工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與消費物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的四個層級解析

5G對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響

5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用

當工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遇上5G

對于普通消費者來說，5G的概念可能就是更高的網(wǎng)速，5G大帶寬帶來的上網(wǎng)體驗提升是最直觀的，用手機可以實時觀看清晰度更高的視頻。

而更低的時延與更高的可靠性對C端用戶帶來的體驗改善，相對來說就小很多，打開網(wǎng)頁的時延從50ms降低到10ms，消費者基本是感知不到差異的。

在工業(yè)領域，情況則完全不同。很多年前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念就已提出，但直到移動互聯(lián)網(wǎng)如此普及的現(xiàn)在，工業(yè)領域設備聯(lián)網(wǎng)的比例還是很小，聯(lián)網(wǎng)設備涉及的應用也都還很淺。主要原因在于，目前互聯(lián)網(wǎng)在時延和可靠性方面還達不到要求。

TG888砂帶,寬砂帶,鋯剛玉砂帶,碳化硅砂帶,堆積磨料砂帶,陶瓷磨料砂帶,棕剛玉砂帶

物聯(lián)網(wǎng)的邊界

物聯(lián)網(wǎng)是一個大而泛的概念，從大的應用領域來說，可以分為消費級物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)。

這兩類對物聯(lián)網(wǎng)性能的要求差別很大，消費級物聯(lián)網(wǎng)比較大的場景有可穿戴設備、共享經(jīng)濟、智能家居等，這些場景與消費者的生活息息相關，連接上以GPRS、WiFi和藍牙等方式為主，主要的性能要求是低功耗。

智能家居是最近快速發(fā)展的一個領域。一方面是交互領域技術進步帶來語音交互體驗的提升，另一方面是產(chǎn)業(yè)鏈上連接模組成本的降低，從而使得以音箱作為入口，連接并控制家庭內(nèi)部大量的電器成為可行的場景，并產(chǎn)生了像小米IoT、涂鴉、樂鑫等行業(yè)內(nèi)領先的業(yè)務或公司。

但在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域，情況并不一樣。工業(yè)各垂直領域行業(yè)特性迥異 ，知識壁壘很高，而且工業(yè)制造流程對可靠性和穩(wěn)定性要求非常高，目前的運營商網(wǎng)絡還很難滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對性能方面要求。因此物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域的進展一直比較緩慢，還沒有產(chǎn)生比較成熟的商業(yè)模式和相對大體量的公司。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀

工業(yè)領域包括眾多垂直行業(yè)，比較大的行業(yè)有制造業(yè)、運輸業(yè)、能源、建筑業(yè)、采掘業(yè)等，每個行業(yè)的特性差異巨大，物聯(lián)網(wǎng)與每個行業(yè)的結合，也都要根據(jù)行業(yè)自身特性來調(diào)整。

如果把物聯(lián)網(wǎng)在行業(yè)里的應用抽象出來，我們可以總結為四個層次：數(shù)據(jù)的采集與展示、基礎的數(shù)據(jù)分析與管理、深度數(shù)據(jù)分析與應用、工業(yè)控制。

1、數(shù)據(jù)采集與展示

現(xiàn)在的大部分工業(yè)設備，例如數(shù)控機床、風力發(fā)電機、工業(yè)車輛等，自身就帶有大量傳感器，并提供集中的數(shù)據(jù)接口，只有一小部分老舊設備，或者有特殊的數(shù)據(jù)需求場景，需要單獨加裝傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，廠房內(nèi)的設備，環(huán)境比較復雜，一般會使用網(wǎng)線將機床設備連接到集中的數(shù)據(jù)處理裝置上，再通過4G或者固網(wǎng)連接到云平臺；廠房外的設備，比如工業(yè)車輛，則通過內(nèi)置4G通信模塊的終端來完成數(shù)據(jù)采集和傳輸。

數(shù)據(jù)采集業(yè)務的難點在于，面對大量不同種類的品牌的工業(yè)設備時，設備數(shù)據(jù)協(xié)議的適配和兼容。最后的數(shù)據(jù)可視化，是客戶比較核心的需求，可以通過統(tǒng)一的平臺監(jiān)控在網(wǎng)設備的狀態(tài)，便于及時了解設備異常信息，提高管理人員效率。

