Das industrielle Internet der Dinge ist die Integration von Sensoren oder Controllern für alle Arten von Sensoren oder Controllern mit Wahrnehmung und Überwachung sowie mobiler Kommunikation und intelligenter Analysetechnologien in alle Teile des industriellen Produktionsprozesses, wodurch die Fertigungseffizienz erheblich verbessert wird, die Produktqualität verbessert wird, die Produktkosten und den Ressourcenverbrauch reduziert werden und schließlich die traditionelle Industrie auf eine neue Stufe der Intelligenz erhöht wird. In Bezug auf die Anwendungsform hat die Anwendung des industriellen Internet der Dinge Echtzeit, Automatisierung, Embedded (Software), Sicherheit und Informationsinterkonnektivität.

IIOT ist wichtig, weil es Unternehmen hilft, schneller und besser Entscheidungen zu treffen, und die Veränderungen, die es mit sich bringt, sind eng mit den digitalen Transformationsprojekten, die viele Unternehmen laufen.

Das industrielle IoT IIOT sollte nicht mit dem Verbraucher-IoT verwechselt werden, aber die Kernidee des Verbraucher-IoT ist im Wesentlichen dieselbe wie das industrielle IoT IIOT: die Verwendung von Sensoren und Automatisierung zur Steigerung der Effizienz.

Laut relevanten Daten wird die Zahl der Verbindungen mit dem industriellen Internet der Dinge bis 2025 13,8 Milliarden erreichen, von denen die Zahl der Verbindungen in Großchina 4,1 Milliarden erreichen wird, was etwa ein Drittel des globalen Marktes ausmacht. Inzwischen, nach Angaben des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie, Chinas industrielles IoT-Markt jährliche Umsatzwachstum von etwa 25 Prozent im Jahr 2018 über 300 Milliarden RMB. Dies zeigt, dass das Internet der Dinge und das industrielle Internet der Dinge in eine Phase der rasanten Entwicklung eintreten.

Das Studium der industriellen IoT-Technologie ist ein interdisziplinäres Projekt, das sich auf Bereiche wie Automatisierung, Kommunikation, Computer und Managementwissenschaften bezieht.

Die breite Nutzung des industriellen IoT erfordert die Lösung zahlreicher technischer Schlüsselprobleme.

Technologien für das industrielle Internet der Dinge:

Sensortechnologie

Billige und leistungsstarke Sensoren sind die Grundpfeiler für industrielle IoT-Anwendungen, und die Entwicklung des industriellen IoT erfordert eine präzisere, intelligentere, effizientere und kompatibelere Sensortechnologie. Intelligente Datenerfassungstechnik ist eine neue Richtung der Entwicklung der Sensortechnologie. Die Allgemeinheit von Informationen stellt höhere Anforderungen an industrielle Sensoren und Sensorgeräte. Spezifisch wie Miniaturisierung: Mikrominiaturisierung der Komponenten, erfordert Ressourcen und Energie zu sparen; Intelligenz: Selbstkalibrierung, Selbstdiagnose, Selbstlernen, Selbstentscheidung, Anpassung und Selbstorganisation und andere künstliche Intelligenz-Technologien; Niedriger Stromverbrauch und Energiegewinnung-Technologie: Stromversorgung Modus für Batterie, Sonnenlicht, Wind, Temperatur, Vibration und andere Arten.

Gerätekompatibilität Technologie

In den meisten Fällen werden Unternehmen auf der Grundlage von vorhandenen industriellen Systemen ein industrielles Internet der Dinge bauen, wie die Sensoren im industriellen Internet der Dinge mit den Sensoren, die ursprüngliche Geräte verwendet haben, kompatibel sein können, ist eines der Probleme, mit denen sich das industrielle Internet der Dinge fördert. Die Kompatibilität des Sensors bezieht sich hauptsächlich auf die Kompatibilität des Datenformats und die Kompatibilität des Kommunikationsprotokolls, und der Schlüssel zur Kompatibilität ist die Einheitlichkeit der Standards. Gegenwärtig sind die allgemein verwendeten Protokolle wie Profibus und Modbus im industriellen Feldbus-Netzwerk gut gelöst, die Kompatibilitätsprobleme, die meisten Hersteller von industriellen Geräten auf der Grundlage dieser Protokolle entwickelt alle Arten von Sensoren, Controllern und so weiter. In den letzten Jahren, mit der Anwendung von industriellen drahtlosen Sensornetzwerken immer häufiger, sind die aktuellen Standards von industriellen drahtlosen WirelessHART, ISA100.11a und wIA-PA3 kompatibel mit dem drahtlosen Netzwerkprotokoll von IEEE802.15.4 und bieten einen Tunnelübertragung Mechanismus, der mit bestehenden Kommunikationsprotokollen kompatibel ist, um die Zusammensetzung und Funktionen des industriellen IoT-Systems zu erweitern.

