IIoT：从流行语到现实

工业物联网正在支持先进制造

有很多制造业标语：工业物联网 (IIoT)、工业 4.0 和数字工厂。 “有时这是很多流行语。有时背后有很多现实，”西门子（柏林和德国慕尼黑）研发经理罗杰哈特说。 “数字化正在改变很多事情。在许多情况下，它确实推动了新的商业模式，”哈特说。 “人们发现，一旦他们将越来越多的制造数字化，他们就能够将越来越多的数据和他们能够收集的信息货币化。”

IIoT 是指能够从机器生成、收集和传输数据的“连接”工业设备。可以通过平板电脑或智能手机等设备进行维护。生成的数据更多，并在制造运营中得到更广泛的共享。

西门子区域副总裁 Tim Wormus 说：“这不仅仅是‘嘿，这就是我们应该如何实现自动化’。他说，IIoT 使制造商能够“连接到所有这些不同的设备，然后将它们整合在一起形成一个有凝聚力的整体。”

IIoT 中的知名人士

西门子和通用电气公司（波士顿）等制造业大牌都在努力将标语变为现实。

“GE 在工业物联网领域的努力的核心是围绕我们在创建数字双胞胎或我们工业系统的数字模型方面的工作融合，”GE 供应链技术高级研究科学家 Peter Koudal 说。

“随着过去几十年计算能力的进步，我们现在不仅能够收集和分析最重要的数据，”他继续说道。 “我们[还]可以创建更强大的数字双胞胎，并将控制系统构建到我们的机器中，以充分利用这些双胞胎。这就是 IIoT 的出现使之成为可能。”

西门子在三个领域看到了数字双胞胎。 “产品的数字孪生；生产的数字化双胞胎，使您能够在生产流程之外进行规划；以及性能的数字双胞胎，”西门子云应用解决方案集团营销副总裁 Bill Boswell 说。 “如果你有一个支持物联网的产品，你必须将它设计到产品中。我们拥有实现这一目标的工具。”

换句话说，数字双胞胎“是流程或系统的虚拟模型，是物理世界和数字世界之间的桥梁，”J.J. Chuang，DMG Mori Software Technology Solutions USA 总经理，隶属于 DMG Mori USA（Hoffman Estates，IL）。 “虚拟世界需要来自物理世界的数据聚合，通过基于 IIoT 的系统进行数据分析和系统监控，以便在问题发生之前解决问题，并使用模拟防止停机。”

DMG Mori 在宣传材料中表示，“自 2013 年以来，它一直在通过 CELOS 应用程序和用户界面使其机器适合数字化”。该公司表示，它正在“通过智能软件和连接硬件”扩展其 CELOS 服务范围。 DMG Mori 表示已经安装了超过 10,000 台 CELOS 机器。

据高管称，IIoT 实现了比以往更多的自动化。

“IIoT 将更强大的发送、控制和 IT [信息技术] 结合在一起，”Litmus Automation（安大略省多伦多和加利福尼亚州圣何塞）的联合创始人兼首席运营官 John Younes 说。 “IT 现在将对跨多个工厂的工厂车间的所有设备进行更多监督。”

此外，Younes 说，“IT 还必须与 OT [运营技术] 合作，以提供更强大的自动化战略。”
制造商期望 IIoT 发挥作用的一个领域是协作机器人的部署，以及提高传统机器人的性能。

IIoT 促进协作机器人

协作机器人，被称为cobots，能够在接近人类的地方工作。到目前为止，机器人在与人类操作员和生产员工分开的情况下执行任务。
具有“先进传感器和智能设备网络……的工业物联网……促进了车间的协作机器人，并允许人和机器人安全地协同工作，在非封闭环境中高效，”DMG Mori 的 Chaung 说。有了更多的协作机器人，“工人和机器人可以在一个未封闭的牢房中高效地协同工作，而不会造成损坏和伤害。”

GE 听起来很相似。

“在这个阶段，我们正在进入一个你将看到机器人和人类更加协作地工作的时期，”Koudal 说。 “加强这种合作的关键是使机器人能够更本能地与人类建立联系，就像两个人相互联系一样。人工智能和机器学习的整合将是推动我们走上这条道路的关键。”

机器人制造商 FANUC Corp.（日本忍野和伊利诺伊州 Hoffmann Estates）一直在积极开发协作机器人模型，例如 CR-35iA，其有效载荷为 35 千克（77 磅）。当其传感器检测到与操作员或工作单元内的物体接触时，机器人会停止。

