工业物联网：成功实施的实用指南

在某种意义上，“物联网（IoT）”一词被我称为“智能烤面包机现象”劫持了。

多年来，IoT 设备制造商吹捧智能联网家电的益处——如智能烤面包机（每次按您喜好完美烤面包）和智能冰箱（从设置过期提醒到查阅食谱无所不能）。这类 IoT 应用抓住公众眼球，但非真金所在。

依我之见，联网设备在企业级环境拥有更大潜力，至少在财务影响与 ROI 方面。这部分 IoT 称为工业物联网——或 IIoT——正缓慢在市场站稳脚跟。因此焦点从智能安防、智能恒温器转向智能仓库、工业自动化、联网物流及诸多商业用例。今日 IoT 设备在制造、医疗、商业领域的渗透深于家庭与手机；预期趋势将持续。

对有意实施工业物联网系统的公司，本文提供工业物联网概览、重要 IIoT 定义、示例用例、底层技术信息、以及如何为您的特定冒险寻找合适合作伙伴的建议。

目录

• 第 1 章：工业物联网概览

• 第 2 章：工业物联网技术与运营定义

• 第 3 章：用例与应用

• 第 4 章：底层技术

• 第 5 章：工业物联网公司：如何找到合适匹配

第 1 章：工业物联网概览

工业物联网中的“工业”略具误导。有人称其适用于制造环境的 IoT 应用；制造业事实上预测将成 2021 年最大 IoT 平台，市值达 $4.38 亿。它也在行业 IoT 投资上领跑。但依我之见，工业物联网 涵盖跨所有行业的设备连接（不仅制造）：

• 在 医疗，可穿戴、移动 App、数据驱动诊断可革命化患者获取与接受医疗服务的方式。
• 在 商业，企业可利用智能建筑优化能耗。（建筑用能近半浪费。）
• 在 零售，工业物联网应用可提升供应链效率。
• 在 交通，联网传感器助力冷链管理、燃油消耗优化、车队维护。
• 公用事业 已部署智能电网技术，可检测隔离故障、处理应急服务优先路由、整合客户自有发电系统入网。

不断增长的用例类别显示所有行业都能收获 IoT 红利，不只制造业。

实施工业物联网的挑战

工业物联网虽在成本节约与效率上潜力巨大，但实施层面构成实际挑战。大多数公司已在运营技术（OT）上投入巨资，未必打算连接至局域网之外。虽有标准方式在总线上与仪表对话（如 Modbus、Profibus），但无连接互联网的标准方式。数据流如何被捕获路由回现有数据管理软件系统，同时确保安全？未来几年真正创新将在于如何从生产设施的本地连接仪表总线获取数据，从云端取出数据用于分析。

例如，您为食品制造商制造测量配料温度与添加剂量的仪表。该仪表有用，但形成闭环流程。

若能同时监测仪表健康与校准，远程协助客户解决问题与设置——需将仪表联网以共享其生成数据——将解锁额外价值。有 Wi-Fi 可用，但因仪表用于客户制造设施而非您自己的，他们不太可能让您用。此时选项有限：要么选专有连接方案（冒锁定特定架构风险），要么自建方案（困难）。

如何切入工业物联网

当今工业物联网最大挑战之一是系统集成——传感器、无线电、控制器、软件作为内聚系统协同。考虑到竞争协议与技术之多，未来 10 年不太可能出现此层面的广泛标准化。

但这非放弃 IIoT 红利的理由。公司层面实施太复杂，所以起步建议：选一个问题、一个可测量可改进的事，您将学到很多——不仅关于技术，更关于您自己的组织、如何实施资产追踪或能源监测这类事。 警惕传统 IT 合作伙伴如电信商或咨询合作伙伴，因工业物联网对他们也同样新，未必吃透。他们常引入其他合作伙伴，可能导致比预期更复杂的系统。

