什么是工业IoT 或 IIoT？
工业物联网是指在工业应用中使用联网智能设备，以实现自动化、远程监控和预测性维护等目的。IIoT 是物联网（或IoT ）的一个更强大的版本，是商业和消费应用中联网设备的领域。
在工业IoT 用例中，智能设备可能部署在工程车辆、供应链机器人、太阳能和风能、农业传感器系统、智能灌溉等领域。这些 IIoT 应用往往有一个共同点：它们都部署在具有挑战性的环境中，需要最坚固耐用的传感器和设备。
轻工业 IIoT 用例包括仪表，重工业用例包括采矿业使用的传送带，在这些用例中，设备可能会受到从酷热和严寒到潮湿和振动等各种环境因素的影响。在工业 4.0 中，制造自动化和预测性维护等流程需要快速的机器对机器通信，以实现对机器人、设备和流程的精确控制。
工业物联网是指部署传感器和智能机器，以捕捉和移动数据，感知温度、流量或体积的变化，实现程序自动化以提高效率、准确性和安全性，将数据传输到正确的人手中进行分析和决策，并确保所有这些过程都能及时、可靠和安全地进行。
边缘处理和自动化在工业中的力量IoT
智能设备的使用范围迅速扩大，如今，随着IoT 和 IIoT 的巨大发展，很难找到一个行业不受这一现象的影响。如今，工业组织正在寻求更智能而非更困难的工作。快速网络、边缘计算和自动化可以带来前所未有的改进和效率，而这是人力所无法实现的。这并不是说不需要人力。恰恰相反，各行各业都需要工程师、应用开发人员、数据科学家和工人来实施和利用这些解决方案。
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边缘计算实现快速数据处理
边缘计算先在网络边缘处理数据，然后再将数据传输到云端，从而带来成本效益和实时响应。通过将边缘处理集成到工业IoT 生态系统中，网络管理员可以显著提高运营效率。在工业 4.0 应用中，这一关键功能与 5G 网络速度和吞吐量相结合，可实现制造自动化和机器人等数据密集型应用所需的实时数据传输。
即使在传统的工业流程中，边缘计算也能改变游戏规则，实现对远程操作的实时洞察，以及预测性维护等关键优势，当某些条件表明即将发生故障时，它会向技术人员发出警报。这确保了工业设备能够积极主动地做出反应，往往在故障发生之前就做出反应。
自动化提高效率和安全
如今，远程设备可提供传感、数据洞察和自动化功能，从而启动工业流程，并确保远程机器正常运行。自动化带来了巨大的好处。
举个简单的例子，农场工人以前需要从农场的一个偏远角落开车到另一个偏远角落，以确保浇灌系统或防冻风扇在正确的时间打开。如今，这名工人可以通过笔记本电脑检查系统，确保一切工作正常，而且只需前往实际需要维修的地点。例如，如果中心枢轴灌溉系统偏离了轨道，工人可以使用全球定位系统快速确定其位置，然后确保其回到正确的位置。换句话说，工业物联网就是要提高效率和准确性，同时降低成本。
物联网对工人和工作的影响在于，它使工人和工作更加高效，提高了生产率。它还减少了 "繁忙的工作"，降低了在数据记录等任务中出错的可能性，而智能设备可以更好地处理这些任务。从危险和难以到达的地方自动传感和收集数据，甚至可以降低人命风险。而且，它能更快地将正确的数据传送到正确的地方进行评估。如果员工能通过智能手机收到油箱油量不足或设备需要维护的警报，就更有可能在问题变得更加昂贵或灾难性之前及早解决。
工业IoT 使用案例举例
了解商业和工业企业如何使用IoT 的最佳途径之一是通过众多 IIoT 应用实例。让我们来浏览其中的几个。
制造自动化
