工业物联网：实施解决方案的要点

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接下来，我们将了解工业物联网的技术和操作定义。

第 2 章：工业物联网的技术和运营定义

在上一章中，我们说过工业物联网本质上是指将物联网技术应用于商业和工业用例。这是一个更具技术性的 IIot 定义：

什么是工业物联网？它是嵌入在物理对象中的互连计算设备网络，用于收集和交换数据，然后将其应用于业务环境以节省运营成本并提高效率。

从这些互连设备收集的数据以多种方式使用，所有这些方式都会导致某种形式的运营转型。例如，可以分析数据以发现流程效率低下的地方；它可以提供对正在运输的产品的实时可见性（和更好的控制）；或者它可以用来预测工业机械即将发生的故障。来自 IIoT 的数据还有无数其他方式可以使用，而且每天都有更多方式被发现。

在所有这些数千个用例中，有一些共同点可以帮助制定 IIoT 的操作定义：机器对机器智能，使组织能够通过提高效率、提高安全性和/或增加正常运行时间来节省开支.

提高效率

提到的 IIot 最常见的好处是提高了效率——公司通过利用其连接的设备来节省时间、金钱或两者兼而有之。

您可能认为您已经尽可能多地优化了流程，但人类只能在一定（且有限）程度上优化流程。只有当你把它带到机器级别的传感和控制时，你才能看到你可以改进什么。

此外，许多组织浪费金钱 因为他们浪费能源。无论是灯一直亮着，还是机器在不使用时运行，不必要的电力消耗都大大增加了大规模运营的成本。传感器级技术非常适合这些类型的场景。以建筑公司为例。如果高层管理人员意识到他们所有重型的人工操作机器在不使用时都在运行，他们可以实施传感器驱动的解决方案，除非有人坐在座位上，否则机器不会开启。空转机器的燃料和维护成本可能会迅速增加，尤其是在大型组织中。如果集成 IIoT 可以帮助您改进大型企业的流程，那么它可以推动节省成本。

了解您的组织通过 Symphony Link（一种专为工业用途设计的无线解决方案）开始获得 IIoT 的好处是多么容易。

人力 还可以通过 IIoT 提高效率。需要频繁和持续人工参与的工作——例如，每小时监测炼油厂的油罐液位——管理成本相当高。无线工控系统每小时可以无线读取液位，创建一个更高效的系统，节省人力，从而提高底线。

增加正常运行时间

不乏统计数据显示意外机器停机的负面影响：

• 每 20 美元中有 0.40 美元到 1.20 美元会因计划外停机而损失。
• 汽车制造可能遭受每小时 130 万美元的停机损失。
• 一般工厂单位的停机成本可能占其生产能力的 5% 到 20%。

预算有限且设备陈旧的公司经常发现自己面临挑战：如何在不更换所有现有机器的情况下提高设备可用性。工业物联网以预测性维护和机器监控的形式为这一问题提供了一种经济高效的解决方案，并取得了令人瞩目的成果：根据一项研究，物联网解决方案将机器故障减少了 70%，将总体维护成本降低了 30%。然后，您可以通过使用数据洞察来扩展解决方案的价值，例如查看哪些机器产生的故障零件数量更多。

提高安全性

IIoT 设备也常用于确保员工的人身安全。每年制造车间和工作现场都会发生许多伤害事故，其中一些与故障机器有关。使用物联网执行上一节中提到的预测性维护有助于减少工伤数量。它还可以用于监控工人对安全标准的遵守情况，从而打造更安全、更高效的工作场所。

除了工人安全外，产品安全也经常受到关注。某些类型的药品和食品对温度很敏感，需要在制造和分销的所有阶段都控制环境。任何暴露在指定范围之外的温度都可能使这些产品无用甚至危险。借助 IIoT，温度监控设备可以帮助检测和避免潜在问题，并在发生不可避免的问题时中止发货，从而节省资金。

在第 3 章中，我们将了解企业目前使用工业物联网应用在这些领域实现节约的一些方式。

第 3 章：用例和应用

Forbes Insights 最近的一项调查表明，高级管理人员认为物联网是当今最重要的技术计划。但是，尽管许多公司仍在考虑为其用例试点 IoT 解决方案的最佳方式，但其他公司在过去几年中一直在试验 IIoT 应用程序。通过为工业传感和控制系统添加无线解决方案，甚至在现有的基于有线的网络中，许多企业已经能够实现第 2 章中提到的运营效率和成本节约。在某些情况下，这些更新的无线工业物联网系统甚至有助于这些组织改善了客户体验。