想从小处着手？看 AirFinder 系统如何以其他系统极小成本简单解决您的资产管理痛点。

下章我们看工业物联网的技术与运营定义。

第 2 章：工业物联网技术与运营定义

上章说工业物联网本质是将物联网技术应用于商业与工业用例。这是更技术性的 IIoT 定义：

什么是 IIoT？它是嵌入物理对象的互联计算设备网络，旨在收集与交换数据，再在商业语境下应用以创造运营节约与效率。

这些互联设备收集的数据以多种方式使用，均导向某种运营变革。例如，数据可被分析揭示流程低效；可提供对在途产品的实时可视性（与更强控制）；或预测工业机械即将故障。IIoT 数据还有无数其他用途，每天都在发掘更多。

所有那些成千上万用例有共同线索，有助构建 IIoT 运营定义：机器对机器智能，使组织能通过提升效率、改善安全和/或增加正常运行时间来创造节约。

提升效率

IIoT 最常被引用的益处是提升效率——公司通过利用联网设备节省时间、金钱或两者兼得。

您可能以为已将流程优化到极限，但人类只能将流程优化到某个（有限）程度。只有将其提升到机器级感知与控制，才能看到还能改进什么。

此外，许多组织因浪费能源而浪费金钱。无论是灯亮着还是机器闲置运行，不必要的用电大幅推高大规模运营成本。传感器级技术完美适配此类场景。以建筑公司为例。若高管意识到所有重型人工操作机械闲置时仍在运行，可实施传感器驱动方案：无人坐座椅时机器不得开启。大型组织中闲置机械的燃油与维护成本可快速累积。若集成 IIoT 能助您跨大企业改进流程，可将节约直达底线。

了解 Symphony Link 如何让您的组织轻松开始收获 IIoT 红利，这是为工业用途设计的无线方案。

人力 效率也可通过 IIoT 实现。需频繁持续人工介入的工作——如炼油厂每小时监测油罐液位——管理成本颇高。无线工业控制系统可每小时无线读取液位，创建更高效系统，节省人力，进而改善底线。

增加正常运行时间

统计数字充分显示非计划机器停机的负面影响：

• 每二十美元中，约 $0.40 至 $1.20 因非计划停机损失。
• 汽车制造停机损失可达 $130 万/小时。
• 平均工厂单元停机成本占生产能力 5% 至 20%。

预算有限、设备老旧的公司常面临挑战：如何在不更换所有现有机械下提高设备可用性。工业物联网以预测性维护与机器监测形式提供高性价比解法，成果显著：一研究显示 IoT 方案减少 70% 机械故障、降低 30% 总维护成本。您可延伸方案价值，用数据洞察看哪些机器产出更多次品。

改善安全

IIoT 设备也常用于确保员工人身安全。制造车间与作业现场每年发生许多伤害，部分关联故障机器。用 IoT 执行上节提到的预测性维护可减少工伤。也可监控工人安全标准合规，打造更安全、高产现场。

除工人安全，产品安全也常是顾虑。某些药品与食品对温度敏感，全制造分销链需受控环境。任何超出指定范围的温度暴露可能让产品失效甚至危险。得益于 IIoT，温度监测设备可帮助检测规避潜在问题、在不可避免问题发生时中止发运以省钱。

第 3 章我们将看企业如何用工业物联网应用在上述领域创造节约。

第 3 章：用例与应用

Forbes Insights 近期调查显示高管视 IoT 为当前最重要技术举措。但许多公司仍在考虑如何为其用例试点 IoT 方案，其他已试验 IIoT 应用数年。通过为现有有线网络添加工业感知与控制无线方案，许多企业已实现第二章提到的运营效率与成本节约。某些情况下，这些更新的无线工业物联网系统甚至助组织改善客户体验。

以下几个已在实践中证明价值的工业物联网应用——制造业与更多——可帮您构建业务受益于 IIoT 技术的论据。

6 个工业物联网（IIoT）用例

1. 机器监测

通过改造过程，可在新或现有厂房添加传感器与其他智能，监测外部参数——如交流电流消耗、振动水平——寻找需维护或即将故障的泵。例如，若您需知输送带系统气压何时偏低，电池供电传感器可采集数据无线回传中央源，告知是否发生或即将发生故障。直到最近，从厂房获取第三方数据非常困难。