据该公司称，IIoT 将总体上推动机器人发展。

“IIoT 将使所有机器人得到更多使用，而不仅仅是协作机器人，”FANUC 协作机器人工程师 Amanda Nixon 和协作机器人高级工程师 Greg Buell 在回答制造工程的问题时写道。 “IIoT 可以帮助检测任何机器人系统的各种安全设置的变化，并在发生计划外的变化时通知工厂，以确保系统在设计时保持安全。”

此外，他们写道：“从长远来看，传统机器人的 IIoT 意味着更快地发现效率低下和问题，以节省时间和金钱，同时提高质量。这对于部署到利用 IIoT 的工厂的协作机器人系统来说也是如此。”

网络安全需求

牛顿第三定律是，对于每一个动作，都有一个相等和相反的反应。有了 IIoT，技术的每一次进步，对网络安全的需求就越大。
“大多数工业设备从未打算通过开放的网络链接连接到 Internet，”Litmus Automation 的 Younes 说。 “因此，他们没有适当的安全措施来保护数据不被盗或被黑客入侵。

“许多系统也无法与云对话或支持双向通信，”他继续说道。 “应该使用标准化的企业级安全协议和机制来保护数据。 OEM 和制造商应该对设备进行身份验证，并对端到端的数据传输进行加密。”

“在构建 IIoT 解决方案时，在各个层面解决安全问题至关重要，”FANUC 零停机时间云系统和应用程序开发总监 Joe Gazzarato 说。 “解决方案提供商和信息技术公司之间需要建立更多的合作伙伴关系。”

在 FANUC 的案例中，它与思科一起为零停机时间（其 IIoT 应用程序，也称为 ZDT）提供网络安全。 “像思科这样的合作伙伴可以帮助解决方案提供商在厂内网络架构、防火墙配置、保护传输和静止的 IIoT 数据等方面提供最佳实践，”Gazzarato 说。

通用电气的 Koudal 也持类似观点。

“简而言之，网络安全必须变得更加警惕，”他说。 “而且它不可能是一个一维策略，你只是建立一个更好的防火墙。例如，我们相信使用数字双胞胎和控件可以让您拥有一个系统，该系统不仅可以充当盾牌，还可以采取行动击退或消除特定的网络威胁，就像我们的人体免疫系统一样。”

GE 正在开发一种名为 Digital Ghost 的网络安全技术，Koudal 称其“将成为世界上第一个工业免疫系统。”

在西门子，“我们有 1000 多人在工厂从事网络安全工作，”博斯韦尔说。 “数据是客户的。你必须跟上那些试图比你聪明的人。”

小家伙的地方？

仍然存在的一个问题是，IIoT 是否可以超越 GE 和西门子等大型制造业倡导者。许多制造继续在中小型加工车间进行，这些加工车间生产零件和组件。

根据 GE 的说法，IIoT 对小型制造商来说是很自然的。

“在某些情况下，可能是中小型商店首先开发新的解决方案，”通用电气的 Koudal 说。 “随着物理和数字技术的融合以及 IIoT 空间的出现，我们看到制造业日益民主化。这让更多的公司和企业家，无论大小，都可以成为制造生态系统的一部分。”
FANUC 还为 IIoT 留住了较小的客户。

“‘易于部署’和‘易于保护’是任何 IIoT 应用程序成功缩小规模以用于小型操作的两个基本特征，尤其是在作业车间，”Gazzarato 说。 “当我们准备在今年早些时候向我们的小客户介绍 ZDT 时，我们专注于这一需求。我们与 Cisco 合作，并利用他们的 IR809 工业路由器作为我们易于部署和安全的 ZDT 数据收集器的计算能力平台。”

西门子还与较小的用户合作。博斯韦尔说，这项技术“让小公司很容易上手，甚至可能没有人来现场”。 “我们有一台工业化的 PC……它是一种很容易插入您的网络的设备。您可以在 15 分钟到几个小时内启动并运行。”
IIoT 倡导者表示，该技术在工厂车间具有发展势头。

“你得到的是具有更大大脑的控制和优化系统，可以自行查看、思考和采取行动，无论它们是在运行以控制和优化特定产品和子组件，还是整个供应链系统、制造系统或子系统。系统，”GE 的 Koudal 说。 “由于数字双胞胎可以不断学习和适应，自动化战略背后的控制和优化技术随着时间的推移变得越来越有价值。”

尽管如此，即使是倡导者也承认一些制造商犹豫不决。

“有很多人不知道如何开始使用物联网，”西门子的 Boswell 说。 “我认为从小公司到非常大的公司，这是一个真实的说法。”他的建议？ “做一个小项目来开始。进去试试看。如果你不这样做，你可能会成为你的竞争对手。”