工業(yè)物聯(lián)網的創(chuàng)新從概念到現(xiàn)實要如何實現(xiàn)？

　　物聯(lián)網(IoT)已派生工業(yè)物聯(lián)網(IIoT)概念，包括諸如工業(yè)自動化、安防監(jiān)控、和樓宇自動化等領域增加的互通互聯(lián)。對于制造業(yè)應用，IIoT具有巨大的潛力變革生產，通過為我們提供智能工廠和通用及靈活的量產。通過使用嵌入設備和物件的傳感器和驅動器，經由有線或無線網絡連接，能提高生產力，實現(xiàn)自制實時的控制和調節(jié)，且增強供應鏈，這些能力是前所未有的。

　　IIoT關鍵的演進趨勢高度依賴半導體廠商的創(chuàng)新技術和方案。這些將有助于確保從概念設計過渡到現(xiàn)實世界工作的實施?！　?/p>

　　圖1：IIoT的構建模塊

　　物聯(lián)網就在當下，并且已經有一段時間了(雖然有不同的名稱，如M2M和嵌入式互通互聯(lián))。由于面向消費者的物聯(lián)網顯示迅速發(fā)展的增長和采用，制造業(yè)和服務業(yè)正設法利用和開拓這種現(xiàn)象，以推動生產力進入他們的制造系統(tǒng)。進入IIoT - 物聯(lián)網的一個非常重要且快速增長的子集，推進業(yè)務中運算技術和信息技術越來越緊密的聯(lián)系。最終，IIoT將大大擴展組成物聯(lián)網的“物”的數(shù)量。

　　如果您不能測量它，您就無法改善它

　　出自Peter Drucker的名言“如果您不能測量它，您就無法改善它”是IIoT哲學的核心。推動的趨勢是更多的測量，快速和全面的分析和對數(shù)據(jù)的反應，及更快的改進過程，所有這些都將推動更高的價值到全球業(yè)務。但為了測量更多，我們必須能感測更多 – 更多的參數(shù)，更準確和更頻繁。

　　傳感器是IIoT的基本核心。覆蓋軟件到現(xiàn)有的技術可帶來增量收益，但想要真正向前一步，我們需要整合更多的參數(shù)。我們感測的每一新參數(shù)帶來重要的機會和使系統(tǒng)更智能。傳感器是“眼、耳和手”，能擴展IIoT和它的能力。

　　傳統(tǒng)的傳感器不斷發(fā)展，我們可以更勝以往地測量溫度，光照，位置，液位，濕度，壓力和許多其他參數(shù)。但是，即使它們變得更小、更便宜、更嵌入式，這些傳感器都是專用的，因此，功能和適應性有限?；谝曈X的感測消除這些限制，一旦一臺機器能真正“看到”，那么幾乎任何事情都是可能的。

　　隨著視覺傳感、可編程性帶來靈活性，使單一的視覺系統(tǒng)能感知缺失(或錯位)的組件，或檢測到一個微妙的顏色變化，表明過程失控漂移。IIoT將繼續(xù)增加更多的基本傳感器來測量基本面，但基于視覺傳感的趨勢 - 靜態(tài)圖像和視頻 – 使更智能的系統(tǒng)更靈活、更有價值。

　　當生產線和工廠重新配置為從一個產品轉移到另一個，或構建一個復雜產品的變體，視覺系統(tǒng)不需要手動復位或重新配置。它們只需要從一個控制程序簡單的更改到下一個，系統(tǒng)就準備好運行 - 節(jié)省成本、時間和人力，并消除了我們人類犯錯誤的機會。

　　“工業(yè)網絡數(shù)據(jù)”

　　在許多方面，數(shù)據(jù)是這場變革的關鍵。傳感器通過檢查、平衡和冗余提供我們可以信任的數(shù)據(jù)，而后處理提供有價值的信息和能力來控制我們的工廠和流程，并改善它們。

　　人類輸入信息到系統(tǒng)的日子已經過去了，它太慢、昂貴、不一致且容易出錯。甚至條碼掃描也在被淘汰。IIoT現(xiàn)在需要數(shù)據(jù)，而且需要很多!