2、 基礎的數(shù)據(jù)分析與管理

基于云平臺采集到的設備數(shù)據(jù)，進行基本的數(shù)據(jù)分析，并產(chǎn)生一些SaaS應用，比如設備性能指標異常的告警、故障代碼查詢、故障原因的關聯(lián)分析等。

這一層的數(shù)據(jù)分析還偏向于通用分析工具的階段，不涉及基于垂直領域深入行業(yè)知識的數(shù)據(jù)分析，基于這些數(shù)據(jù)分析結果，也會有一些通用的設備管理功能，像設備的開關機、調(diào)整狀態(tài)、遠程鎖機及解鎖等，這些管理應用根據(jù)具體的領域需求而不同。

3、深度數(shù)據(jù)分析與應用

深度的數(shù)據(jù)分析，則涉及到具體領域的行業(yè)知識，需要特定領域的行業(yè)專家來實施，具體根據(jù)設備的領域和特性建立數(shù)據(jù)分析模型。

目前比較多應用在故障預測領域，大型工業(yè)設備的故障預測一直是難以解決的問題，比如機床、風機等，一旦有大的故障發(fā)生，帶來的影響以及隨后產(chǎn)生的修復成本都是巨大的，實時采集數(shù)據(jù)并預測設備故障，可以大幅度降低設備故障帶來的影響。

在大量數(shù)據(jù)的基礎上，使用機器學習，結合行業(yè)專家的知識，可以產(chǎn)生深度的行業(yè)應用，比如改進制造工藝，優(yōu)化制造流程等，可以提高工業(yè)設備使用效率。

4、工業(yè)控制

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目的就是能對工業(yè)過程實施精準控制。

基于前述傳感器數(shù)據(jù)的采集、展示、建模、分析、應用等過程，在云端形成決策，并轉(zhuǎn)換成工業(yè)設備可以理解的控制指令，對工業(yè)設備進行操作，實現(xiàn)工業(yè)設備資源之間的精準的信息交互和高效協(xié)作。

當前大部分場景的工業(yè)控制系統(tǒng)還需要部署在本地，受通信技術和處理能力的限制，工業(yè)云平臺涉及工業(yè)控制的的深度還不夠。5G技術可以滿足工業(yè)系統(tǒng)對通信能力的要求，實現(xiàn)工業(yè)控制的目標。

離散制造業(yè)的產(chǎn)品往往是零部件由多道不連續(xù)的工序加工裝配而成，比如3C產(chǎn)品、汽車、機械等，生產(chǎn)過程是離散的。而流程制造業(yè)則是原材料按照固定的工藝流程，經(jīng)過一系列設備和裝置加工而形成產(chǎn)品，生產(chǎn)流程自動化程度很高，比如石油、化工、天然氣、造紙等等。

離散制造業(yè)涉及的整個生產(chǎn)鏈條很長，而生產(chǎn)鏈條上的各個環(huán)節(jié)相互獨立，產(chǎn)能差異很大，這樣就會造成各環(huán)節(jié)銜接出現(xiàn)問題，而影響最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。比如手機制造領域，有時候新機發(fā)布后產(chǎn)能卻跟不上，可能就是因為生產(chǎn)鏈條中，某個部件良品率過低導致的。因此，在離散制造業(yè)領域，提供統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺，從信息層面把生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)聯(lián)通起來，就顯得非常有意義。

獲得設備性能的數(shù)據(jù)，可以對設備后面的二手定價起到幫助，另外也可以獲得設備故障信息代碼，及時了解設備故障情況，方便后續(xù)維修。

管理層面

可以將車間的操作人員與生產(chǎn)過程連通起來，方便對人員的管理，這種自下而上的數(shù)據(jù)，可以解決車間現(xiàn)場管理靠人的問題。

物聯(lián)網(wǎng)接入終端主要包含定位模塊和通信模塊，一般采用GPRS或者4G的接入方式。其主要的功能是獲取設備的位置信息，將其部署到工程機械設備里面，也可以獲取設備的部分狀態(tài)信息，并將這些信息及時傳送到云平臺。

究其原因，一方面是淺層的應用更加通用，相對來說技術上易于實現(xiàn)，對團隊的技術和行業(yè)深度的要求不會太高；另一方面是目前連接的技術水平還無法達到工業(yè)級的應用要求，尤其是在網(wǎng)絡的低時延和可靠性方面，導致網(wǎng)絡連接無法參與到工業(yè)系統(tǒng)自身的業(yè)務和生產(chǎn)流程。