以下是一些已经在实际实践中证明其价值的工业物联网应用（包括制造业等）；使用它们来帮助说明您的企业如何从 IIoT 技术中受益。

6 个工业物联网 (IIoT) 用例

1.机器监控

传感器和其他智能设备可以添加到新的或现有的工厂中，以便通过改造过程监控外部参数（如交流电流消耗和振动水平），以寻找需要维护或即将发生故障的泵。例如，如果您需要知道传送带系统中的气压何时较低，电池供电的传感器可以收集该数据并将其无线传输回中央源，以告诉您是否已发生或将要发生任何类型的故障很快。直到最近，从工厂中获取第三方数据还非常困难。

此外，对于世界上数以万计的工厂和工厂，机械是由第三方设备供应商提供的。如果产品由该制造商提供保修或服务，他们需要一种简单有效的方法来从设备获取数据，而无需客户进行成本高昂或复杂的 IT 集成。 IIoT 技术为制造商节省了与现场检查设备相关的时间和差旅成本 - 相反，他们可以从任何地方在线监控性能。

瑞士公司 ABB 是工业技术的全球领导者，它使用基于智能传感器的连接技术来监控其低压感应电机的性能。每台电机都配备了一个智能传感器，可提供有关电机状况和性能的数据。当发现即将发生的问题时，工厂可以计划及时维修或在必要时订购更换。由于停机成本通常约为每小时数百美元，因此这种预防性监控可以转化为大量节省。

2.监测有毒气体和室内空气质量

无论设施是出于合规性还是健康原因监测其空气质量，通过 IIoT 加强这些工作都有助于确保货物和人员安全 - 无需昂贵的集成成本。

例如，学校建筑中的空气质量尤其令人担忧，其中供暖、通风和空调系统的问题会导致各种健康问题，从而对学生的表现产生负面影响。工业物联网已被用于监测多所学校教室环境的空气质量，其中之一是土耳其的 Natuk Birkan 小学和中学。空气质量状态的实时数据会定期报告给工作人员，如果读数超过定义的阈值，则会发送警报。总体而言，该解决方案极大地改善了学校的空气质量，提高了学生的生产力水平。

寻找更多示例？了解五家企业和工业客户如何成功使用 Symphony Link 将他们的物联网设备连接到云端。

3.监控工业空间的环境条件

出于合规性和质量原因，生产敏感商品的公司（如制药厂或农业经营）需要监控一个地区的环境条件。但这种类型的监控也有助于使空间更节能，从而节省资金。

Hortilux 是一家为温室种植者提供光照解决方案的供应商，开发了一种应用程序，该应用程序使用智能传感器来深入了解温室性能。传感器收集温室温度和二氧化碳水平的数据，使种植者能够优化他们的生长策略。客户还使用这些数据来最大限度地减少能源消耗，让他们在不需要的时候关闭照明，而不会牺牲植物产量。

4.室内资产位置

找出特定区域内库存和供应品的位置对许多行业都有无数好处。例如，在机场，支付蜂窝运营商来监控公共汽车、车辆、行李车和燃料的成本可能会高得令人望而却步——但通过定义区域物联网资产跟踪，您可以改善车辆服务并降低员工成本，无需大笔 M2M 手机费用。

哥本哈根机场 (CPH) 投资了一个物联网解决方案，现在用于资产跟踪等。它的跟踪能力有助于更好地利用机场资产，例如清洁设备、轮椅和用于协助行动不便的乘客的车辆——所有这些都有助于加快飞机的周转时间。 CPH 官员还表示，他们通过消除不必要的错放设备订单，通过跟踪节省了资金。

5.连接到现有的 Modbus 和 Profibus 网络

工业物联网监控允许在不干扰现有工业控制网络的情况下在旧工厂中采集数据。已经运营 30 多年的工厂通常使用传统的工业有线协议来收集数据并监控大量机器。虽然这些系统不是现代的，但它们是功能性的——并且断开连接以用新的物联网监控系统替换它们可能既困难又昂贵。相反，工厂可以简单地“监听”传统的有线连接并通过其他渠道报告。

