǎn)程連接的實(shí)際考慮，加上對(duì)剛剛起步的公有云提供商在安全性、連接能力以及可信度方面的普遍懷疑，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的早期進(jìn)入者更青睞于投資建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。然而勢轉(zhuǎn)時(shí)移，盡管目前所有經(jīng)過嚴(yán)格評(píng)估的供應(yīng)商都保留了一些在私有數(shù)據(jù)中心部署的能力，但未來的方向是明確的，他們和他們的客戶都在向公有云方向發(fā)展。

自Forrester從2016年首次評(píng)估物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以來，一些其他變化也同時(shí)正在發(fā)生，例如現(xiàn)代API支持的用戶界面、基于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能進(jìn)行的分析成為核心組件、增加與其他企業(yè)系統(tǒng)(ERP、CRM、服務(wù)臺(tái))之間的數(shù)據(jù)流、數(shù)字孿生與AR的結(jié)合、側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用的預(yù)測性維護(hù)解決方案等。

Forrester評(píng)估了15家供應(yīng)商:亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、阿托斯、博世、C3物聯(lián)網(wǎng)、思科、通用電氣數(shù)字、日立、IBM、微軟、甲骨文、PTC、思愛普、施耐德電氣、西門子和Software AG。

從目前的產(chǎn)品、策略和市場表現(xiàn)來看，IBM、C3 IoT、微軟、SAP和PTC是其中的領(lǐng)導(dǎo)者。

Forrester認(rèn)為:IBM的Watson 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可為特定行業(yè)提供更廣泛的數(shù)據(jù)分析和專業(yè)的服務(wù)；C3 IoT將事物管理留給合作伙伴，并與分析區(qū)分開來；微軟的Azure IoT提供支持云基礎(chǔ)設(shè)施和更多功能——包括開發(fā)工具、高級(jí)分析能力、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(全息眼鏡)和邊緣計(jì)算；SAP Leonardo包含物聯(lián)網(wǎng)以及其他數(shù)字創(chuàng)新技術(shù)——包括機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)；PTC將設(shè)備連接強(qiáng)度與AR相融合”。

IIOT玩家有哪些

當(dāng)然，除了軟件平臺(tái)供應(yīng)商之外，還有許多公司參與了IIoT生態(tài)系統(tǒng)的組成。IoT Analytics 在其《工業(yè)4.0 &智能制造2018-2023》報(bào)告中指出，超過300家公司提供的產(chǎn)品和服務(wù)推動(dòng)了第四次工業(yè)革命。IoT Analytics將這些供應(yīng)商分為“工業(yè)連接建設(shè)模塊”供應(yīng)商和“其他工業(yè)4.0支持技術(shù)”供應(yīng)商:

分析和連接硬件在構(gòu)建模塊類別中處于領(lǐng)先地位，而增材制造(工業(yè)3D打印)和AR/VR在支持技術(shù)上領(lǐng)先:

在每個(gè)類別中，需要重點(diǎn)關(guān)注的公司有:微軟(主機(jī)托管)；微軟、GE、PTC和西門子(IIoT平臺(tái))；Uptake (分析)；英偉達(dá)(芯片)；費(fèi)斯通(傳感器)；HMS(連接硬件)；Claroty(網(wǎng)絡(luò)安全)；埃森哲(系統(tǒng)集成商)；通用電氣(增材制造)；提高技能(增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí))；ABB（協(xié)作機(jī)器人）；Cognex(互聯(lián)機(jī)器視覺)；PINC（無人駕駛飛機(jī)/無人機(jī)）；和Clearpath機(jī)器人(自動(dòng)駕駛[材料運(yùn)輸]車輛）。

數(shù)字孿生:一項(xiàng)重要的新興IIOT技術(shù)

如前所述，包括5G、邊緣計(jì)算、AI、機(jī)器人、區(qū)塊鏈、增材制造和VR/AR等新興技術(shù)正在為IIoT解決方案的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造合適條件。數(shù)字孿生是其中特別值得提及的技術(shù)，它的定義是為真實(shí)實(shí)體或過程進(jìn)行虛擬仿真，通過軟件模擬真實(shí)世界中的“事物”，并將傳感器收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，工程師可以依此來處理潛在問題，并可用來優(yōu)化現(xiàn)實(shí)事物的性能。

在Gartner發(fā)布的《2018新興技術(shù)技術(shù)成熟度曲線》中，數(shù)字孿生技術(shù)正穩(wěn)穩(wěn)地處于“膨脹預(yù)期的頂峰”。因此，我們有必要了解一下最近有關(guān)該領(lǐng)域現(xiàn)狀的一些研究。

數(shù)字營銷專家Reboot Online分析了研究機(jī)構(gòu)Catapult對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的數(shù)據(jù)。Catapult的信息來自對(duì)150名工程師的調(diào)查，并在其報(bào)告《浸入式數(shù)字孿生的可行性:數(shù)字孿生的定義和關(guān)于浸入式好處的討論》中有更詳細(xì)的報(bào)道。

工程師們認(rèn)為，數(shù)字孿生的關(guān)鍵組成部分是物理資產(chǎn)、實(shí)時(shí)和離線數(shù)據(jù)集、3D表示和實(shí)時(shí)模擬:

對(duì)于數(shù)字孿生在產(chǎn)品生命周期中的價(jià)值來講，維護(hù)、維修和運(yùn)營以及制造是明確的領(lǐng)導(dǎo)者，其次是模擬和質(zhì)量控制:

“我們正處在一個(gè)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代。首當(dāng)其沖的是數(shù)字孿生的崛起和發(fā)展，”Reboot Online董事總經(jīng)理Naomi Aharony在一份聲明中說。

“由于該技術(shù)能夠涵蓋物理系統(tǒng)、流程和產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，因此它為企業(yè)提供了一個(gè)強(qiáng)大的分析工具，可以徹底評(píng)估關(guān)鍵性能指標(biāo)，并可告知企業(yè)需要在何處進(jìn)行增強(qiáng)。從長遠(yuǎn)來看，數(shù)字孿生所帶來的經(jīng)驗(yàn)和建議將為企業(yè)的創(chuàng)新和增長帶來很多機(jī)遇?！盇harony 補(bǔ)充道。

結(jié)語

盡管目前仍然有許多IIoT項(xiàng)目處于概念驗(yàn)證或試驗(yàn)階段，但已經(jīng)有明顯的跡象表明，越來越多的項(xiàng)目正被廣泛地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)部署中去。隨著相關(guān)技術(shù)逐步成熟，企業(yè)所做出的投資決策將會(huì)獲得可預(yù)期的回報(bào)。