包括制造自动化或 "智能制造 "在内的工业 4.0 用例一直是一个具有前瞻性的愿景，即有朝一日将最快的网络和最智能的边缘设备与摄像头、传感器、人工智能和机器学习以及先进的机器人技术相结合，实现从装配、异常检测到包装和运输的整个制造链的自动化流程。如今，随着高速 5G 网络的普及、5G边缘计算设备的推出以及人工智能等先进技术的成熟，这些愿景正在逐步实现。如今，这些创新和发展正共同将工业 4.0 的愿景变为现实。
下图展示了智能制造的实践。
预测性维护
预测性维护应用程序旨在识别关键业务流程或设备何时面临故障风险，从而安排主动和预防性维护，提前解决问题，避免停机。传统的方法可能非常昂贵，而且工人可能会在不经意间错过设备出现问题的迹象。在许多情况下，技术人员和维护人员传统上不得不前往偏远地点进行人工检查，但又不得不带着工单、更换部件或电池再跑一趟。如果收到问题正在发展的警报，往往在最终客户意识到问题之前，就能通过一次卡车翻滚排除故障并解决问题。结果是改进了维护方法，降低了成本，提高了客户满意度。
以下是各行业 IIoT 预测性维护应用的几个实例。
- 过程监控 - 采矿：在经典游戏 "石头、剪子、布 "中，石头可以被纸打败。然而，在现实世界中，石头却能战胜一切。在采矿应用中，大型输送带将泥土（大量岩石）从一个区域长距离输送到另一个区域，有些情况下甚至超过一英里，在那里对材料进行加工，以提取有价值的矿物。如果传送带和辅助设备 "瘫痪 "或停止运行，矿山就会损失数百万美元的收入。为确保传送带全天候不间断工作，需要在传送带上安装传感器来收集数据点，并通过无线电设备（如Digi XBee®）将数据发送到网关，然后再发送到远程监控应用程序。Digi Remote Manager®可以帮助监控不同矿场和采石场的网关和设备，防止不必要的停机时间。
- 设备维护 - 电梯：OTIS 电梯公司希望确保安装其产品的客户获得最优质的服务。该公司在已安装的数十万部电梯中安装了传感器，而不是等到出现影响日常运营和客户满意度的问题时才安装。这些传感器通过网关将数据点传送到云环境，从而为现场技术人员提供洞察力和自动通知。
- 资产监控--建筑：一家能源管理公司为建筑公司等客户提供解决方案。他们开发了一系列IoT 工具，帮助这些组织确保优化车辆使用，并在导致收入损失之前发现问题。为了在液压软管故障导致设备故障、昂贵的液压油清理以及潜在的人员伤亡之前预测故障，该公司开发了一种连接解决方案，用于监控设备、识别和报告显示潜在故障的数据点，并使客户能够设置警报条件和接收自动通知。
预测性维护应用实例
在下面的示例中，Digi XBee®无线电模块从谷物提升机中的设备收集数据并将其发送到Digi IX40 工业路由器，然后将数据传输到基于云的应用程序，以便查看和进一步处理。如果数据显示了某些情况，技术人员可以在在线应用程序中看到，或从Digi Remote Manager® 等应用程序接收警报。技术人员可以远程进行故障排除，或派人到现场进行必要的维护。
远程监控
远程监控是许多工业应用的核心，因为传统上，对现场设备进行监控不仅效率低、成本高，而且往往具有挑战性或风险性。需要监控的设备可能位于偏远的前哨、路灯顶端、井内或矿井深处，因此手动监控该资产不仅不切实际，而且成本高昂、风险大。
以下是工业应用中远程监控的许多例子。
- 油罐监测 - 石油和天然气：向储油罐投掷石块或用棍子敲击储油罐以确定液位是过去常见的做法，而 IIoT 应用可显著改善这种做法。需要对生产油井的储油罐进行监控，以确保没有溢出，否则会导致高额罚款和清理费用。监测现场储油罐中的化学品也是日常运营的重要组成部分，这些化学品被注入井下以减少管道腐蚀。为了降低风险并优化效率，公司可以安装自动储罐监控解决方案，根据需要发送液位读数（如按分钟、按小时或按天），以便现场管理人员根据实际数据和液位读数管理取货或交货以及预防性维护呼叫。采取这一步骤，还可以避免按照轮换计划向每个储罐派遣人员而不考虑储罐液位的成本。相反，他们只在需要时才派人。
