作為泛物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的一個分支，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)是指互聯(lián)的傳感器、儀器和設(shè)備與計算機工業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)一起組成的網(wǎng)絡(luò)，用于制造流程的自動化和效率提升，以及制造裝備、能源和資產(chǎn)的有效管理及成本降低。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及數(shù)據(jù)采集、處理、交換和分析，是傳統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)(DCS)的演進和擴展，借助云計算來優(yōu)化流程控制以獲得更高程度的自動化。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、架構(gòu)、標準和應(yīng)用

IIoT的使能技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)安全、云計算、邊緣計算、移動技術(shù)、機器-機器通信、3D打印、機器人、工業(yè)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)，以及認知計算等。其中最為重要的五大技術(shù)簡述如下：

虛擬-物理系統(tǒng)(CPS)：這是將傳統(tǒng)分離設(shè)備組網(wǎng)連接起來的IIoT基礎(chǔ)技術(shù)平臺，將物理流程的動態(tài)與數(shù)字化的軟件和通信集成起來，為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供抽象和建模、設(shè)計及分析功能。

云計算：隨著互聯(lián)網(wǎng)云平臺技術(shù)和市場的發(fā)展趨于成熟、穩(wěn)定和安全，工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)和通信也逐漸從傳統(tǒng)的本地服務(wù)器轉(zhuǎn)移到云計算平臺，工業(yè)流程的數(shù)據(jù)存儲和計算處理也更多地匯聚在云端進行。亞馬遜、微軟、阿里云和華為等公司都針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推出了各自的IIoT云平臺，GE、西門子等傳統(tǒng)工業(yè)巨頭也分別推出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺。

邊緣計算：與云計算相反，邊緣計算是一種去中心化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，即在邊緣側(cè)和終端設(shè)備上直接進行數(shù)據(jù)存儲和處理，以滿足工業(yè)流程對數(shù)據(jù)實時處理和響應(yīng)的要求。

大數(shù)據(jù)分析：對工業(yè)流程所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)及各種數(shù)據(jù)集進行分析，以提煉出有價值的信息供科學(xué)決策使用。

AI和機器學(xué)習(xí)：將工業(yè)設(shè)備智能化以完成人機交互，或者機器與機器的通信與協(xié)作。機器學(xué)習(xí)是工業(yè)應(yīng)用AI的重要組成部分，可通過精準的算法讓軟件系統(tǒng)更加準確地預(yù)測工業(yè)運營結(jié)果。

IIoT系統(tǒng)采用一種分層的模塊化結(jié)構(gòu)，從下至上分別包括設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和內(nèi)容層。設(shè)備層是指CPS、傳感器和設(shè)備等物理組件;網(wǎng)絡(luò)層包括物理網(wǎng)絡(luò)總線、云計算和通信協(xié)議等;服務(wù)層包括對數(shù)據(jù)進行處理和輸出的應(yīng)用軟件;內(nèi)容層包括用戶接口設(shè)備，比如屏幕、平板電腦等。

很多公司和行業(yè)組織都在開發(fā)技術(shù)平臺以支持各種IIoT技術(shù)、標準、軟件和設(shè)備，比如IBM的認知IoT、REST、OPC等，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)的參考架構(gòu)(IIRA)。

雖然連接和數(shù)據(jù)采集對IIoT來說是必不可少的元素，但這并非最終的目標。IIoT當前的一個熱門應(yīng)用是預(yù)測性維護，因為這可以應(yīng)用到現(xiàn)有的設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)，降低非預(yù)期停機時間，從而提高生產(chǎn)效率。工業(yè)大數(shù)據(jù)分析在制造設(shè)備預(yù)測性維護方面扮演著關(guān)鍵角色。

以上簡要介紹了IIoT的概念、技術(shù)、架構(gòu)、標準和應(yīng)用，下面我們從硬件實現(xiàn)的角度，分別闡述邊緣計算和智能感傳感器這兩種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

邊緣計算

根據(jù)Gartner和IDC的市場預(yù)測，到2022年全球IoT市場規(guī)模將達到1.2萬億美元，企業(yè)級數(shù)據(jù)的一半將來自云平臺和數(shù)據(jù)中心以外的地方，其中增長最快的是移動和IoT設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。到2020年投入到邊緣計算方面的資源將占到IoT整體開支的18%，這意味著邊緣計算將是一個快速增長且市場潛力巨大的新興領(lǐng)域，思科和華為等企業(yè)級系統(tǒng)方案提供商也在邊緣計算上投入更多技術(shù)和市場資源。

究竟什么是邊緣計算?到目前為止業(yè)界還沒有一個統(tǒng)一的定義。按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)的說法，邊緣并不是一個可以明確的物理層，而是一個因應(yīng)用場景而異的邏輯層概念。但是，邊緣計算的主要價值在于可以降低數(shù)據(jù)延遲，因為邊緣計算設(shè)備離數(shù)據(jù)源比較近，可以就地計算、處理和觸發(fā)行動，而不必先傳輸?shù)皆贫诉M行處理，然后再反饋行動指令，這對實時性和帶寬要求比較高的應(yīng)用特別重要。

對于IIoT應(yīng)用，除低延遲的實時性要求外，數(shù)據(jù)安全也是制造企業(yè)及IT/OT技術(shù)開發(fā)商需要考慮的因素。另外，制造設(shè)備在正常運行時產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)并沒有特別的變化，全部上傳到云端會造成很大的寬帶和成本壓力。而邊緣計算設(shè)備可以在本地處理和存儲這些數(shù)據(jù)，只將動態(tài)變化或異常的META信息傳輸?shù)皆贫司涂梢粤恕?/p>

智能傳感器

傳統(tǒng)意義上的傳感器只是感應(yīng)和測量物理環(huán)境的狀態(tài)，比如溫度、濕度、氣壓、振動和運動等，而所謂的“智能”傳感器不但具有這些基本的感應(yīng)能力，還具有計算和處理性能，甚至無線網(wǎng)絡(luò)通信功能。此外，智能傳感器將傳感器件與微處理器和無線通信模塊集成在一個芯片封裝內(nèi)，比傳統(tǒng)的傳感器尺寸更小、功耗更低，而性能更高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字處理和雙向通信等各種領(lǐng)域。微機電系統(tǒng)(MEMS)是一個典型的智能傳感器，其內(nèi)置的微處理器可將傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理、轉(zhuǎn)換和傳輸。這類器件可以集成更多的功能，不但可以縮小電子設(shè)備的尺寸，而且精確度和靈敏度也有很大的提升。

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，智能傳感器可用于工業(yè)機器人、自動導(dǎo)引車(AGV)、自動化生產(chǎn)線、機器人激光焊接等各種場合。