　　實時傳感可以以驚人的速度產生數(shù)據(jù)。“大數(shù)據(jù)” 的特點通常是“3V” ，即大量(Volume)、多種多樣(Variety)和快速(Velocity)，不能由舊的關系數(shù)據(jù)庫管理或分析。大數(shù)據(jù)是基于云推動傳統(tǒng)計算的邊界，因為實時分析大數(shù)據(jù)集需要平臺可以存儲在分布式集群的大數(shù)據(jù)集，往往結合和處理來自多個源的數(shù)據(jù)。

　　機器可以學習，而且它們可以理解。當挖掘數(shù)據(jù)時，軟件會尋找數(shù)據(jù)中的模式和趨勢，并供人類使用。機器學習遵循類似的挖掘過程，但得到的信息是直接從機器到機器，使過程實時調整和改進，以保持密切跟蹤過程。

　　云可要處理龐大的數(shù)據(jù)量和速度，也帶來其他好處。它消除了在全球組織的障礙。例如，在中國智能工廠的問題可帶來在歐洲一個類似工廠即時和先發(fā)制人的流程改進。

　　云擴展了可用信息到組織外-到母公司、遠程員工、甚至供應商和客戶。此外，日常移動設備越來越多的連接能力提供即時信息流的機會。無論是通知供應商批量缺陷，讓客戶知道他們的產品何時將完成或只是安撫非在現(xiàn)場的生產經理現(xiàn)場一切都好，這自動信息流可驅動真實價值到業(yè)務及其與外部世界的關系。在智能工廠里，機器們一起通信和解決問題。

　　實現(xiàn)未來

　　IIoT最大的挑戰(zhàn)和潛在的絆腳石之一是電源。IIoT的分布式性質和需要將傳感器置于行動之處使可靠的供電成為挑戰(zhàn)。更何況與為這么多的IIoT傳感器供電相關的不斷上漲的能源成本。

　　成功的傳感器，尤其是用于IIoT的，有四個基本屬性。它們需要自供電、收集數(shù)據(jù)、廣播它們的狀態(tài)，并有連接的能力。這是藍圖，而能量收集無線傳感器正是推動IIoT所需要的。

　　從根本上說，這種新一代的傳感器需要能夠測量多個物理參數(shù)，如溫度、濕度、壓力和距離，和傳達數(shù)據(jù)而不使用直接電源。例如，安森美半導體最近推出了一個無電池、無微控制器的無線傳感器系列。　　

　　圖2：能量收集無線傳感

　　這種技術創(chuàng)造了更多的傳感可能性和連接以前無法連接的。這些超薄、高性價比的器件可用于空間受限的地方或傳統(tǒng)傳感器無法觸及的區(qū)域，這些地方或區(qū)域有許多IIoT應用。生物傳感器數(shù)據(jù)的獲得和處理中類似的進步將推動物聯(lián)網在醫(yī)療保健行業(yè)的增長。

　　真正的突破是，這些傳感器通過能量收集(EH)獲得自己的動力。EH對未來承諾很多。這原則不是新的，和很多大型可再生能源倡議有共通之處，如風力發(fā)電或利用潮汐發(fā)電。能搜尋和積累免費的環(huán)境能量使傳感器自主工作。來源是多方面的，包括明顯的太陽能和風力發(fā)電，而越來越多的其他領域，如動能、熱梯度、體溫，甚至是聲能均在探索中。

　　實體描述

　　為了使IIoT達到其全部潛力，我們必須用信息做些事。需要完成反饋循環(huán)和二進制數(shù)據(jù)需要轉化為物理動作。簡單的開關或“反饋”控制易于通過半導體開關的應用來實現(xiàn)，但許多工業(yè)控制更精密，需要比例控制或仔細(有時需要快速)定位。這可能意味著從一個風扇到控制環(huán)境或冷卻設備的一個關鍵部分，通過一個電機或伺服系統(tǒng)調整閥門，或一個精密的步進電機以定位機器人手臂，完成一個精密的任務。