- 流量监测 - 农业：农业中的中心枢轴是一种常见的农田配水方式。水流通过一根管道，在中心枢轴缓慢移动的过程中通过喷洒器进行分配。中心枢轴或任何其他灌溉管线的泄漏都可能造成重大损失，造成数千美元的维修费用和资源损失。对压力和运动的远程监控有助于主动发现灌溉管道的问题。可以及早感知堵塞、泄漏甚至断开的接头，并发出警报，帮助农民避免问题，保持作物生长，并限制用于解决问题的资金。
- 化学过程监控 - 炼油厂：远程管理不一定要在 100 英里之外。在许多情况下，它可能只有 100 英尺或一个足球场的距离。加工设施的监控传统上都是通过有线安装来完成的。挑战之一是电缆的安装和维护费用昂贵。另一个挑战是，有线系统可能会受到腐蚀性环境和其他因素（如地震和灾难性天气事件）的影响。一家加工厂可能安装了成百上千个传感器来收集数据，例如监控一批化学品，确保其处于受控状态，避免泄漏或爆炸。如今，这些企业正在转向工业物联网，以进一步监控和自动化流程，例如读取数据并将其记录到基于云的系统中，以便进行分析、报告和发出警报，并可通过移动设备进行访问。
使用 1844myfuels 对油罐进行无线监控
"Digi已经成为我们整个解决方案的一部分。这是第一款真正意义上的无线产品，占地面积小，而且还能正常工作"。
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远程监控应用示例
在这个远程监控示例中，无线电模块从工业储罐收集数据，并通过嵌入式处理器将数据传输到云端应用程序，以进行监控、警报和调整。
过程自动化
在工业领域部署互联应用的另一个常见原因是将原本需要人工干预、卡车翻滚或低效手工劳动的流程自动化。使用案例的范围很广，但将这些工业物联网流程部署到位的原因还是归结为几个关键驱动因素：提高效率、降低成本和减少风险。
以下是 IIoT 自动化的几个例子。
- 智能灌溉- 过去那种有水就按计划浇灌的好日子正在慢慢消失（双关语）。如今，农民正在采用技术来监测土壤条件和天气等因素，以确定何时何地需要浇水。土壤湿度传感器与无线模块相连，可将传感器数据传送到网关，然后再传送到云端，使农民能够监测生长状况。根据湿度读数自动进行浇水，可确保水资源得到有效利用，包括需要浇水的地点、时间和浇水的持续时间。
- 自动调节- 如今，能源行业正转向根据条件调节设备行为的自动化。例如，在炎热的夏日，风往往能降温。但在农业、风力发电厂和太阳能装置等各种环境中，风力过大可能会造成严重破坏。当太阳能发电场刮起强风时，气象站可以监测风速何时达到破坏性临界值。网关的无线通信可以向太阳能电池板发送指令，使其移动到安全位置，从而帮助减少或避免损坏这些高成本资产。
- 霜冻爱好者- 没有什么比早霜更能毁掉您的年终收成了。同样，春季的晚霜也可能损害准备开花的植物。无线传感器技术与果园和葡萄园中高价值作物上的巨型风扇相结合，可让农民监控天气状况，从而开启风扇，限制早霜/晚霜造成的损害。这有点像为农作物配备暖气和空调系统。不过，这些风扇传统上需要在意外霜冻来临时手动开启。这就意味着农民必须到他们在耕地周围安装风扇的每个点巡视，而且往往是在半夜。一个能自动执行这些程序的应用程序不仅能感知气温是否接近霜冻范围，还能触发程序启动风扇。与此同时，农民可以在夜间高枕无忧，并可以通过移动设备一目了然地看到哪些风扇已经开启，以及它们是否正常运行。
过程自动化应用实例