几年来，汽车零部件制造商佛吉亚一直在利用物联网为客户提供更高的生产流程透明度。例如，客户想知道哪些汽车安装了哪些安全气囊，以及每个安全气囊如何安装的详细数据特征。佛吉亚一直在收集这些数据，但不容易追踪并与客户共享。它现在拥有的物联网解决方案使公司能够为客户提供他们所需的产品可追溯性，改善客户关系；这些数据还有助于公司更轻松地遵守监管要求。

6.库存监控和管理

在某些行业中，了解人员和资产在定义的空间中的位置可能至关重要。患者跟踪、资本设备跟踪、行为监控和健康结果都是医疗保健环境中重要的物联网用例。

BJC HealthCare 是一家在密苏里州和伊利诺伊州经营 15 家医院的医疗保健服务提供商，在高价值的医疗设备上放置 RFID 标签以提供实时库存管理数据。以前，每家医院的库存跟踪过程都不同——有些是人工盘点，有些则只是观察。医疗资产跟踪帮助他们将每个设施必须保留的库存量减少了 23%，并且 BJC 预测，未来每年将持续“硬性和软性”节省约 500 万美元。

这些只是一些 IIoT 示例，但企业利用设备连接解决挑战的方式还有很多。

在下一章中，我们将了解工业物联网的底层技术。

第 4 章：底层技术

工业物联网解决方案的底层技术因应用而异，但大体可分为三个方面：

• 获取数据或控制流程的前端“边缘”设备。
• 将数据传输到处理系统的连接技术。
• 分析数据并做出决策的工业物联网平台。

让我们详细看看这些领域中的每一个。

工业物联网系统的 3 个组件

1.前端边缘设备

传感器数据是 IIoT 的大部分内容，因此用于收集和收集它的硬件是系统的关键组件。传感器和控制设备等前端设备负责收集连续的数据流并对其采取行动；如果您希望从 IIoT 投资中获益，它们必须可靠、一致且准确。

如第 1 章所述，许多工业环境已经具备收集数据的流程。 （还记得测量成分温度和添加剂数量的食品制造商仪器的闭环示例吗？）在这些情况下，数据收集的复杂性降低了，因为数据已经存在；从那里开始，就需要找到一种方法来连接这些操作技术网络并提取传感器值。

如果这些数据收集过程还没有到位，您必须从头开始：您需要什么硬件来进行所需的测量？选择传感器并非易事；有机械和电气方面的考虑。例如，如果您有一条输油管道，并且您想测量从一个区域流向另一个区域的冷却剂的温度，您需要从机械上弄清楚传感器的工作原理。您是将传感器绑在管道上，还是切入管道并直接插入传感器？它将是什么类型的传感器？它将如何安置、接线和供电？设计和实施传感器技术很快就会成为一个大问题——更不用说实际安装和维护它们的复杂性了。

有很多封装的传感器解决方案可用；它们越“随时可用”，它们就越贵。根据您想要扩展解决方案的程度，您可以购买现成的东西。 Monnit 和 Libelium 是两家专注于封装传感器并承诺快速轻松部署的物联网公司。

