什么是工业物联网？工业物联网入门

五年后工业互联网物联网 (IIoT) 突然进入企业意识，关于这个强大的互联智能机器和设备新时代已经有很多讨论和写作。由于大部分信息分散在数字环境中，因此 RTI 整合了“什么 ,' '为什么 ,' '如何 ,' 和 '哪里 ’的工业物联网。欢迎您对本材料提出反馈意见；请通过 [email protected] 与我们联系。

工业物联网 (IIoT) 简介

互联网改变了人们的交流方式、工作方式以及合作方式。现在，注意力已经转移到对机器做同样的事情上。在过去几年中，系统开发人员一直专注于互连传感器、边缘节点和分析以构建智能系统，将运营转变为重要的生产力环境。这些互联系统构成了所谓的工业物联网 (IIoT)。

第四次工业革命是工业自动化历史上最具破坏性的一次，影响了从医疗保健到能源、运输到制造业的各个行业。不仅变革的步伐在加快，技术的飞跃也在加快。在接下来的几年里，各个行业的工程师都将找到一种方法来利用通过将机器和流程与更强大的计算和分析功能连接起来而产生的新功能。

什么是工业物联网 (IIoT)？

让我们从一个常见的定义开始。 IIoT 是指运行工业应用的机器、设备和传感器的相互关联、自动化使用。高度关注大数据 和机器学习 ，IIoT 使行业和企业能够提高其运营的效率和可靠性，同时减少对人机交互的依赖。它还可以通过收集和共享的有用数据实现新的业务模式或收入来源。

有影响力的工业互联网联盟将 IIoT 系统定义为：物联网、机器、计算机和人的互联网，使用高级数据分析实现智能工业运营，实现转型业务成果。

有关 IIoT 的更深入介绍，请下载并阅读机器人霸主的崛起，这是 RTI 首席执行官 Stan Schneider 的电子书。对于简短的介绍，此 IDG 视频提供了快速概览。

IoT 和 IIoT：有什么区别？

“物联网”一词首次出现在麻省理工学院自动识别实验室联合创始人凯文·阿什顿 (Kevin Ashton) 于 1999 年在宝洁公司的演讲中。物联网的初步工作专注于基于家庭的消费者应用程序。还记得最早的联网冰箱所产生的炒作，让你知道它没有鸡蛋了吗？

物联网是所有连接应用（消费者和工业）的超集。它通常用于描述消费市场中的互联应用，例如可穿戴设备、温度控制、家庭安全系统、购物、旅行计划应用等。各种市场分析师表示，物联网已经颠覆了从娱乐到旅行、购物到个人医疗保健的行业，估计市场规模达数千亿美元。快速增长是市场力量推动的结果，因为消费者对智能互联应用程序的便利性和服务的需求与企业对收集和利用相同数据创造新增长机会的兴趣相匹配。

IIoT - 工业物联网 - 是物联网的一个子集，专门针对交通、制造、能源和农业等工业应用。值得注意的是，工业物联网具有不同的技术要求，因为其复杂性、互操作性和安全需求水平不断提高。监控您的个人健身设备的相同技术与运行高级工业应用（例如自动空中出租车或远程机器人手术）所需的系统完全不同。 IoT 和 IIoT 都存在技术挑战，但自主工业应用的风险和复杂性本质上更高。

IIoT 支持从跨行业、公私合作方面取得了长足的进步。在过去几年中，数以千计的大学、公司、财团和标准组织齐心协力，致力于使 IIoT 以安全、可扩展和可靠的方式工作所需的技术创新。

工业 4.0 和 IIoT

工业 4.0（也称为工业 4.0）由德国政府于 2010 年发起，作为其“2020 年高科技战略”的一部分。工业 4.0 是关于连接价值链的：工业行业可以连接并自动集成事物和流程，以形成网络物理系统。工业 4.0 的最终目标是通过使用新技术来增加制造环境的价值并减少浪费。

