智能 IIoT 互联工厂的诸多好处

工业物联网 (IIoT) 继续推动第四次工业革命（即工业 4.0）的潜力。在这个工业时代，嵌入式自动化技术和强大的无线传感器推动了智能互联工厂的制造和生产。

趋向于更加自动化

智能工厂自治系统中的许多 IIoT 设备与人工智能 (AI)、移动边缘计算 (MEC) 基础设施、相机、控制系统、计算机视觉、增强现实 (AR)、机器人技术和机器学习 (ML) 相结合以实现实时，交互式数据通信。这些创新的自动化技术正在从“科幻小说”不断演变为大规模的商业应用。

随着这个数字化转型时代的发展，我们越来越多地看到物联网、人工智能、机器学习以及智能互联工厂中的更多创新推动了机器人技术。我们正处于一个连接性、互操作性和自动化的非凡时代，远远超出了简单的机器对机器 (M2M) 交互。来自各种无线传感解决方案平台的物联网数据可以改变互联工厂的运营。

实时决策的时代

如今，联网的工厂机器做出许多自己的支持 IoT-AI-ML 的实时决策，以控制和自动化流程并保持生产无缝运行。同时，总部和工厂车间的管理层使用低功耗、远程无线传感器远程监控设备、工人和机器，并快速做出数据驱动的决策，以：

• 提高成本和运营效率

• 加强生产和产品安全

• 预测机器设备维护

• 转变业务流程和价值

有价值的数据洞察来自联网机器

正常运行时间就是制造业的一切。当一台机器出现故障或故障时，它可能会产生连锁反应，导致产品上市时间延长，并可能损害从产品交付和客户服务一直到停机时间。

来自 IIoT 的数据是智能互联工厂的“货币”。它通过从根本上影响人或机器控制、纠正、进行维护和简化生产的方式和时间，产生反应性、预测性甚至变革性的价值。来自 IIoT 的可操作数据是互联工厂的主要优势。

使用数据为仪表板、分析工具和运营管理系统提供信息，可以引导组织实现更好的创新、效率和盈利能力。无线传感器数据在整个工厂中激活了 IIoT 的价值——从更快的纠正反应到预测管理再到变革性的业务创新。

帮助工厂传感器数据蓬勃发展

人和机器必须无缝协作和共享信息，以协调理想的生产性能。嵌入或连接到几乎所有资产的无线传感器可以提供管理人员所需的数据，以保持工厂运转并改进流程。

制造商可以使用多种策略来确保无线传感器数据为他们提供互联工厂的最大价值。以下是三种重要的数据管理方法。

• 利用控制系统的自主功能。 许多关键资产在互联工厂中作为一个无缝单元协同工作。但其中两个最重要的资产是工业控制系统 (ICS) 和可编程逻辑控制器 (PLC)。 ICS 通过共同管理整个工厂的数据、设备、系统、网络和控制来运行和自动化工业流程。相比之下，PLC 可以单独作为传感器数据采集中心，也可以作为整个系统的关键控制组件集成到 ICS 中。

预测性维护依赖于 ICS 和 PLC。他们接收、处理和投入使用的传感器的实时数据对于工厂的运行、维护和自动化至关重要。

制造商可以利用来自传感器系统的数据利用先进的诊断、分析和洞察力来提高生产力、降低成本并提高安全性。 ICS 是这项工作的核心。从 ICS 启动的自动化流程解放了 IT 和运营技术 (OT) 专业人员来优化工厂，而无需担心反应性或日常维护任务。工厂经理可以提前了解机器性能问题，并转向预测性而非重复性的定期维护。通过 ICS 过滤传感器数据，技术人员可以知道要控制哪些机器以及何时需要维护。

• 消除数据障碍和孤岛。 数据集不应该留在个别部门内。在信息时代开始时，消除数据孤岛至关重要，而自从机器开始相互交流和与我们交流以来，这一点就显得尤为重要。

挖掘 IIoT 数据可以带来大量突破性想法和改变业务的机会——这是其主要优势之一。数据分析应该从微观到宏观层面无缝进行——从单个机器性能分析到整体互联工厂。当每个人（从生产线维护经理到业务分析师再到高管）消除 IIoT 数据访问和分析的障碍时，您就处于创新的最佳位置。

• 采用更精简的数据共享方法。 在全球工业规模上，IIoT 会产生大量数据。即使在规模小得多的情况下，工厂管理人员仍然会因数据的速度和数量而不堪重负。边缘计算可以通过向一线工厂经理和机器提供可操作的传感器数据来帮助做出快速或自动化的实时决策。借助智能传感器和网关进行边缘计算——在数据产生的地方有效地捕获、存储和处理数据的方法——管理人员无需分析大量原始数据即可采取行动。他们也不必等待数据被发送到云端、导出、映射和分析，以得出与边缘设备已经交付的相同的结论。