2.连接技术

收集数据后，您需要一种将其传输到云端的方法，并且您的 IoT 系统还需要一种从云端接收命令的方法。这就是连接的用武之地。

许多工业物联网解决方案依赖于无线技术。 有许多无线选项可用，包括：

• 无线网络 ：Wi-Fi 是一种局域网 (LAN)，可在有限范围内提供互联网访问，因此可用于在本地环境中运行的 IIoT 应用程序。它是一个星型网络（其中有一个中央集线器，所有节点或设备都连接到它），这意味着可以轻松添加或删除设备，而不会影响网络的其余部分。缺点：只有在信号强且您靠近接入点时才有效，并且出于安全原因，大多数 IT 团队不允许物联网设备连接到他们的基础设施。
• 蓝牙 ：蓝牙是一种短距离技术，价格低廉且易于使用，但除非在接入点的同一个房间（或几十米内）内使用端点，否则它将无法工作。在工业物联网环境中，如果传感器几乎均匀地分布在整个区域（暖通空调传感器、灯），则蓝牙工作得很好，但对于不规则的部署（电源监视器、纸分配器、工业监视器）则效果不佳。与其他无线技术搭配使用时最有用。
• 网状网络 ：网状拓扑是一种所有节点协作分发数据的网络。 （在此处阅读有关网状拓扑的更多信息。）ZigBee 和 Z-Wave 等网状技术稳健且可扩展，但与其他无线技术相比，它们的网络延迟更长。通过适当的规划，网状网络可以成为获得广域、节能覆盖的好方法，但它们并不总是提供可靠的连接。
• 蜂窝网络 ：蜂窝网络存在于大多数（但不是全部）地方，它们由蜂窝网络提供商管理（减轻您的负担）。这使其成为物联网连接的一个有吸引力的选择。 LTE-M 和 NB-IoT 是两个专为 IoT 设备设计的蜂窝系统。这些节能技术可以传输相当大的数据块，这对于跟踪对象、能源管理应用程序和公用事业计量等方面非常有用。然而，目前，两者距离真正的全球覆盖还有数年的时间，如果您希望在不久的将来部署您的产品，这是一个重要的考虑因素。
• LPWAN 技术 ：这项技术包括 LoRaWAN、Symphony Link 和 Sigfox 等，非常适合连接远距离发送和接收小数据包且功耗极低的设备。然而，LoRaWAN 和 Sigfox 网络并非无处不在； LoRaWAN 和 Sigfox 还存在许多其他挑战，可能使其不适用于专用网络解决方案。 Symphony Link 解决了 LoRaWAN 的一些缺点，因为它适用于工业用例；它主要供需要 LPWA 系统可靠性和高级功能的工业和企业客户使用。

虽然围绕工业物联网设备连接的大部分讨论都集中在无线连接上，但有线系统 并不少见。如果您的用例支持有线连接，则它可能是一个更便宜的选择；它通常也会更可靠。

3.用于数据分析的工业物联网平台

要完成您的系统，您需要负责分析收集和传输的数据的工业物联网软件。该软件还会做出决策，并在某些情况下将命令推送回边缘控制。

通常被称为工业物联网平台 ，此支持软件将边缘硬件、接入点和数据网络连接到价值链的其他部分（通常是最终用户应用程序）。他们处理持续的管理任务和数据可视化。您可以将工业物联网平台视为在边缘收集的数据与面向用户的 SaaS 或移动应用程序之间的中间人。

While you may get lucky and find a company whose product solves exactly the business problem you need it to, more than likely there won’t be an off-the-shelf IoT platform that matches your needs perfectly. Many of the solutions available are simply places to store data more than tools for doing complex industrial IoT analytics (much less the analytics required for your specific use case). That leaves you with two options:Either buy a whole solution end-to-end with hardware, or build a complete solution yourself. (Read about some specific considerations regarding IoT platform selection here.)

Chapter 5:Industrial IoT Companies:How To Find The Right Fit

It’s clear that the industrial IoT holds a lot of promise, but bringing it to fruition isn’t easy. For most companies, creating and launching an IoT project is a difficult, time-consuming journey—and an experience to learn from. (Here we share some insights from our own experience that may not be so obvious to teams just starting to create IoT products.)

So you may not want to go it alone. This final chapter in our Industrial IoT post is about knowing when to look for an industrial IoT company to partner with, and how to find the right one for you.

First, Understand What You’re Looking For

Any IIoT initiative should include an assessment on how you plan to proceed with the project. Once you’ve identified a specific business problem you want to solve; the next step is to determine:

• Is there a discrete solution to the problem already on the market that you can buy?
• If not, will you build the solution yourself, in-house?
• Or, will you work with a partner to develop the solution?

You might recall research presented by Cisco in 2017, where 60 percent of survey respondents said their IoT initiatives looked good on paper, but were more difficult to implement than they expected. The study also found that the most successful organizations didn’t go it alone; they leveraged partnerships across the IoT ecosystem to combine areas of expertise, which usually led to a better end product.