5G對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響

TG888砂帶,寬砂帶,鋯剛玉砂帶,碳化硅砂帶,堆積磨料砂帶,陶瓷磨料砂帶,棕剛玉砂帶

5G的技術特點

5G并不是為某一個“殺手級應用”而設計的系統(tǒng)，而是面向很多至今甚至尚未可知的應用場景。5G系統(tǒng)的設計采用的是一種自上而下的方法，先定義未來的應用場景，然后從場景里抽象出技術的需求，再根據(jù)每個特定的需求，尋找解決辦法，研發(fā)具體的解決方案。

因為系統(tǒng)的要求十分的廣泛，過去幾代通信系統(tǒng)的技術并不適用于5G的需求。在5G眾多的預設場景之中，5G在技術方面的需求被ITU（國際電信聯(lián)盟）歸納為3個大的方面：

提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以及極端的信號覆蓋能力

■ 超大連接量（大規(guī)模機器類通信，mMTC）

提供海量設備的數(shù)據(jù)連接能力，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎需求

■ 超低時延（超可靠低時延通信，uRLLC）

提供超可靠低時延的通信連接服務，要求極高的可用性和可靠性、極低的時延

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求

對于工業(yè)領域來說，高可靠低時延的通信系統(tǒng)可以說是至關重要。

一直以來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用只能停留在表層的數(shù)據(jù)采集展示和由此延伸出來的一些管理功能，很難涉及到工業(yè)系統(tǒng)的控制等核心領域，其中通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和延時達不到要求是其中主要的制約因素。

工業(yè)領域的設備投入巨大，無論是機床、生產(chǎn)線，還是機械設備，生產(chǎn)過程中的故障導致的停工，往往會影響整條生產(chǎn)線，甚至整個產(chǎn)品交付周期。

為確保穩(wěn)定性，工業(yè)領域的控制系統(tǒng)還是以本地為主，部署大量的硬件和軟件系統(tǒng)。這一方面導致整個控制系統(tǒng)非常復雜，投入巨大，另一方面，也限制了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。在消費者需求日新月異的今天，生產(chǎn)系統(tǒng)的更新跟不上消費者需求的變化，也會導致錯失很多新的機會。

當前的移動通信系統(tǒng)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域的應用涉及并不深入，雖然4G在網(wǎng)速上已經(jīng)有很大的提升，能滿足用戶隨時觀看視頻的需求，但網(wǎng)絡的可靠性和時延都還有很大的提升空間，并不能滿足工業(yè)場景的要求。

4G在工業(yè)場景的應用，更多是在對實時性要求不高的場景里，作為數(shù)據(jù)上傳到云端的一種方式。比如工廠里的機床設備，每5-10秒鐘會采集一次數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)匯總一般會匯集到一個統(tǒng)一的終端，由終端通過4G發(fā)送到云平臺。

為了保證機床設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在工廠內(nèi)部，各個機床與統(tǒng)一終端的連接上，一般都會采用有線連接的方式。這樣的連接方式還是比較重，大量的線纜也會導致工廠內(nèi)部結構比較復雜。移動網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能提升到可以替代有線電纜的時候，工廠內(nèi)部結構復雜度也會降低，更加便于管理。

工業(yè)領域?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的這些需求，5G的技術標準可以很好的滿足，極低的時延，保證了工業(yè)領域?qū)崟r監(jiān)測和控制的要求；高可靠的網(wǎng)絡質(zhì)量，確保了工業(yè)系統(tǒng)對穩(wěn)定性的要求；大帶寬則可以實現(xiàn)高清3D視頻，甚至AR的傳輸，在遠程操控領域大幅提高了操作精度。

5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用

在2018年6月上海舉行的世界移動大會上，央視財經(jīng)的記者體驗了中國移動帶來的5G智慧工業(yè)應用場景演示：

一臺遠在石家莊工地上的挖掘機，通過5G技術與設在現(xiàn)場的駕駛室相連，不僅可在惡劣環(huán)境下作業(yè)，甚至可以打造無人工地。

參觀者可以在現(xiàn)場駕駛室真人駕駛，同步實時控制位于石家莊的挖掘機，進行挖掘機前后、旋轉(zhuǎn)運動以及大臂、小臂、挖斗配合挖掘裝車等操作，操作臺對面的大屏幕通過現(xiàn)場實時高清視頻同步傳遞真實場景及全景視頻效果。