此外，世界数万家工厂中，机械常由第三方设备供应商提供。若产品由该制造商质保或服务，他们需简单有效方式从设备获数据，无需客户端昂贵复杂 IT 集成。IIoT 技术为制造商节省了现场查设备的时间与差旅成本——他们可在线随地监测性能。

瑞士公司 ABB，全球工业技术领军者，用基于智能传感器的连接技术监测其低压感应电机性能。每电机装一智能传感器，提供电机状况与性能数据。识别即将到来的问题时，工厂可及时计划维修或必要时订购替换。停机成本通常每小时几百美元，此类预防性监测转化为显著节约。

2. 有毒气体与室内空气质量监测

无论设施为合规或健康监测空气质量，IIoT 增强这些努力有助确保货物与人员安全——无昂贵集成成本。

例如，空气质量在学校建筑尤受关注，供暖通风空调系统问题可导致多种健康问题、负面影响学生表现。工业物联网已用于监测多所学校教室环境空气质量，其中一所是土耳其 Dr. Natuk Birkan 中小学。空气质量状态实时数据定期报告给员工，读数超阈值发送警报。总体上，方案大幅改善学校空气质量、提升学生生产力水平。

想要更多例子？看五家企业与工业客户如何成功用 Symphony Link 连接 IoT 设备到云端。

3. 工业空间环境条件监测

生产敏感商品的公司——如制药厂或农业操作——需为合规与质量监测区域环境条件。但此类监测也能让空间更节能、省钱。

温室种植者光照方案提供商 Hortilux 开发应用，用智能传感器提供温室性能洞察。传感器采集温室温度与 CO2 水平，使种植者优化生长策略。客户也用数据最小化能耗，在不需要时关灯而不牺牲产量。

4. 室内资产定位

在特定区域内找出库存与物资位置对许多行业有无数益处。例如机场，付费蜂窝运营商监控巴士、车辆、行李车、燃油成本高得离谱——但通过特定区域 IoT 资产追踪，您可改善车辆服务、削减员工成本，且无大额 M2M 蜂窝账单。

哥本哈根机场（CPH）投资 IoT 方案，现用于资产追踪等。其追踪能力助更好利用机场资产，如清洁设备、轮椅、协助行动不便乘客的车辆——全助加速飞机周转。CPH 官员也称通过消除错放设备的不必要订单省了钱。

5. 接入现有 Modbus 与 Profibus 网络

工业物联网监测允许在不干扰现有工业控制网络的老厂采集数据。运行 30 年以上工厂常用遗留工业有线协议采集数据、监测多机器。系统虽不现代，但功能正常——打破连接替换为新 IoT 监测系统困难且昂贵。相反，工厂可简单“监听”遗留有线连接并通过另一通道上报。

汽车零部件制造商 Faurecia 多年利用 IoT 为客户提供生产流程更大透明度。例如客户想知哪些安全气囊装哪些车、以及每个气囊安装的详细数据特征。Faurecia 一直收集此数据，但难追溯共享。其现有 IoT 方案允许公司提供客户要求的产品可追溯性，改善客户关系；数据也助公司更易合规监管要求。

6. 库存监测与管理

在特定空间内知晓人员与资产位置在某些行业至关重要。患者追踪、资本设备追踪、行为监测、健康结果是医疗环境中重要 IoT 用例。

BJC HealthCare，运营密苏里与伊利诺伊 15 家医院的医疗服务提供商，在高价值医疗设备贴 RFID 标签提供实时库存管理数据。此前，每家医院追踪库存流程不同——有的手工计数、有的仅目测。医疗资产追踪助其将各设施库存降低 23%，BJC 预测未来将持续见约 $500 万/年的“硬性与软性”节约。

这只是几个 IIoT 例子，但企业利用设备连接解决挑战的方式还有很多。

下章我们看工业物联网的底层技术。

第 4 章：底层技术

工业物联网方案的底层技术随应用而异，但总体可分三大领域：

• 采集数据或控制流程的前端“边缘”设备。
• 将数据传输至处理系统的连接技术。
• 分析数据并决策的工业物联网平台。

逐个详细看。

工业物联网系统的三大组件

1. 前端边缘设备

传感器数据是 IIoT 大头，故用于收集的硬件是系统关键组件。传感器与控制设备等前端设备负责收集连续数据流并据此行动；若希望收获 IIoT 投资红利，它们必须可靠、一致、准确。