Netzwerktechnologie

Netzwerke sind eines der Kernstücke des industriellen Internets der Dinge, wobei Daten über das Netzwerk zwischen den verschiedenen Ebenen des Systems übertragen werden. Das Netzwerk ist in drahtgebundenes Netzwerk und drahtloses Netzwerk unterteilt, drahtgebundenes Netzwerk wird im Allgemeinen auf den Cluster-Server des Datenverarbeitungszentrums, das lokale Netzwerk in der Fabrik und ein Teil des Feldbus-Steuerungsnetzes angewendet, um eine hohe Bandbreite und einen hohen Datenübertragungskanal zu bieten. Industrielles drahtloses Sensornetzwerk ist eine aufstrebende Verwendung von drahtloser Technologie für Sensornetzwerk und Datenübertragung Technologie, die Anwendung von drahtloser Netzwerktechnologie kann die Verkabelungskosten für industrielle Sensoren erheblich reduzieren, fördert die Erweiterung der Sensorfunktion und zieht daher die Aufmerksamkeit von vielen Unternehmen und Forschungseinrichtungen in und aus dem Ausland an. Die traditionelle Kabelnetztechnologie ist relativ ausgereift und hat sich in vielen Fällen bewährt. Jedoch, wenn die drahtlose Netzwerk-Technologie in der industriellen Umgebung angewendet wird, werden die folgenden Probleme konfrontiert: starke elektromagnetische Interferenzen in der Industrie, offene drahtlose Umgebung macht industrielle Maschinen anfälliger für Angriffe Bedrohungen, teilweise Steuerungsdaten müssen in Echtzeit übertragen werden. Im Vergleich zu dem drahtgebundenen Netzwerk, ist die industrielle drahtlose Sensornetzwerk-Technologie in der Entwicklungsphase, es löst die Mängel der traditionellen drahtlosen Netzwerk-Technologie in der industriellen Umgebung angewendet, bietet hohe Zuverlässigkeit, hohe Echtzeit und hohe Sicherheit, die wichtigsten Technologien umfassen: adaptive Frequenzspringen, genaue Kommunikationsressourcen-Dispatching, drahtlose Routing, niedrige Overhead-High - Genauigkeit-Zeitsynchronisation, Netzwerk-Schichtendatenverschlüsselung, Netzwerk-Anomalie - Überwachung und Alarm und Geräte-Netzwerk - Authentifizierung.

Informationsverarbeitungstechnologie

Industrieinformationen haben eine explosive Zunahme, die große Menge von Daten, die im industriellen Produktionsprozess erzeugt werden, ist eine Herausforderung für das industrielle Internet der Dinge, wie man diese Daten effektiv verarbeitet, analysiert und protokolliert, um die Ergebnisse für die industrielle Produktion zu leiten, ist der Kern des industriellen Internet der Dinge, aber auch die Schwierigkeit. Es gibt viele Big Data-Verarbeitungstechnologien in der Branche, wie das BW-System von SAP, das die Probleme von Big Data in der Produktion und dem Betrieb von Unternehmen bis zu einem gewissen Grad löst. Die Entwicklung von Datenfusion und Data Mining-Technologien hat auch die Verarbeitung großer Datenmengen intelligenter und effizienter gemacht. Durch die Analyse von Umweltdaten und die Modellierung des Benutzerverhaltens kann das Verhalten, die Umgebung und die Zustandwahrnehmung zwischen Menschen, Menschen und Maschinen im Produktionsdesign, Herstellung und Managementprozess realisiert werden, um die Details der industriellen Produktion zu reflektieren, um genauere Analyseergebnisse zu erzielen.

