工业物联网

物联网机遇与挑战工业物联网物联网核心在于“物”，实质在于“控”•总体来看，物联网的核心是提高对设备终端动态信息的掌控力，或者对于业务服务流程的自动化改进。•信息的生产者与消费者均可以是智能化的设备，设备本身就成为系统的参与者，不再仅是人工管理的执行者，如此庞大的相对对等的终端群为超系统的存在提供了基础，也为工业物联网的引出与发展提供了基础。工业物联网是工业自动化发展的必然•随着工业技术的进步、市场竞争的加剧，为了提高生产效率和产品质量，充分利用资源，减轻劳动强度，适应批量生产需要，工业自动化应运而生。•随着信息技术（ICT）的发展，工业自动化突破局域网的限制，将企业信息化系统延伸到互联网，实现了基于互联网的第五代工业自动化技术——工业物联网技术。工业物联网概念的提出•2012年，GE认为工业物联网是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。它通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产率，让世界更快速、更安全、更清洁、更经济。•工业物联网，是由机器、设备、集群和网络组成，能够在更深层面和大数据分析、连接能力相结合，从而有效发挥出各机器的潜能，提高生产力。•工业物联网发挥的巨大的通信与统筹功能是其巨大的优势为何是工业物联网•美国通用电气公司市场研究首席经济学家Marco认为，工业物联网将是第三次创新浪潮。•工业物联网革命转折点已来临•工业物联网潜在经济效益巨大•工业物联网将对经济产生重大影响•工业物联网将提供更多就业机会工业物联网革命转折点已来临•仪器仪表成本不断下降，从经济角度，大规模的使用传感器已经可行，同时与云计算相匹配，从而能够以更低廉的成本采集、分析更大量的数据，从而产生成本下降的趋势。•同时，移动通信革命将强化这种效果，使得信息的共享和分散优化更容易，更经济实惠。•因而，物联网发展已进入加速期。工业物联网潜在经济效益巨大•由于前述成本的下降，传感器可以更广泛的用于机器中，因而软件分析可以利用海量数据以优化单个机器、机组和网络的性能。•如果能够提高仅仅1%的效率或性能，便可以为不同行业分别带来多达几百亿美元的效益，例如油气领域，可以节省900亿美元。工业物联网将对经济产生重大影响•由于前述成本的下降，传感器可以更广泛的用于机器中，因而软件分析可以利用海量数据以优化单个机器、机组和网络的性能。•如果能够提高仅仅1%的效率或性能，便可以为不同行业分别带来多达几百亿美元的效益，例如油气领域，可以节省900亿美元。工业物联网将提供更多就业机会•由于前述成本的下降，传感器可以更广泛的用于机器中，因而软件分析可以利用海量数据以优化单个机器、机组和网络的性能。•如果能够提高仅仅1%的效率或性能，便可以为不同行业分别带来多达几百亿美元的效益，例如油气领域，可以节省900亿美元。工业物联网关键技术已有所突破•核心技术三大方面•实现异构网的连接：万能协议转换技术、域名解析系统•防雪崩技术、固件技术、安全防护系统•纳米技术、分布式数据库、云计算技术•在全球科研机构及企业的努力下，这些技术正在走出实验室，投入应用。可扩展性安全性智能化工业物联网在中国的机遇•自08年的国际金融危机之后，各国纷纷加快对新兴技术和产业发展的布局，把争夺经济、科技制高点作为战略重点。•中国将节能环保产业、新能源产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造业、新材料产业和新能源汽车产业确定为战略性新兴产业。•作为新一代信息技术产业的一部分，物联网产业相对其他战略性新兴产业前景更为明晰，创新风险最小，更易实现产业化，而IT也始终是影响全球经济最为强大的力量。•在2011年，智能工业在中国物联网应用领域的市场份额中占比最大，为20%.工业物联网在中国的机遇——中国的工业需求•中国工业物联网有万亿级的市场规模，在交通、电力、油气管道、智能电网等方面，需求量均分别达到了千亿级。•工业生产效率亟需提高：粗放到集约，智能工业•信息化与工业化两化融合的趋势•进口替代与信息安全的需求：目前国外企业垄断了中国工业物联网领域，技术进口替代虽促进着本土企业的发展，但国外企业对诸如智能电网、铁路、油气等国家命脉的垄断使中国面临着极大的潜在信息安全威胁，这要求我们必须在工业物联网领域有所突破，用中国企业逐步代替外国企业，这也会促进国内工业物联网领域的发展。