如第 1 章所述，许多工业环境已有数据采集流程。（记得食品制造商仪表测配料温度与添加剂量的闭环例子吗？）那些情况下，数据采集复杂度降低，因数据已存在；此后只需找到方式挂钩那些 OT 网络拉出传感器值。

若那些数据采集流程尚不存在，您得从头开始：需什么硬件测量期望指标？选传感器非小事；有机械与电气双重考量。例如，您有输油管道想测从一区流向另一区的冷却液温度，需机械上搞清传感器如何工作。绑管子上，还是切管插入？什么类型传感器？如何外壳、布线、供电？设计实施传感器技术能快速成大问题——更别提实际安装维护的复杂性。

有许多打包传感器方案；越“开箱即用”越贵。视您想扩展多少，可直接买现成。Monnit 和 Libelium 是两家专攻打包传感器、承诺快速简易部署的 IoT 公司。

2. 连接技术

采集数据后，需方式传至云端；IoT 系统也需方式从云端接收命令。连接登场。

许多工业物联网方案依赖无线技术。有多无线选项，含：

• Wi-Fi：提供有限范围互联网接入的局域网（LAN），可用于本地环境运行的 IIoT 应用。它是星型网络（一个中心枢纽，所有节点或设备连它），意味增减设备不影响其余网络。缺点：仅当信号强且靠近接入点工作，且多数 IT 团队因安全拒绝 IoT 设备接入其基建。
• 蓝牙：短程技术，廉价易得，但除非端点在同一房间（或几十米内）有接入点否则不工作。工业物联网场景，蓝牙在传感器近乎均匀分布全区（暖通空调传感器、灯光）好用，但不适合不规则部署（电力监测、纸巾盒、工业监测）。它在与另一无线技术配对时最有用。
• Mesh 网络：所有节点协作分发数据的网络拓扑。（阅读更多 Mesh 拓扑。）ZigBee 和 Z-Wave 等 Mesh 技术稳健可扩展，但网络延迟比其他无线技术长。规划得当，Mesh 网络可成广域、节能覆盖的好方式，但不总提供可靠连接。
• 蜂窝网络：存在于大多数（非所有）地方，由蜂窝网络提供商管理（卸下您的包袱）。这让它成 IoT 连接有吸引力选项。LTE-M 和 NB-IoT 是两专为 IoT 设备设计的蜂窝系统。这些节能技术可传输相当大数据块，适合追踪物体、能源管理应用、公用事业计量。但目前两者距真正全球覆盖仍数年，若您望近期部署产品这是重要考量。
• LPWAN 技术：含 LoRaWAN、Symphony Link、Sigfox 等，理想连接发送接收小数据包、跨长距离、用极少功率的设备。但 LoRaWAN 和 Sigfox 网络非无处不在；也有许多其他挑战关联 LoRaWAN 和 Sigfox 可能使其不适合私有网络方案。Symphony Link 解决 LoRaWAN 在工业用例上的一些短板；主要被需可靠性与高级功能的工业企业客户使用。

虽工业物联网设备连接讨论多聚焦无线连接，有线系统不罕见。若您用例允许有线连接，可能是更便宜选项；通常也更可靠。

3. 用于数据分析的工业物联网平台

完成系统需负责分析采集传输数据的工业物联网软件。软件也决策，某些情况推命令回边缘控制。

常称工业物联网平台，此支持软件连接边缘硬件、接入点、数据网络至价值链其他部分（通常是面向最终用户的 SaaS 或移动应用）。它们处理持续管理任务与数据可视化。可将工业物联网平台视为边缘采集数据与面向用户 SaaS/移动应用间的中间人。

您可能走运找到产品精准解决您业务问题的公司，但更可能无现成 IoT 平台完美匹配您需求。许多可用方案仅是存数据的地方，而非做复杂工业物联网分析的工具（更别提您特定用例所需分析）。这留给您两选项：要么买端到端含硬件的完整方案，要么自建完整方案。（阅读关于 IoT 平台选择的特定考量。）