虽然持续改进数据访问和分析很重要，但重要的是不要让非数据分析师的任何人超负荷工作。保留适用于个人角色的数据警报、提要和报告。当您收集重要的新数据见解时，请确保关键利益相关者了解并分享特定数据点对不同部门的重要性。

无线传感器平台支持维护和业务优化

对工厂自动化采取谨慎、系统的方法很重要。如果您不知道机器振动太大，您的工厂的自动化程度可能并不重要。振动机可能意味着它已准备好发生故障。反过来，此故障可能会导致整个或部分机器自动化系统脱机，从而造成计划外、不必要的停机时间。这里的教训是，即使只有一个齿轮松动，自动化也会崩溃。

一个分布在工厂中的低功耗、远程无线传感器平台可以解决这个问题——这是一个独立于自动化系统运行但与自动化系统互补的基础解决方案。该传感器网络可以包括加速度计、振动计、电压和电流检测和测量、倾斜、被动红外（PIR）运动、温度、空气质量、湿度等。

主要在幕后工作的联网无线传感器平台可确保互联工厂的主要性能和状态监测不仅具有预测性，而且转化为业务优化和创新。

关键传感器平台组件

为了跟上工业 4.0 的发展步伐，互联工厂致力于实施以下措施。

• 在工业级、无线、低功耗传感器平台上运行，专注于实时数据传输、预测性维护和延长正常运行时间。无线传感器网络可以设计为：

  • 仅在传感器通信时耗电，从而节省能源并延长电池寿命

  • 当超出预设参数时，通过短信、电子邮件或语音电话提供即时警报

  • 为一般见解和合规数据提供趋势数据和数据日志

  • 通过预配置算法和使用传感器和边缘网关的按需处理来简化数据收集、传输和分析，而不是手动监控机器并在剪贴板清单上收集数据。然后，使用应用程序编程接口 (API)、串行 Modbus 网关和 PLC 通过控制系统过滤数据。只有可操作的数据和传感器警报才会通过这种做法实时流动，原始数据可以记录或存储在数据库中以供日后分析。

  • 通过楼宇自动化和控制网络 (BACnet™) 数据通信协议或 Modbus TCP/IP 与楼宇管理系统 (BMS) 集成

• 通过将端到端数据安全平台添加到整个工厂的传感器网络来加强风险管理。

  • 采用传感器系统，包括使用 Diffie-Hellman 密钥交换算法和 128 位高级加密标准 (AES-128) 密码块链接 (CBC) 对称密钥加密的数据加密，以保护数据免遭泄露。

  • 使用传输层安全 (TLS) 加密保护连接到传感器网络的 Web 服务器和浏览器。

  • 添加 256 位安全哈希算法 3 (SHA-3) 身份验证，以保护数据从生成点到使用点。安全数据令牌通过加密哈希函数针对每个传感器的唯一密钥进行评估。

• 利用无线跳频扩频 (FHSS) 增强远程无线传感器通信的可靠性。 凭借这种可靠的长距离和强大的频谱，信号可以在快速变化的无线电频率之间传播和跳跃。这种通信频谱具有很强的抗干扰能力，而且信号很难被拦截，因为它们只能在极短的时间间隔内传输。这使得 FHSS 本质上是网络安全的。借助 FHSS，来自无线传感器的数据通信具有：

  • 对物理障碍物、外部无线射频系统和电磁干扰 (EMI) 具有很强的抗损伤能力

  • 在制造环境中连接高达 1200 多英尺

• 联网的工厂经理可以使用集成无线系统来优化工厂运营的各个方面。 例如，他们可以在优化维护和生产流程的同时实施自动化系统。

  • 添加用于拣选和包装库存、材料处理、放置和交付的自动导引车。

  • 使用工业机器人进行电弧和点焊、照料机器、油漆产品、提升和组装、粘合和连接零件等等。

  • 将加速度计连接到装配线和机械臂，将振动计连接到机器电机，将倾斜传感器连接到检测机器安全运行，并使用电流计监控功耗。

  • 在 HVAC 系统、生产区域和电机中安装温度和湿度传感器，以及在限制和生产控制区域安装 PIR 运动传感器。

底线

制造商应实施 IIoT 传感器平台，提供实时、可操作的数据，以预测机器停机时间、提高运营效率、提高利润，并从最新的工业革命中获益。

本文由 Monnit（犹他州南盐湖城）的创始人兼首席执行官 Brad Walters 撰写。欲了解更多信息，请联系 Mr. Walters，此电子邮件地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。或访问这里 .