工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：一種漸進(jìn)式變革

陳芳

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上最重要的應(yīng)用之一就是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，包含設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、能耗管理與優(yōu)化、生產(chǎn)效率提升等應(yīng)用場景。

有人說，2018年是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井噴之年，這一點(diǎn)兒也不為過。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在成為工業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的兵家必爭之地，目前正躍躍欲試的公司既包含了像“BAT”等互聯(lián)網(wǎng)公司，也有像GE、西門子等傳統(tǒng)工業(yè)巨頭，抑或是以人工智能切入工業(yè)應(yīng)用場景的創(chuàng)業(yè)公司，可謂遍地開花。

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)而言，互聯(lián)本身不是目的，而只是手段。對于工業(yè)領(lǐng)域的工程師來說，能夠基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)利用工業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用痛點(diǎn)，才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)落地應(yīng)用的必要條件。如果不能真正了解我們所要連接的工業(yè)設(shè)備和理解連接之后的目的，那么即使所有設(shè)備都連接到了工業(yè)局域網(wǎng)或者工業(yè)云，隨之而來的反而會(huì)是更龐雜的結(jié)構(gòu)、更多的維護(hù)成本和更不可預(yù)見的系統(tǒng)問題。

但不可否認(rèn)，針對工業(yè)大數(shù)據(jù)智能整合分析的需求來說，萬物互聯(lián)的確是基礎(chǔ)和前提，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)首先要解決的問題就是真正能連接工業(yè)中的各種人、機(jī)器設(shè)備和系統(tǒng)，不過遺憾的是，這個(gè)“聯(lián)”本身，在工業(yè)現(xiàn)場并不是一件容易的事情?，F(xiàn)在市場上發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)不勝數(shù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

在相關(guān)的行業(yè)文章和產(chǎn)品介紹上，一些詞匯出現(xiàn)的頻率很高：IoT Hub、IoT Edge、 MQTT、HTTPS、CoAP、NB-IoT等，這些其實(shí)都是通用物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的概念或者相對成熟技術(shù)，已經(jīng)推廣多年，其中很多關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)確實(shí)很值得工業(yè)領(lǐng)域借鑒甚至直接使用。

但直接將原有物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)加上一個(gè)“工業(yè)”的前綴，與一個(gè)實(shí)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)還有明顯的鴻溝。

工業(yè)是一個(gè)高度碎片化的領(lǐng)域，各種現(xiàn)場通信協(xié)議五花八門（Profibus、ProfiNet、EtherNet/IP、OPC UA、EtherCAT等），硬件紛繁復(fù)雜且自成體系。

從事工業(yè)領(lǐng)域，不管是做軟件、硬件還是做系統(tǒng)集成，都需要深入應(yīng)用場景，了解工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際需要怎樣的設(shè)備互聯(lián)，這些連接需要怎樣的接口和協(xié)議。

比如MQTT和CoAP等協(xié)議，這是在傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中比較成熟并且被廣泛使用的協(xié)議。通用物聯(lián)網(wǎng)中，比如智能穿戴設(shè)備、智慧城市產(chǎn)品，都是全新的產(chǎn)品，可以完全從零開始設(shè)計(jì)最經(jīng)濟(jì)、最適用的通信方式。但是在多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場下，這類協(xié)議本身難以滿足工業(yè)用戶的安全穩(wěn)定及傳輸能力的需求，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備也通常不提供類似接口。

工業(yè)現(xiàn)場有不同廠商提供的各種傳統(tǒng)設(shè)備及其管理系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都有一定的封閉性和不可替代性，同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)備數(shù)目眾多、成本高昂、系統(tǒng)穩(wěn)定且久經(jīng)考驗(yàn)，所以工業(yè)現(xiàn)場不可能為了獲得MQTT和CoAP協(xié)議的接口，去替換掉那些使用了幾十年、工作狀態(tài)良好，甚至難以替代的傳統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)。

