工业物联网（IIoT）

The Industrial Internet of Things (IIoT) is transforming industries by integrating advanced technologies into manufacturing and operational processes, with studies suggesting that IIoT could create $15 trillion in value by 2030 (McKinsey & Company). This article breaks down the definition and core components of IIoT, including sensors, actuators, and data analytics. You’ll discover the key differences between IoT and IIoT, as well as the architecture and communication protocols that form the backbone of IIoT systems, such as MQTT and OPC UA. We will analyze the manifold benefits, including predictive maintenance and enhanced safety measures, while addressing the security challenges that arise in IIoT environments and strategies for mitigation.

关键要点

• IIoT 通过连接增强了传统制造业。
• 预测可以实现主动维护并减少停机时间。
• 主要协议包括 MQTT、OPC UA 和 DDS。
• 与 AI 和 5G 的融合彻底改变了运营。
• 安全需要分层策略来降低风险。
• 应用范围涵盖各个行业，提高了效率和安全性。

IIoT的定义和核心组件

工业物联网 (IIoT) 是指将智能传感器、设备和机械集成到工业流程中，实现设备之间的实时数据交换和通信。它涉及一个互联设备网络，用于收集、监控和分析数据，以优化性能并提高效率。工业物联网在创建“智能工厂”中发挥着重要作用，在智能工厂中，机器可以自主通信，从而简化操作、提高生产力并显著减少停机时间。

工业物联网 (IIoT) 的核心组件包括先进的传感器、执行器和连接解决方​​案，以促进数据收集和传输。这些组件支持多种通信协议，例如 MQTT、CoAP 和 HTTP，从而实现设备间的无缝通信。此外，网关设备会在传输之前处理来自传感器的原始数据。

IoT 和 IIoT 之间的主要区别

物联网 (IoT) 主要专注于连接消费类设备，例如智能恒温器、可穿戴设备和智能家居设备。这些设备通常用于提升用户日常活动的便利性和效率。而工业物联网 (IIoT) 则以工业应用为中心，例如制造机器和供应链物流，旨在优化工业环境中的运营性能、提高安全性和可靠性。

Another differentiating factor lies in the scale and complexity of the systems involved. IoT solutions often address smaller networks of devices, which require straightforward integration and user interfaces. In contrast, IIoT involves large-scale systems within an industrial framework. These systems require advanced integration capabilities to manage complex data flows, interoperability among legacy machines, and seamless communication between various stakeholders, including suppliers, manufacturers, and service providers.

两个领域的安全要求存在显著差异：

• consumer IoT may prioritize user experience and convenience,
• IIoT has heightened security needs due to the potential consequences of cyberattacks on critical infrastructure. Hackers gaining access to an industrial control system could disrupt operations or cause physical harm. Consequently, IIoT systems often implement stringent security protocols, including advanced encryption methods and multi-factor authentication, to safeguard sensitive data against unauthorized access.

工业物联网 (IIoT) 系统的设计也注重高可靠性和可用性，而这在面向消费者的物联网设备中往往被忽视。工业应用通常需要持续运行，因此，工业物联网解决方案的设计旨在通过预测性维护和即时故障检测来最大限度地减少停机时间。

在工业环境中实施预测性维护可以将维护成本降低 25% 至 30%，同时将设备可用性提高 20%。

在数据管理方面，工业物联网强调使用大数据分析，使企业能够筛选海量传感器数据，从而获得切实可行的洞察。消费级物联网虽然仍然由数据驱动，但可能依赖于更简单的分析方法。

工业物联网架构和通信协议

工业物联网 (IIoT) 的架构大致可分为几层，包括边缘层、通信层和云层。在边缘层，传感器和执行器等设备直接从制造设备或操作环境收集数据。

这些设备可能使用 LoRaWAN 或 Zigbee 等低功耗技术运行。通信层主要通过 MQTT、CoAP 和 HTTP 等协议，促进边缘设备与云端或本地服务器之间的数据传输。这种分层方法能够实现有效的数据管理，并随着系统需求的变化而扩展。

工业物联网 (IIoT) 环境中生成的数据可能海量且复杂。利用 OPC UA（开放平台通信统一架构）等协议可以实现工业系统之间的互操作性。OPC UA 允许不同制造商的设备无缝通信，从而提高运营效率。

提示： 实施结合边缘和云计算的混合架构可以显著提高数据处理速度和系统弹性。

工业物联网 (IIoT) 对行业的好处和影响

The integration of the Industrial Internet of Things (IIoT) into various industries has led to significant improvements in operational efficiency and productivity. By connecting machines and devices, manufacturers experience enhanced real-time monitoring and analytics, which result in better decision-making. This reduction directly correlates with increased production capacity and reduced operational costs, showing a clear pathway toward a more streamlined manufacturing process.

常见问题

相关主题

• Digital Twin Technology: 用于分析和模拟的物理资产或系统的虚拟表示。
• 边缘计算： 处理更靠近源的数据以减少延迟和带宽使用。
• 互操作性标准： 确保不同设备和系统能够无缝协作的框架。
• 智能制造： 一种结合 IIoT 来提高生产过程效率和灵活性的方法。
• 远程监控： 使用 IIoT 技术从远处观察和管理设备。
• 预测分析： 利用统计算法和机器学习技术从数据中识别风险和机会。
• 供应链整合： 使用 IIoT 连接供应链的各个元素，以提高透明度和效率。
• Automation and Robotics: 采用机器人系统与 IIoT 结合来提高运营性能。
• 弹性网络： 创建能够承受故障同时保持功能的通信网络。
• 实时数据处理： 处理和分析生成的数据，以便立即洞察并采取行动。
• 员工赋能： 整合 IIoT 解决方案，为工人提供实时信息和见解，以提高生产力。
• 数据可视化工具： 将复杂数据集转换为可视格式以便于解释和分析的软件。
• 网络安全框架： 旨在保护 IIoT 系统免受网络威胁和漏洞的策略。

术语表

Application Programming Interface (API): 一组允许不同软件应用程序相互通信和交互的规则和协议，实现系统之间的功能集成和数据交换。

Certificate of Analysis (CoA): 由制造商或测试实验室出具的文件，用于确认产品的规格、质量和是否符合监管标准，详细说明测试结果和用于分析的方法。

Industrial Internet of Things (IIoT): 工业环境中互连的设备和传感器网络，用于收集、交换和分析数据，以提高运营效率、改善决策并实现制造、供应链和其他工业流程的自动化。

Internet of Things (IoT): 一个由嵌入传感器、软件和其他技术的互连设备组成的网络，使它们能够通过互联网收集和交换数据，促进各种流程和系统的自动化、监控和控制。

Multi-Factor Authentication (MFA): 一种安全流程，需要两种或两种以上来自独立凭证类别的验证方法来验证用户身份，从而增强对未经授权访问的防护。常见因素包括用户知晓、拥有或自身拥有的某些信息。

User experience (UX): 用户与产品、系统或服务交互时的整体满意度和感知，涵盖整个交互过程中的可用性、可访问性、设计和情感反应。

User Interface (UI): 一种支持用户与软件应用程序之间交互的系统，包括视觉元素、控件和整体布局，以方便用户执行任务并增强体验。