工业物联网到底是什么?

时至如今,大家仍然众说纷纭,每个人有每个人的理解。有人狭义的理解为就是生产工厂用上了物联网技术,即所谓的智慧工厂;有人广义的理解为所有工业行业用到的物联网技术都是工业物联网。这恰恰说明了工业物联网仍然是不断变化和演进的一个事物,这里有两个元素是确定的,那就是“工业”与“物联网”,工业物联网就是工业与物联网技术的融合,是符合工业行业需求并能提高行业效率的物联网技术。

笔者更认同广义的工业物联网的概念。在9月18日的华为全连接大会上,华为发布了华为电力物联网方案的架构(如下图),这便是工业物联网应用的典型案例。从这张架构图中可以看到工业物联网是一个工业终端的智能感知,控制与信息传输,大数据与云计算和行业应用相融合的综合体。

华为电力物联网方案的架构(来自于华为全连接大会)

工业物联网的市场到底有多大?

相对于消费物联网(CIoT),工业物联网(IIoT)正在以超过大家预期的速度向各个行业渗透。工业机器人技术,人工智能技术(AI),云与边缘计算技术,物联网,5G和VR/AR等技术正在加速融合到工业物联网的应用当中。

工业物联网的市场空间有多大?以下是几家知名的咨询公司给出的有关工业物联网市场规模的预测:

从图表中可以看出,由于统计口径的不同等原因,几家公司对IIoT市场规模的预测不尽相同,但相同的是绝对市场容量和增长率都是非常巨大的。海量的工业连接的快速增长支撑着这一巨大市场的发展。

根据IoT Analytics今年8月份的数据报告,截止到2020年,全球工厂里面的设备将有50%会通过各种网络技术连接到网络中。

到2023年,工业物联网联网终端数量将超过消费物联网的联网终端数量。未来几年,我国的工业物联网规模也将快速发展,有专家预计到2021年,我国工业物联网市场规模将达到6450亿元,超过900亿美金,这也基本符合咨询公司IoT Analytics的市场预测范围。

目前,制造业、零售业、交通行业以及能源行业对工业物联网非常感兴趣,如我国当前对泛在电力物联网的建设非常重视,这也是华为在全连接大会上发布电力物联网解决方案的原因之一。在生产制造领域,在今年年初,三一重工与中兴通讯在长沙签署全面战略合作协议,共同推动智能制造产业升级,加速工业物联网的发展。

工业物联网凭什么“上位”?

相对于消费物联网来说,工业物联网的起步要稍晚,那凭什么预测在2023年将赶超消费物联网?我们认为主要有以下几个驱动因素:

政府的干预

工业物联网的引领者主要是德国,美国,日本和中国。以德国为例,21世纪初,看着美国IT企业在信息领域发展迅速,另外以中国为代表的新兴亚洲国家加入到了全球制造业竞争当中,德国传统制造业危机感倍增。与此同时,原材料的成本和能源以及人力成本都在增加,消费者对终端产品的要求更加差异化,这让生产企业倍受压力。

德国政府和企业都希望能够改变固化的生产思维模式,将新一代的信息化技术手段融入工业体系,打造更加“柔性”和高效的生产线模式。所以,在2013年4月德国正式推出了“工业4.0”概念,并组建了一个由政府、企业、大学以及研究机构共同参与的大项目团队;对美国而言,软件和信息技术发达,但是由于长期“研发在国内,生产在国外”的理念,使得美国的绝大多数的工业生产呈现出落后的局面。

随着美国能源问题的弱化,美国希望工业制造业能够回归,因此需要发展工业物联网技术;而中国作为生产大国,产业链非常完善,但是高端的工业自动化技术和核心的信息技术匮乏,加之人口红利的不断丧失,所以中国政府在2015年正式提出了”中国制造2025”计划,希望籍此打造一个既大又强的工业化生产格局。

企业和市场的需求

像西门子和GE这样具有垄断性质的大型企业本身对工业物联网并没有太迫切的需求,因为他们有能力和资金实现工业化和信息化的融合,工业物联网只不过是能够进一步提升他们的效率和利润率而已。

在某些国家,真正对工业物联网有需求的是大量的中小型企业,这些企业绝大多数缺少相应的技术积累和资金实现本身的工业化与信息化的融合,所以迫切的需要工业物联网技术以提高效率和利润,提升自己的竞争力。

而这些中小型企业是那些大型企业的客户或产业链里的组成部分,这些企业的良好发展反过来可以促进那些大型企业的发展。这才是那些大型企业愿意参与国家或政府层面的工业物联网发展平台的真正动机。一个比较典型的例子就是西门子的数字化工厂软件平台Mindsphere的客户就是广大的中小生产企业。

是德科技的支持工业4.0的数字化工厂软件平台PathWave同样适用于一些数字化转型的工业企业,其强大的数据分析能力和预诊断能力能够大大提高工厂的生产效率和产品质量水平。

相关技术的推动

工业物联网的技术同样分成两大类:工业化技术和信息技术。工业化包括工业机器人技术,增材制造技术(3D打印)和传感器技术等;信息技术包括蜂窝/数字通信技术,大数据与云计算技术和数据链技术等。

这些技术的发展和相互融合,推动工业物联网以超出人们预期的速度发展。日本是工业大国,自动化程度非常高,一开始对工业物联网技术并不太感冒,认为这只不过是工业自动化的一次升级,然而工业物联网应用的发展已经远远超出工业自动化升级的范围,日本认识到由工业物联网引导的新的工业革命正在到来,所以在2015年,组织成立“工业价值链倡议”,在工业物联网领域奋起直追。

可见,相关技术对工业物联网的驱动已经超出了行业的预期。物联网通信技术早已经应用到工业领域的各个方面,如工业网关用到的WiFi技术,LTE技术,智能水表用到的LoRa,NB-IoT技术等,电网或矿山目前使用的230M 4G LTE专网等等。

这些技术从某种程度上促进了工业物联网的发展,但是在精密的闭环工业控制中对通信实时性和稳定性的要求一直得不到有效的解决。而高速率,低时延(<1ms)和海量容量的5G通信技术的商用,把工业物联网的发展速度提升到了一个全新的水平。

5G工业联盟(5G ACIA-5G Alliance for Connected Industries and Automation)在几家大公司的倡议下于2018年初成立。在我国,5G在电力,航空,高端器械制造,自动驾驶等工业领域的研究开发受到政府和相关企业的高度重视。

新的工业物联网终端或实体,如电机,机器人等,不同于传统的物联网终端,有些终端处在严苛的环境中或复杂的应用环境中,对测试提出了新的挑战。5G工业联盟正在致力于相关的测试标准的研究和制定。可见,政府干预,企业需求以及技术驱动是拉动工业物联网快速发展的三驾马车。相对于消费物联网,具有后来居上的气势。

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