我們可以著眼于一個(gè)典型的工業(yè)場景。

比如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上最重要的應(yīng)用之一就是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，包含設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、能耗管理與優(yōu)化、生產(chǎn)效率提升等應(yīng)用場景。此類應(yīng)用下的工業(yè)現(xiàn)場，最常見的兩種現(xiàn)場設(shè)備是CMS和PLC。CMS主要是指設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可能以上百KHz采樣率去同步采集多通道聲音、振動(dòng)、電壓電流等動(dòng)態(tài)信號，有NI、研華等知名數(shù)據(jù)采集設(shè)備供應(yīng)商PLC是可編程邏輯單元控制器，一般采樣速率相對較低，可作為穩(wěn)態(tài)信號的數(shù)據(jù)采集設(shè)備或者直接作為設(shè)備的核心控制單元，市場上包含西門子、ABB等知名設(shè)備供應(yīng)商和不計(jì)其數(shù)、廣泛使用的成熟設(shè)備。

這些設(shè)備不同于我們常見的可穿戴式設(shè)備、RFID等消費(fèi)級物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，本身有準(zhǔn)入門檻和技術(shù)封閉性，需要滿足各種復(fù)雜工況下的應(yīng)用需求并且質(zhì)量穩(wěn)健，客戶不可能替換這些設(shè)備。

這類應(yīng)用當(dāng)然不代表全部工業(yè)場景，但是確實(shí)是工業(yè)現(xiàn)場非常常見的需求。在這類應(yīng)用中，我們真正要連接的其實(shí)是最貼近機(jī)器的數(shù)據(jù)源設(shè)備，即所謂完整的、端到端的解決方案，一端可以上云，另一端必須能延伸到物理設(shè)備數(shù)據(jù)源?？上驳氖?，一些平臺(tái)廠商也已經(jīng)體會(huì)到工業(yè)現(xiàn)場碎片化的痛點(diǎn)，最常見的應(yīng)對策略是工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品。通過硬件網(wǎng)關(guān)+軟件組件，利用協(xié)議轉(zhuǎn)換方式構(gòu)建成通用數(shù)據(jù)采集端口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的互聯(lián)。同時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)往往帶有一定程度的分析支持能力，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算或者霧計(jì)算功能。

但往往這類智能網(wǎng)關(guān)更強(qiáng)調(diào)向上的通路（從智能網(wǎng)關(guān)到中央服務(wù)器或云），而不關(guān)注向下的通路（從終端設(shè)備到智能網(wǎng)關(guān)），它能直連的終端工業(yè)設(shè)備類型仍非常單一，這類設(shè)備的適用場景也比較有限。這與廠商的基因有關(guān)，也因?yàn)橥ㄓ眯怨I(yè)智能節(jié)點(diǎn)的開發(fā)難度確實(shí)很高。

如果要推進(jìn)工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)類產(chǎn)品更多地落地應(yīng)用，那么一定需要強(qiáng)化使其能夠支持各種工業(yè)設(shè)備通信接口，滿足復(fù)雜場景下的混合設(shè)備類型接入需求，不要把這部分融合工作轉(zhuǎn)嫁給工業(yè)現(xiàn)場的工程師。另一方面，我們也可以轉(zhuǎn)換思路，現(xiàn)在邊緣端的CMS等設(shè)備已經(jīng)具備足夠高的性能可以完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、邊緣計(jì)算、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，那么這些智能設(shè)備直接與服務(wù)器或云進(jìn)行交互，或可進(jìn)一步簡化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)。

工業(yè)有自身推進(jìn)的周期，工業(yè)4.0階段的智能化互聯(lián)化變革不是像當(dāng)年電氣化一樣完全顛覆已有的產(chǎn)線和設(shè)備，而是利用人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)去整合現(xiàn)有的平臺(tái)和產(chǎn)線，從而達(dá)到提質(zhì)增效的創(chuàng)新。