工业物联网

23.4 工业物联网

术语“工业物联网”（IIoT）涵盖了许多领域中特定行业的使用情况。一些人认为工业物联网专门应用于“重”行业，如制造业或公用事业；然而，该术语在智能计量和智能城市等情况下也很有用。我们还以“业务物联网”的形式看到它，它理解与消费者物联网有一些重叠。例如：假设你家里有一个智能恒温器和智能能耗表；一方面，它们是用于个人用途的用户应用程序，但另一方面，从能源供应商的角度来看，这些应用程序是为了帮助销售和提高能源消耗，这是一种商业用途(图23.3).

图23.3.工业物联网的好处。

9 共享经济的数字双胞胎

工业物联网（IIoT）的实现导致了智能制造。通过精明地使用IIoT能力，行业4.0愿景得以加速。工厂车间通过各种物联网传感器和执行器实现了巧妙的自动化。物联网数据通常规模较大，正在进行仔细分析，以获得有用的见解，从而规划和执行适当的任务，从而引导业务朝着正确的方向发展。工业机器不仅相互关联，而且在行动和反应方面也变得聪明。IIoT与AI、区块链、数字孪生等革命性技术相结合，可能成为我们商业巨头未来的一个标志。然而，到目前为止，行业参与者将其拥有或用于生产的工业物联网设备货币化的努力没有取得任何重大成功。共享经济及其支持技术的兴起代表了物联网系统和服务的接入和消费的范式转变。

在传统交易中，将产品所有权转让给买方是制造商或供应商在价值创造过程中故事的结局。在新的共享经济中，资产要么是共享实体，要么设备/资产的输出是可移植的。例如，汽车是一种物理上可移动的资产，可以协同消费。但在风车的情况下，资产的输出（风能）被共享。

数字孪生兄弟和机器到区块链网络的双重概念被描述为关键技术促进者，为工业物联网设备提供内在动力，以参与快速发展的共享经济。这些概念可以支持和维持共享经济的独特理念。随着数字时代的发展，新的商业模式正在涌现。一种很有前途的模式是基于服务的商业模式。这可以巧妙地应用于单个物联网设备，从而根据使用情况或结果获得辅助收入流。这一新范式带来了两件重要的事情。第一个是数字孪生兄弟，它可以向任何潜在买家虚拟地表达物联网设备的独特功能。第二种是机器到区块链，它促进了智能和安全的货币交易。

4 大数据到智能数据再到数字孪生

工业4.0和工业物联网（IIoT）正在大力倡导机器学习、自动化、互联性和实时数据。工业物联网（IIoT）将生产技术与智能数字技术、大数据和机器学习相结合，为企业创造了一个新的生态系统。数字孪生是物理对象的数字表示，在工业4.0中起着重要作用[13]数字双胞胎的概念是由格里夫斯于2003年在密歇根大学首次提出的[14].

格里夫斯于2003年在密歇根大学的一次关于PLM的演讲中首次提出了数字孪生的概念。数字孪生模型包含三个组件，即物理实体、虚拟模型和连接物理模型和虚拟模型的数据。大数据在数字孪生技术中起着至关重要的作用。大数据和数字孪生的融合打破了产品生命周期各个阶段之间的障碍，同时最大限度地缩短了产品开发和验证周期。数字孪生技术中的数据要么实时分析，要么成批分析，要么两者结合分析。这种数据处理概念类似于lambda体系结构，非常适合在数字孪生技术中处理数据。批量分析是一种处理长期收集的海量数据的方法。例如，数字孪生模型的批量分析提供了一段时间内收集的物理资产的最低和最高温度的可视化。实时分析可用于向中央指挥中心发出有关资产物理损坏的警报。因此，大数据和数字孪生可以结合起来支持智能制造(图7).

图7.智能制造中大数据和数字孪生的联盟。

使用Lambda架构实现数字双胞胎[15]由于其容错性、数据摄取特性、可部署性和适应性。在数字孪生过程中，现场系统从基于传感器的物联网设备收集数据。收集的数据在IOT代理的帮助下进行过滤和合成，并存储在NoSQL DBMS中。

8.1 工业4.0的雾计算用例

在许多行业中，基于雾的IIoT解决方案带来了高效的解决方案，如采矿、运输、智能电网、石油和天然气行业等。现在，借助传感器和其他智能设备，对矿山等危险的工作环境进行远程监控，从而节省了人类的生命和时间。此外，这种基于雾的解决方案具有成本效益、可扩展性和灵活性，并可确保缩短处理时间和提高生产率。

在矿山中，基于雾的IIoT解决方案有助于远程监控风险环境，提高生产率，降低运营成本，对运营故障进行预测分析，并通过雾节点实时分析感测数据提高准确性。就石油和天然气行业而言，雾计算IIoT可提供先进的实时操作，有助于监测系统，从而检测任何异常事件，逐步实现常规流程和机械的自动化，可扩展和自适应的解决方案，以及实时计算，控制和管理资源和数据。

智能电网行业受益于基于雾的IIoT替代方案，因为它有助于满足设备的动态电力需求，确保使用先进计量基础设施的生产商、供应商和消费者之间的双向通信，以及微电网的适当供电等。在运输方面，基于雾的IIoT解决方案提供智能停车、车辆互联网、定位精度、智能交通灯系统、其他定位软件服务等服务。

FogHorn、Sonm、Nebbiolo Technologies、Crosser等是一些主要的基于Fog的IIoT平台提供商。

4.2 工业环境

物联网网络与传统产业的结合称为工业物联网（IIoT）。由于IIoT可以独家提供智能服务，IIoT得到了所有行业的广泛认可。物联网在降低工业人力需求方面发挥了重要作用。这可能使工作比传统的执行模式更容易。但物联网设备的使用增加也会导致服务质量（QoS）降低。这是由于网络管理不当和安全漏洞造成的。因此，工业物联网需要在定义安全边界方面进行大规模改进。Wang等人。[13]提出了一种基于边缘的IIoT统一可信环境建立方法。拟议工作的主要目的是识别恶意服务提供商和服务消费者。它还可以消除恶意消息并只选择可信的服务提供商。边缘计算与云平台相结合，根据收集的服务记录执行信任评估。工业物联网中的安全是强制性的。任何级别的安全漏洞都将严重影响预期利润。