雖然這只是一個場景演示，但它代表了5G在工業(yè)領域潛在應用價值和未來應用的方向。目前5G的商用還沒有正式開始，還沒有成熟的5G應用場景出來，但有很多關注5G領域的研究機構，都在探索5G在工業(yè)領域會有哪些具體的應用場景，以及能帶來什么樣的商業(yè)價值。

愛立信為我們分享了2個具體的研究案例，給我們展示了5G技術的應用，提高了工業(yè)效率，提升了商業(yè)價值和社會價值

確保葉盤的高質(zhì)量至關重要，高質(zhì)量的葉盤是航空發(fā)動機安全性的保障。葉盤是通過銑床加工完成的，加工過程中面臨很多問題，其中最關鍵的一個問題是，加工的過程很難被監(jiān)控，這也是金屬加工領域普遍存在的問題。

這就意味著銑削加工過程全部結束之前，操作人員無法知道結果，而一個銑削加工的過程可以持續(xù)1天甚至達到100小時，由于加工缺陷的存在，最終加工產(chǎn)品的返工率卻經(jīng)常高達25%，拖長了整體的生產(chǎn)周期。

加工缺陷可能有很多原因產(chǎn)生，但其中主要的原因是銑刀或機床自身的震動，影響了加工結果，而這個震動則可以通過實時監(jiān)控加工過程來發(fā)現(xiàn)，并通過數(shù)據(jù)反饋來實時優(yōu)化加工過程，最終減少返工率。不能及時發(fā)現(xiàn)加工過程中產(chǎn)生的問題，是整個制造業(yè)都存在的現(xiàn)象。

雖然葉盤加工只是一個具體的案例，但是加工過程中的震動問題，卻是機床加工領域普遍存在的。未來制造的葉盤會朝著更薄的方向發(fā)展，加工結果更容易受震動的影響。

Fraunhofer IPT對這個問題給出的解決方案分為2部分，實時監(jiān)測和實時控制——

實時監(jiān)測

在葉片部分貼上傳感器，在輪盤部分加入通訊模組，這樣可以實時監(jiān)測葉盤加工的結果，一旦有加工缺陷產(chǎn)生，及時停止對有缺陷部件的進一步加工，或者定位到缺陷就啟動返工；

實時控制

對加工過程建立數(shù)據(jù)模型，根據(jù)加工結果的數(shù)據(jù)，實時調(diào)整運行中的加工過程，比如改變銑刀轉(zhuǎn)速等，以避免加工缺陷的產(chǎn)生。

但當前的通信技術還不能很好的支持這個解決方案，5G是這個解決方案的關鍵所在。這個案例中，5G最大的優(yōu)勢是可以提供極低的時延和穩(wěn)定的網(wǎng)絡。為了達到實時控制，傳感器的信息需要在1毫秒內(nèi)響應和處理，5G通過提供極低時延的能力確保了實時控制的實現(xiàn)，從而確保了可以應用在葉盤生產(chǎn)的過程中。

Fraunhofer也測算了引入5G改進生產(chǎn)技術后產(chǎn)生的經(jīng)濟價值，傳統(tǒng)葉盤加工返工率高達25%，意味著每加工4個葉盤中就有1個需要返工。這個成本是非常高的，降低返工率就可以產(chǎn)生很大的經(jīng)濟價值。

如果通過引入5G與物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)自動化后，返工率可以降低10%，就相當于減少了單位產(chǎn)品的加工時間。換算成機器成本的話，單葉盤成本可以降低3600歐元，全球葉盤的產(chǎn)量大概一年10萬片，這就意味著，通過5G技術實現(xiàn)實時監(jiān)控，一年可以節(jié)省3.6億歐元的成本。孔、自動駕駛礦車、自動規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)等，必須有高性能的通信系統(tǒng)才能滿足這些需求。而5G正是最合適的通信系統(tǒng)，可以處理3D高清視頻的傳輸，大幅提高遠程操控的精度，從而實現(xiàn)遠程管理高度復雜的任務。

因為5G連接的數(shù)量、提供的價值、付費的能力，都不是移動互聯(lián)網(wǎng)可以比擬的。所以也有很多人認為，5G最大的機會在于產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

雖然5G技術目前還不成熟，大規(guī)模部署和應用還有很長的路要走，但我們相信，5G賦能工業(yè)領域的方向是明確的，未來可期