Sicherheitstechnik

Industrial Internet of Things Sicherheit bezieht sich hauptsächlich auf die Datenerfassung Sicherheit, Netzwerkübertragung Sicherheit und andere Prozesse, Informationssicherheit spielt eine Schlüsselrolle für den Betrieb von Unternehmen, zum Beispiel in der Metallurgie, Kohle, Öl und anderen Branchen Datenerfassung erfordert einen langen kontinuierlichen Betrieb, wie man die Genauigkeit der Informationen in der Datenerfassung und Übertragung sicherstellen kann, ist die industrielle Internet der Dinge in der tatsächlichen Produktion angewendet Voraussetzung. ^[2] 

Anwendungsbereich

Fertigungsindustrie Supply Chain Management

Unternehmen nutzen die Internet-of - Things-Technologie, um die Rohstoffbeschaffung, Inventar, Verkauf und andere Informationen rechtzeitig zu erfassen, und durch Big Data-Analyse können auch die Preistrendungen von Rohstoffen, Angebot und Nachfrage, etc. vorhergesagt werden, um das Supply Chain-Management - System zu verbessern und zu optimieren, die Effizienz der Supply Chain zu verbessern und die Kosten zu senken. Durch die Anwendung von Sensornetzwerktechnologien in der Lieferkette hat Airbus das größte und effizienteste Lieferkettensystem der globalen Fertigung aufgebaut.

Produktionsprozessoptimierung

Die allgegenwärtigen Wahrnehmungsmerkmale des industriellen Internet der Dinge verbessern die Fähigkeit und das Niveau der Prozessüberwachung der Produktionslinie, der Echtzeit-Parameter - Erfassung und der Materialverbrauchsüberwachung, und durch die Analyse und Verarbeitung von Daten kann intelligente Überwachung, intelligente Steuerung, intelligente Diagnose, intelligente Entscheidungsfindung, intelligente Wartung, Produktivität verbessern und den Energieverbrauch reduzieren. Stahlunternehmen verwenden verschiedene Sensoren und Kommunikationsnetze, um die Breite, Dicke und Temperatur der verarbeiteten Produkte in Echtzeit zu überwachen, die Produktqualität zu verbessern und den Produktionsprozess zu optimieren.

Überwachung der Produktionsanlagen

Die Verwendung von Sensortechnologie für die Gesundheitsüberwachung der Produktionsausrüstung kann die Verwendung von verschiedenen industriellen Maschinen und Ausrüstungen im Produktionsprozess rechtzeitig verfolgen, die Daten über das Netzwerk in das Datenanalysezentrum des Ausrüstungsherstellers für die Verarbeitung sammeln, kann die Ausfalldiagnose und Vorhersage der Maschine effektiv durchführen, schnell und genau die Ursache des Ausfalls lokalisieren, die Wartungseffizienz verbessern und die Wartungskosten senken. Die GEOil & Gas Group hat weltweit 13 i-Center (Integrated Service Centers) für verschiedene Produkte eingerichtet, um Anlagen über Sensoren und Netzwerke online und in Echtzeit zu überwachen und Lösungen für die Anlagenwartung und Fehlerdiagnose anzubieten.

Umweltüberwachung und Energiemanagement

Die Integration von industriellem Internet der Dinge und umweltschonenden Geräten ermöglicht die Echtzeitüberwachung verschiedener Verschmutzungsquellen und Schlüsselindikatoren für die Vermeidung von Verschmutzungen in der industriellen Produktion. In der Chemieindustrie, Leichtindustrie, Kraftwerk und anderen Unternehmen, die Bereitstellung von Sensor-Netzwerk, nicht nur in Echtzeit überwachen Unternehmen Abgasdaten, sondern auch durch intelligente Daten-Alarm rechtzeitig entdecken Abgas-Anomalien und stoppen die entsprechenden Produktionsprozesse, um plötzliche Umweltverschmutzung Unfälle zu verhindern. Telekommunikationsbetreiber haben damit begonnen, Lösungen für die Echtzeitüberwachung der Umweltverschmutzung auf Basis des Internet der Dinge zu fördern.

Sicherheitsmanagement in der Industrie

„Sichere Produktion" ist in der modernen Industrie eine höchste Priorität. Industrielle IoT-Technologie durch die Installation von Sensoren in Bergbau-Ausrüstung, Öl-Gas - Pipeline, Bergbaumaschinen und andere gefährliche Arbeitsumgebung, kann in Echtzeit überwachen Betriebspersonal, Ausrüstung Maschinen und die umgebende Umwelt und andere Aspekte der Sicherheitsstatus Informationen, umfassende Erfassung der Sicherheitsfaktoren in der Produktionsumgebung, die bestehende Netzwerküberwachungsplattform zu einem systematischen, offenen, diversifizierten umfassenden Netzwerküberwachungsplattform, effektiv die Sicherheit der industriellen Produktion zu gewährleisten. 