　　隨著IIoT的迅速發(fā)展，這些執(zhí)行器和控制器正看到類似的進步。電機控制的分立方案正在迅速消失，新的、先進的集成電源模塊正在取代它們的位置。提供完整的系統(tǒng)，包括功率段、驅動器、保護和控制邏輯在單個模塊，這些新的、高度集成的方案更輕、更小，更便宜和更簡單的實現(xiàn)。

　　寬廣的挑戰(zhàn)

　　集成制造過程中所需的傳感技術的廣度有其自身的挑戰(zhàn)。建立一個充滿傳感器和致動器的智能工廠所需的廣泛專知超出了許多工程師所具備專知的廣度，這是我們看到的領先元件供應商的價值所在。

　　全集成的硬件和軟件開發(fā)環(huán)境是至關重要的，以促進特定功能的定制，用于終端產品。模塊化使得這些平臺可擴展到新的IoT/IIoT功能和設備，基于新的嵌入式方案，支持快速采用。開源支持也很重要，因為一個廣泛的生態(tài)系統(tǒng)和互操作性是使物聯(lián)網成功的關鍵。

　　以極重要的視覺能力為例。從硬件的角度來看，這需要視頻處理技巧來實現(xiàn);更不要說圖像處理軟件做一些有用的數(shù)據(jù)流。為加速這一領域的設計周期，安森美半導體通過工具如MatrixCamTM視頻開發(fā)套件(VDK)與客戶工程師共享其知識。同樣，最近推出的EH無線傳感器物聯(lián)網開發(fā)套件，使傳感器數(shù)據(jù)能移至云用于應用程序開發(fā)。這些都是許多例子中的一小部分，公司通過開發(fā)套件或參考設計，分享他們的專業(yè)知識，這極大地有助于IIoT的快速增長?！　?/p>

　　圖3：EH無線傳感器物聯(lián)網開發(fā)套件

　　串在一起

　　傳感器、數(shù)據(jù)和致動器都是IIoT的重要元素。但是，如果沒有一種方法來通信、共享數(shù)據(jù)和問題、接收和執(zhí)行指令，那就沒有IIoT。

　　考慮到IIoT的要求，并不是所有的標準和協(xié)議都是令人滿意的。適用于智能手機PAN或單一供應商標準的技術是不可能成功的。相反，IIoT平臺支持一系列廣泛的標準，包括Thread、SIGFOX、EnOcean、M-BUS、KNX、ZigBee?和專有的協(xié)議是重要的。采用軟件定義的無線電方法使一個單一的平臺支持多種協(xié)議。ZigBee和Thread有很強的互補性，在這些協(xié)議背后的行業(yè)組織聯(lián)盟應推動在智能家居領域的廣泛采用。Thread是一個基于IP(IPv6)的網絡協(xié)議，建基于開放標準用于低功耗802.15.4網狀網絡，可以很容易地和安全地將數(shù)百臺設備彼此連接和直接連接到云。安全性和互操作性是Thread的兩個關鍵增值能力。

　　相反，SIGFOX支持廣域網，為部署在一個大區(qū)域的固定或移動的智能對象或傳感器提供相對低帶寬通信。示例應用包括在全國范圍內跟蹤集裝箱或車輛，并與地理上分散的資產如智能城市設備或石油泵和管道進行通信。

　　總結

　　IIoT為工業(yè)自動化帶來令人興奮的未來，在那里，正迎來真正的自動工廠和制造流程。能遠程識別、監(jiān)控和控制網絡的每一個別器件提供了無與倫比的機會，尤其是在工業(yè)應用領域。對IIoT的成功至關重要的是以一種靈活和高能效的方式有效地嚙合和連接傳感、計算和控制技術。

　　發(fā)生在IIoT領域的快速發(fā)展和創(chuàng)新在管理效率、降低運營成本和更靈活、自學、流程方面推動明顯的商業(yè)利益。領先的半導體公司處于使這IIoT的未來成為可能的最前沿，具有廣泛的能力和技術。

　　不久，智能工廠將向世界各地的移動設備發(fā)送消息，說“有一個問題被解決了，一切都如期進行?！睔g迎來到工業(yè)物聯(lián)網的全新的世界!