That’s not to say that it’s impossible to build an IoT solution yourself. But this route requires having skilled IoT people in-house who are knowledgeable about all the aspects involved in developing a solution—including everyone from mechanical engineers to software developers to networking and security specialists and more. (Not to mention someone to navigate the lengthy certifications process.) If you are thinking of developing a solution on your own, make sure your organization has the appetite to spend the required—and oftentimes extraordinary—amounts of time and money necessary to do it right. (Keep in mind, though, that even developing a solution with a partner will be costly and complex—but there’s a greater likelihood that the end project will be considered a success.)

How many IIoT companies should you partner with?

Depending on your business case, there may already be an industrial IoT company that has a solution for your exact problem. For example, if you need to do asset tracking within a manufacturing facility, a location system like AirFinder is a full solution; in that case, you’re partnering with just one company.

In other cases you may need to work with multiple IoT companies, each of whom contribute one (or more) pieces of a solution. A cold chain monitoring solution, for example, might include a sensor from one company, wireless technology from another company, and cloud software from another. For example, a company that already has a sophisticated analytics platform and a solid customer-base in a core industry might choose to use Symphony Link as the LPWA wireless service layer, but hire a contract engineering firm to integrate a specific sensor with the radio module, and use their own in-house analytics platform and user interface for their customer-facing portal.

Selecting the right wireless technology for your IIoT application is important—it can also be confusing. Get this free download summarizing the benefits and drawbacks of all your wireless options.

Not every company has the right rolodex to find these partners, and that’s where IoT integrators come into play. Integrators pull together this mix of hardware and software companies, and any other necessary technology players, on your behalf—and more than 50% of companies utilizing the IoT are strongly involved with IT services companies and consulting firms. Organizations sometimes look to integrators to take the lead when numerous IoT solutions need to be connected and work as a whole.

Choosing An IIoT Company

With all the IIoT companies out there, finding the right one for your organization and your use case can be a challenge in and of itself. For any company you’re considering, it’s important to know the limits of what they can and can’t do, and what they’re good at and not 擅长。 It’s not usually the case that a company can build a complex solution end-to-end in-house, because it’s unlikely they’ll have the expertise needed across the whole development cycle. (That’s why integrators are in business—so they can pull together a team of various partners and vendors.)

In particular, most software development companies don’t have expertise about the physical side of IoT solutions, things like sensors, batteries, weatherproofing, and wireless technologies—so beware if they say they do. Those components represent a key part of IoT systems; they’re also where a lot of projects struggle.

Additionally, a lot of hardware-centric companies are often used to working with other OEMs, and not the end customers, so they may not understand the business or operational problems you are trying to solve, or understand the non-technical barriers to adoption.

While integrators can be helpful, be sure you are not just choosing a “brand name.” While this may be the natural instinct from a risk-aversion standpoint, a lot of bigger consultancies and integrators don’t have that much experience with IIoT themselves, and end up bringing smaller firms in anyway to provide domain experience. In these cases, all you’re getting for their premium cost is additional overhead on your project.

My advice:For your particular project, start with a simple, clear, high ROI objective, make sure you understand all the components involved and exactly what needs to be done, then delegate who will handle each of those tasks. Doing so will help you take maximum advantage of different IoT companies’ areas of expertise and create a clear path for execution.

Link Labs As Your Industrial IoT Partner

Another interesting bit from that Cisco study:64 percent of those surveyed agreed that learnings from stalled or failed IoT initiatives helped accelerate their organization’s investment in IoT—so it’s clearly worth the effort. Having had been involved in both successful and failed IoT projects, Link Labs can help you make your IoT implementation a success, ideally without having to learn some of the hard lessons yourself.

As one of the leading innovators in low power, wide-area network technologies for Internet of Things devices, Link Labs excels in taking a concept from initial hardware design all the way through the delivery of a commercial product. (We’ve done so for dozens of enterprises around the world.)

• Our patented Symphony Link technology provides secure connectivity for IoT devices, and powers a range of IoT applications across many industries, including smart cities, agriculture, building controls, automotive, healthcare, government, defense, retail, and utilities.
• Our unique implementation of LTE Cat-M allows you to extend the reach of your low-power application to anywhere LTE networks are available.
• Our asset tracking technology solves for a number of enterprise-level tracking issues, and is used for cost reductions in healthcare, quality control in manufacturing, vendor risk management at transport hubs, and more.

If you’re looking for help designing an integrated IoT solution that suits your business requirements, let’s talk.