IIOT-Anwendungen für das industrielle Internet der Dinge

Wenn wir die Anwendung des Internet der Dinge in der Industrie abstrahieren, können wir in vier Ebenen zusammenfassen:

Datenerfassung und Darstellung, grundlegende Datenanalyse und - verwaltung, tiefe Datenanalyse und - anwendung, industrielle Steuerung.

▶ Datenerfassung und - präsentation: Es geht hauptsächlich um die Übertragung von Dateninformationen, die auf den Sensoren der industriellen Ausrüstung gesammelt werden, auf die Cloud-Plattform und die visuelle Darstellung der Daten.

▶ Grundlegende Datenanalyse und - verwaltung: bevorzugt die Phase der allgemeinen Analyse-Tools, nicht die Datenanalyse basierend auf tiefen Branchenkenntnissen in vertikalen Bereichen, basierend auf der Cloud-Plattform gesammelten Gerätedaten, und erzeugt einige SaaS-Anwendungen, wie die Alarm von Gerät-Leistungsindikatoren abnormales, Fehlercode-Abfrage, Korrelationsanalyse von Ausfallursachen und so weiter. Basierend auf den Ergebnissen dieser Datenanalyse gibt es auch einige allgemeine Geräte-Management - Funktionen, wie das Ein - und Ausschalten des Geräts, die Anpassung des Zustands, das Remote-Sperren und Entsperren, und diese Management-Anwendungen variieren je nach spezifischen Bedürfnissen des Bereiches.

▶ Tiefgehende Datenanalyse und Anwendung: Die tiefe Datenanalyse beinhaltet spezifische Branchenwissen und erfordert spezifische Branchenexperten, um sie zu implementieren, speziell basierend auf dem Bereich und den Eigenschaften der Ausrüstung, um ein Datenanalysemodell zu erstellen.

Industrielle Steuerung: Das Ziel des industriellen Internets der Dinge ist es, industrielle Prozesse präzise zu steuern. Basierend auf den oben genannten Prozessen der Erfassung, Darstellung, Modellierung, Analyse und Anwendung von Sensordaten werden Entscheidungen in der Cloud getroffen und in verständliche Steuerungsanweisungen für industrielle Geräte umgewandelt, um industrielle Geräte zu betreiben und eine präzise Informationsinteraktion und eine effiziente Zusammenarbeit zwischen den Ressourcen für industrielle Geräte zu erreichen.

Der industrielle Bereich umfasst viele vertikale Branchen, die Eigenschaften jeder Branche sind sehr unterschiedlich, und die Kombination von Internet der Dinge und jeder Branche muss auch an die Eigenschaften der Branche angepasst werden. Obwohl es derzeit hauptsächlich von großen Unternehmen übernommen wird, könnte es mit sinkenden Hardware - und Servicepreisen breiter übernommen werden.

5G ist der beste Partner für IIoT

IIoT befindet sich noch weitgehend in der Experiment - und Pilotphase, wobei nur wenige große Hersteller erhebliche Investitionen tätigen. Da Sensoren kleiner und günstiger werden, insbesondere nach dem 5G-Netzwerk, die große Bandbreite, geringe Latenz und breite Abdeckung von 5G machen einige industrielle Internet-Szenarien, die traditionelle 4G-Netzwerke nicht realisieren können, im 5G-Zeitalter möglich werden, wird das Interesse an IIoT wahrscheinlich weiter wachsen.

Beispielsweise in Hafenhafen, wo Stahlstahlstausleger große Ladungen zwischen Docks und Schiffen transportieren und beladen, müssen Verzögerungen und Präzisionsfehler auf ein Minimum reduziert werden, aber gleichzeitig Abnormalitäten als erstes erkennen und schnell an der Rande reagieren können, was in der Vergangenheit nur eine Vorstellung gewesen war. Zum anderen müssen hohe Temperaturen und hohe Risiken der Stahlfabriken dringend unbemannten Betrieb erreichen und können tausende von Grad Schmelzstahl sofort präzise gießen, seine Verzögerung muss so niedrig wie wenige Millisekunden sein, was im 4G-Zeitalter auch ein Märchen ist.