工业物联网在中国的机遇——中国的工业物联网研究•国内对于工业物联网的研究十分活跃，中科院沈阳自动化研究所牵头制定了WIA-PA标准，使得我国在工业无线标准的领域里占据了一席地位。•中科院沈阳自动化研究所牵头指定的WIA-PA标准，提出了一种自组织、自治愈的MESH路由机制。所谓MESH路由机制，就是指通过自组织的方式将Sensor节点与Sink节点相连接，该路由机制保证了链路在失效的情况下自动启用备用链路，从而保证数据传输的高可靠性和强稳定性，它兼容了IEEE802.15.4标准，实现了短程的可靠通信。当前，WIA-PA已应用在石油开采、污水处理、冶金生产等行业。工业物联网的技术逻辑结构及其带来的挑战嵌入式大数据高度异构更高的安全要求这些关键技术在帮助工业物联网具有其能够成为关键信息产业的同时，也为其接下来的发展提出了很多要求，这些要求也一定程度上成为其挑战。工业物联网作为物联网的一个特殊领域，具有以仪器仪表和专用网络为基础构件向不同方向不断延伸的内部构架，其自身技术因此也带有不同于一般物联网技术的特点。嵌入式•将硬件和软件相结合，利用嵌入式微处理器的低能耗、体积小、集成度高，以及嵌入式软件的高效率、高可靠性等优点，综合人工智能技术，推动工业物联网中智能环境的实现。•软件的嵌入，也就是工业物联网的固件技术。固件是硬件设备的灵魂，决定着工业设备的功能及性能。高度异构•广义工业领域的数据，具备高度异构的特性，尤其是工业实时数据，相互间的结构差异非常大。•各个数据库系统的基础操作系统也有异构。•如何解决物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。设备兼容关键是标准的统一，当前工业无线的三大标准HART、ISA以及WIA-PA均兼容了IEEE802.15.4无线网络协议，但是相互之间的兼容性还存在一定问题。大数据•与传统物联网相比，由于工业物联网涵盖的范围涉及跨企业、跨行业、跨领域的特点，时期所包含的数据量远远大于传统的物联网应用，越来越多的业务部门需要处理海量数据。•目前的企业数据多为类型复杂的非结构化数据，根据互联网数据中心的分析，企业中80%的数据都是非结构化数据，且这些数据每年都按指数增长60%。结构化数据与非结构化数据•非结构化数据与结构化数据的区别在于不方便用二维逻辑表结构来表现，包括文本、图像、音频等。•随着非结构化数据的与日俱增，原有的主要用于管理结构化数据的关系数据库已不能满足需要，数据库技术也相应地进入了“后关系数据库时代”，发展进入基于网络应用的非结构化数据库时代。•非结构化数据库是指其字段长度可变，并且每个字段的记录又可以由可重复或不可重复的子字段构成的数据库。更高的安全要求•企业往往有着更高的技术要求、运营风险以及利益回报，这决定了工业物联网在安全性上有着比传统物联网更高的要求，例如安全体系架构、网络安全技术、智能化设备的潜在风险等。•从微观层面，安全性涉及企业的商业机密、商业利益；宏观上，安全性则涉及国家机密及技术安全。•故更高的安全要求是工业物联网一大问题物联网在中国的挑战•企业规模偏小，技术研发水平薄弱•技术标准落后于应用发展•应用数量层次偏低•行业人才匮乏•产业发展环境仍需进一步完善，产业管理体制有待理顺企业规模偏小，技术研发水平薄弱小型企业90%仪器仪表产业小型企业占比传感器企业小型企业所占比例小型企业企业规模普遍偏小，缺乏龙头企业带动形成产业集群，且企业资金实力相对薄弱。以企业为主体的创新体系尚未建立，科研机构成果转化率偏低。技术标准落后于应用发展•总的来说，标准发展相当滞后于应用发展，各企业各自为战，缺乏共享，技术标准缺乏统一，这会使中国在整个行业内的竞争力大打折扣。•另外，以RFID领域为例，在高频领域中国主要沿用国际标准，但在关键的超高频领域，标准仍由国外控制着，中国如果照搬这个标准，未来将要支付大量的专利费，无疑会大大增加成本。推进中国物联网产业化对策•标准化体系的建立•自主知识产权的核心技术突破•积极的可行性政策出台•各行业主管部门的积极协调与互动•重点应用领域的重大专项实施