在下面的流程自动化示例中，土壤传感器收集数据，通过Digi XBee 模块与 MicroPython 将数据传输到Digi XBee 工业网关，然后再传输到基于云的远程监控应用程序。其中一个应用程序可自动启动进程，而另一个应用程序则允许网络管理员或管理员确保所有设备和进程按预期运行。
工业IoT 应用的重要考虑因素
在为您的工业IoT 应用评估合适的设备和设置时，需要考虑很多问题。其中包括 IIoT 设备需要传输数据的距离、数据提交的频率、射频或蜂窝技术是否适合您的应用，以及影响项目整体规划、部署、可扩展性和管理并最终影响总拥有成本的许多其他决策。
我们将介绍在您准备设计、构建和部署项目时需要考虑的一些事项。如果您有疑问或准备评估解决方案，Digi 团队成员可以与您合作，对您的应用需求进行全面评估。Digi 设计和工程团队还可在开发 IIoT 应用程序的过程中提供任何级别的支持。联系我们，开始对话。
工业设备与原型制作工具：
对于工业IoT 应用（以及任何需要面对温度波动或振动等环境挑战的专业产品）来说，关键的一步是找到适合工作的产品。例如，如果您为城市自行车共享服务等应用开发产品，那么从技术上讲，该应用可能并不属于工业应用，但其要求却与工业应用类似，因为它需要能够应对剧烈运动、温度变化和潮湿环境。有些类型的设备可以应对具有挑战性的环境因素，有些则不太适合。因此，评估产品的坚固性以及其设计是否适合预期应用至关重要。
有许多低成本模块非常适合快速原型开发和学生项目，如 Raspberry Pi 和 Arduino。具有吸引力的成本是在初始阶段使用这些产品的一个很好的理由。但是，在寻找适用于 IIoT 应用的产品时，您需要的是专为在苛刻环境中长期生存而设计的工业级产品。
评估产品的一些因素包括
- 生产质量控制
- 产品的长期可用性和稳定性
- 测试温度范围
- 设计灵活性和可编程性
- 支持工具和代码库的可用性
- 能够主动更新固件，尤其是当部署规模超过几台设备时
- 应用程序部署地区的认证。
从原型开发工具开始是证明概念的好方法；但当您准备在现场部署设备时，一定要选择工业级设备。
远程管理战略
当您有几十台、几百台甚至上千台设备需要维护时，派一辆卡车到现场监控或管理设备的传统维护方法很快就会变得不切实际且成本高昂。就像手机会定期推送固件升级一样，设备的固件更新和安全补丁也必须发送给 IIoT 网络中的每台设备，以保证这些设备的最新性和安全性。远程管理解决方案允许您向现场的所有设备发送错误修复和功能增强，无论网络规模大小。
要实施远程管理战略，应寻找一种解决方案，使您能够使用智能设备从任何地方执行远程固件升级、设备连接和远程诊断。例如 Digi Remote Manager是一种基于云的解决方案，可提供这些功能和更多功能，使您能够针对各种情况设置警报、下载文件、自动监控设备配置并在发生篡改时将其重置为正确的版本。
与派一辆铲车对安装在路牌或路灯上的设备进行固件升级的成本相比，安装远程管理系统非常经济，而且无论网络中有多少设备，也无论这些设备位于世界何处，网络管理员都能对所有设备进行监控。
结论
开发和部署 IIoT 应用程序所需的评估和决策过程可能令人生畏。从最初的项目范围界定到完整的工程设计和认证服务，Digi 可以在任何阶段为您提供支持，帮助您找到满足需求的正确解决方案。
无论您是想证明新产品的投资回报率，还是需要在严格的截止日期前满足合规性要求或应对市场压力，Digi 都能与您合作实现这些目标。当您有短暂的机会在竞争中脱颖而出时，上市时间就显得尤为重要。
与一家拥有久经考验的专业咨询和工程支持的公司合作，不仅能确保您在最后期限和上市日期前完成产品，还能在资源紧张时帮助您完成设计审查并获得认证协助。
下一步工作