在工业物联网的早期，工业 4.0 和工业物联网的支持者都做出了相当多的努力来区分这两项举措。经过相当详尽的分析，现在已经让位于他们的方法的相似之处多于差异的共识。今天，工业 4.0 经常与工业物联网 (IIoT) 互换使用。这两个术语都指将机器与其他机器/设备和分析连接起来，以提高生产力和结果。

顶级 IIoT 行业和应用

工业物联网应用几乎遍布所有行业，包括：

航空航天（机场、飞机、无人机和其他无人驾驶飞行器）
农业（互联农场）
汽车（联网、半自动和自动驾驶汽车）
能源系统（智能电网、分布式能源 (DER) 和可再生能源）
医疗保健（互联医疗保健、机器人手术和医学成像）
制造（互联工厂）
军事（军用车辆、模拟、训练和操作）
石油和天然气（勘探和精炼）
智慧城市（公民和市政服务、停车和基础设施等）
交通（公共汽车、地铁、火车和超级高铁）

IIoT 还运行跨行业应用，包括：

自治系统
通信系统
机器人、无人机和触觉系统

工业物联网是如何工作的？

典型的 IIoT 系统需要在多个设备之间和跨多个网络共享数据，从边缘（传感器、远程设备和计算机）到云（集中式计算机系统）。这是具有挑战性的，因为庞大的数据量——更不用说严格的安全和安保要求——很容易使网络不堪重负，尤其是跨越远程操作的网络。这些互连的系统需要新的方法来管理不断增加的数据量、性能要求、安全风险和安全认证。

管理 IIoT 数据流对于确保 IIoT 应用程序按设计工作至关重要。工业互联网联盟提出的一种经过验证的架构是数据总线。与管理静态历史数据的数据库不同，数据总线管理动态数据。

数据总线是一种以数据为中心的软件框架，用于分发和管理 IIoT 中的实时数据，使应用程序和设备能够作为一个集成系统协同工作。数据总线简化了应用程序和集成逻辑。软件组件不是交换消息，而是通过共享和过滤的数据对象进行通信。应用直接读写这些数据对象的值，这些数据对象缓存在本地。

有关数据总线工作原理的更多信息，请访问 RTI 相关主题网页。

IIoT 连接

如前所述，IIoT 应用程序数据密集，需要高可靠性。连接层或框架对于适应大量数据的快速交换至关重要。工业互联网联盟发布了工业互联网连接框架 (IICF)，以描绘和澄清连接解决方案的混乱局面。它提供建议以帮助解锁孤立系统中的数据，在以前封闭的组件和子系统（棕地）之间实现数据共享和互操作性，并加速行业内和跨行业的新应用程序（绿地）的开发。

IICF 定义了一个参考架构，用于开放数据，否则锁定在 IIoT 系统中使用的许多特定领域的连接技术中。它使用通往少数核心连接标准之一的网关，这些标准可以提供句法互操作性，而不会影响特定领域技术的功能和非功能方面的保真度。该框架推荐了如上所述的数据总线架构，用于实现 IIoT 应用的敏捷性和容量所需的点对点通信。

面向工程师、开发人员和架构师的 IIoT

除了简化运营，IIoT 还将改写供应商关系，重新定义盈利能力，并重新发明从环境到成本再到产品的交付。因此，不能孤立地创建 IIoT 系统。鉴于投资，它们必须设计为运行数年甚至数十年。对于致力于开发这些下一代系统的 IIoT 系统工程师、架构师和开发人员来说，他们必须从一个基本事实开始，即他们的系统必须在未知环境中完美运行。如果您是一名设计师，您面临的挑战是超越今天的经验，展望一个由智能计算主导的未来。最重要的是，您需要考虑一个可以扩展并与未来未知系统集成的系统。

新系统必须基于经过验证的 IIoT 标准，以便“面向未来”，并确保它们具有数据驱动系统所需的互操作性、可扩展性和安全性。工业互联网参考架构为系统架构师提供了基于标准的架构模板和方法，以基于通用框架和概念设计他们的系统。由工业互联网联盟于2015年首次发布，最新版本于2019年6月发布，可供下载。