Sie können sich fragen: Wenn das oben beschriebene Szenario so hohe Anforderungen an die Latenz und Stabilität des Netzwerks stellt, warum nicht eine stabile, hochgeschwindigkeitsgebundene Methode verwenden? Tatsächlich scheint die Kabelmethode einfach zu sein, aber in Wirklichkeit ist es problematisch. Da die Bereitstellung des Kabelnetzes relativ komplex ist, beinhaltet die anschließende Upgrade auch eine Menge Arbeit; und die Nutzung des Kabelnetzes ist bedingungsbedingt, während die industrielle IoT-Umgebung komplex und vielfältig ist, kann das Kabelnetz nicht überall dort bereitgestellt werden, wo es Bedarf gibt. Im Vergleich dazu sind drahtlose Netzwerke, die durch 5G vertreten sind, eine kostengünstigere Art der Verbindung.

Die Ausrüstung im industriellen Bereich ist riesig, ob es sich um Werkzeugmaschinen, Produktionslinien oder mechanische Ausrüstung handelt, die durch Ausfälle im Produktionsprozess verursacht werden, beeinflussen oft die gesamte Produktionslinie oder sogar den gesamten Produktlieferzyklus.

Um die Stabilität zu gewährleisten, sind die Steuerungssysteme im industriellen Bereich vorwiegend lokal, wobei eine Vielzahl von Hardware - und Softwaresystemen eingesetzt wird. Dies führt einerseits zu einem sehr komplexen Aufwand für das gesamte Steuerungssystem, andererseits begrenzt es auch die Flexibilität und Skalierbarkeit des Systems. In der heutigen verändernden Nachfrage der Verbraucher kann die Aktualisierung des Produktionssystems nicht mit den Veränderungen der Verbrauchernachfrage Schritt halten, was zu vielen neuen Chancen führt.

Darüber hinaus ist die Anwendung des aktuellen mobilen Kommunikationssystems im Bereich des industriellen Internet der Dinge nicht tiefgreifend, obwohl 4G in der Netzwerkgeschwindigkeit eine große Verbesserung hat, kann die Bedürfnisse der Benutzer jederzeit erfüllen, um Videos zu sehen, aber die Zuverlässigkeit und Verzögerung des Netzwerks gibt es noch einen großen Raum für Verbesserungen, und kann nicht die Anforderungen der industriellen Szenarien erfüllen.

Die Anwendung von 4G in industriellen Szenarien ist eher in Szenarien, in denen die Echtzeitanforderungen nicht hoch sind, als eine Möglichkeit, Daten in die Cloud hochzuladen. Zum Beispiel in der Fabrik Werkzeugmaschinen, die Daten alle 5 - 10 Sekunden erfassen, werden diese Daten in der Regel zu einem einheitlichen Terminal zusammengefasst, von dem Terminal über 4G an die Cloud-Plattform gesendet.

Die Anforderungen der industriellen Kommunikationssysteme, die technischen Standards von 5G können sehr gut erfüllt werden, sehr geringe Verzögerung, die Anforderungen der industriellen Echtzeitüberwachung und - steuerung gewährleistet; hohe zuverlässige Netzwerkqualität, die Anforderungen der industriellen Systeme für Stabilität gewährleistet; große Bandbreite kann die Übertragung von HD - 3D-Video und sogar AR erreichen, die Betriebsgenauigkeit im Bereich der Fernsteuerung erheblich verbessert.

Für den industriellen Bereich sind hochzuverlässige Kommunikationssysteme mit geringer Verzögerung von entscheidender Bedeutung. Die Anwendungen des industriellen Internet der Dinge können nur in der Oberfläche der Datenerfassung bleiben und einige Managementfunktionen erweitern, es ist schwierig, sich auf die Steuerung von industriellen Systemen und andere Kernbereiche zu beziehen, in denen die Stabilität des Kommunikationssystems und die Verzögerung nicht die Anforderungen erfüllen, die wichtigsten Einschränkungen sind.

Nach Ansicht der Forschungsinstitute ist das Potenzial von IIoT unbegrenzt. Laut einem Bericht von GSMA Intelligence hängen die zukünftigen Marktchancen für 5G und das Internet der Dinge in der Telekommunikationsbranche eher von Unternehmen als von Einzelnutzern ab. Aus Sicht des IoT ist das Potenzial des Unternehmensmarktes in der Zukunft unbegrenzt, obwohl derzeit Szenarien wie Unterhaltungselektronik und Smart Home die Hauptkraft des IoT sind. Von der Fertigung bis zur Stromversorgung werden 5G und das Internet der Dinge neue Möglichkeiten schaffen, um die vielfältigen Bedürfnisse von Unternehmen zu erfüllen.