第 5 章：工业物联网公司：如何找到合适匹配

工业物联网抱大希望，但落地不易。对大多数公司，创建发布 IoT 项目是困难、耗时旅程——也是学习经验。（此处分享我们自有经验洞见，可能对刚起步创建 IoT 产品的团队不那么明显。）

所以您可能不想孤军奋战。本章最后部分关于知晓何时找工业物联网公司合作、如何为您找到对的那一个。

首先，理解您在找什么

任何 IIoT 举措应含如何推进项目的评估。一旦识别出想解决的具体业务问题；下步确定：

• 市场上已有针对该问题的离散方案可买？
• 若无，您将自建、内部开发？
• 或，将与合作伙伴共同开发？

您可能回忆 2017 年 Cisco 研究，60% 受访者称其 IoT 举措纸面漂亮，但实施比预期难。研究也发现最成功组织不孤军奋战；他们利用 IoT 生态系统合作伙伴关系结合专长，通常导向更好最终产品。

非说自建 IoT 方案不可能。但这路径需内部有精通开发方案所有层面的熟练 IoT 人才——含从机械工程师到软件开发者到网络安全专家等。（更别提漫长认证流程。）若您考虑自建，确保组织有意愿花所需——常为非同寻常——时间与金钱做对。（记住，虽与合作伙伴共建也昂贵复杂——但最终项目被视为成功的可能性更大。）

应与多少 IIoT 公司合作？

视商业案例，可能已有工业物联网公司针对您确切问题有方案。例如制造设施内资产追踪，AirFinder 等定位系统是全方案；此时您只与一家公司合作。

其他情况您可能需与多家 IoT 公司合作，各贡献方案一（或多）件。冷链监测方案如：一家公司传感器、另一家无线技术、另一家云软件。例如，已有成熟分析平台与核心行业稳固客户基的公司，可能选 Symphony Link 作 LPWA 无线服务层，聘合同工程公司集成特定传感器与无线电模组，用自有分析平台与 UI 做面向客户门户。

为您的 IIoT 应用选对无线技术很重要——也可能令人困惑。获取这份免费下载，汇总所有无线选项优劣势。

非每家公司有合适人脉找这些合作伙伴，这正是 IoT 集成商登场之处。集成商为您拉通硬软件公司混合与其他必要技术参与者——超 50% 利用 IoT 的公司深度涉足 IT 服务与咨询公司。组织有时看向集成商在众多 IoT 方案需连接协同整体时牵头。

选择 IIoT 公司

外面那么多 IIoT 公司，为您的组织与用例找对那个本身就是挑战。对您考虑的任何公司，知晓其能与不能做什么、擅长与不擅长什么很重要。通常公司无法在内部端到端构建复杂方案，因不太可能在全开发周期拥有所需专长。（这就是集成商存在的原因——拉通各合作伙伴与供应商团队。）

特别地，多数软件开发公司无 IoT 方案物理侧专长——传感器、电池、防风雨、无线技术——若他们称有请警惕。那些组件是 IoT 系统关键部分；也是许多项目挣扎之处。

此外，许多硬件中心公司习惯与其他 OEM 合作，非终端客户，所以可能不懂您试图解决的业务或运营问题、不懂非技术采用障碍。

集成商虽有帮助，但确别只选“品牌名”。这可能是规避风险本能，但许多大咨询与集成商自身 IIoT 经验不多，最终还是引入小公司提供领域经验。这些情况下，您为其溢价成本买的只是项目额外开销。

我建议：您的特定项目，从简单、清晰、高 ROI 目标起步，确保理解所有涉及组件与确切需做何事，再委派谁处理各任务。这样将帮您最大化利用不同 IoT 公司专长领域、创建清晰执行路径。

Link Labs 作为您的工业物联网合作伙伴

那 Cisco 研究另一有趣发现：64% 受访者同意从停滞或失败 IoT 举措的教训加速其组织 IoT 投资——所以显然值得努力。既参与过成功也经历过失败 IoT 项目，Link Labs 能助您使 IoT 实施成功，理想情况下免去亲身学些惨痛教训。

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