工业物联网系统中的 DDS

有许多通信中间件标准和产品。 Object Management Group® (OMG) 制定的数据分发服务 TM (DDS) 标准是为复杂的分布式系统开发的。 DDS 独特地以数据为中心，非常适合在 IIoT 系统中实现分层数据总线架构。它已成功部署在数千个系统中，从海底机器人到包括太空发射在内的 NASA 计划。 DDS 是一种中间件协议和 API 标准，可提供数据连接性、极高的可靠性和可扩展的架构，以满足 IIoT 应用程序的要求。 DDS 的数据中心性确保所有消息都包含应用程序理解其接收数据所需的上下文信息。开发人员无需编写特定代码，而是可以使用 DDS 来指定共享数据/数据值的方式和时间。观看有关 DDS 如何与工业系统配合使用的短视频。

DDS 具有开放接口，并已被汽车（AUTOSAR Adaptive）、航空电子（FACE）、电网现代化（OpenFMB）、医疗（OpenICE、MD PnP）等行业的标准采用）和更多。 DDS也是工业互联网联盟指定的核心连接标准。

IIoT 的投资回报率

IIoT 简化和自动化，从而提高生产力、提高运营效率、节约成本和创收机会。更高水平的自动化和更高的产品质量，再加上通过预测性维护实现更高效的运营，这些只是 IIoT 简化运营的部分方式。员工可以转移到执行更高价值的任务。

IIoT 还通过生成的数据产生新的收入流。从智能机器和设备收集的信息增加了洞察力、价值和利润，从而提高运营效率。来自性能或使用情况的数据可用于形成新产品或服务、新业务模式和额外收入流。例如，制造商可以与其他制造商建立新的资产共享模式，在利用率不足或产能高峰时共享资源。这些数据可以深入了解模式，从而揭示成本节约或增长机会。

例如，在 IIoT 设备监控能源消耗的智能建筑中，建筑业主可以使用数据来优化效率，例如确保在空气流通时窗户不会打开空调正在运行或在会议室无人时关灯。这是现在的常规做法，可节省能源和成本。然而，建筑物所有者可以通过将 IIoT 生成的数据出售给公用事业提供商来产生更多收入。反过来，该公用事业公司会将这些数据与来自数千座建筑物的数据进行汇总，以帮助预测和调节能源消耗。

简而言之，IIoT 可以提高生产力和质量，同时释放资源以帮助企业向新方向扩展。

工业物联网的障碍

虽然 IIoT 的好处很多，但采用的障碍仍然存在。最大的两个障碍是安全性和互操作性。要了解行业高管的想法，请收听此短片中的对话。

当物理系统上线时，会带来巨大的好处，但也会增加来自外部和内部威胁的风险。网络攻击可能对系统造成破坏，最多会造成巨大的经济损失，最坏的情况是造成严重伤害甚至死亡。 IIoT 安全性必须从头开始设计到 IIoT 系统中，而不是在系统构建后作为额外的保护层。有很多关于安全的优秀资源，但它仍然是 IIoT 系统最关心的问题。

互操作性是另一个挑战。互联 IIoT 系统依赖于跨系统和跨地理区域的快速、即时和 100% 准确的数据交换。从传感器到机器再到企业系统，需要无缝地收集、分析、存储、检索和处理数据。 IIoT 传感器、设备和应用程序之间缺乏互操作性和缺乏标准阻碍了 IIoT 系统的通信。通过在先前描述的工业互联网连接框架中的协作努力以及通过标准组织通过 DDS 标准等开展的工作，已经取得了进展。行业可以利用这些标准来降低开发和部署 IIoT 系统的风险。

以数据为中心的连接对于使高性能、智能的 IIoT 系统按设计工作至关重要。作为 DDS 的商业领导者，RTI 拥有连接框架，可在海底到外太空运行 IIoT 环境，从自主运输到互联医疗。我们邀请您与我们讨论如何从在您的 IIoT 系统中使用实时、高度可靠的连接中受益。