很多年前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念就已提出，但直到移動互聯(lián)網(wǎng)如此普及的現(xiàn)在，工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的比例還是很小，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備涉及的應用也都還很淺。主要原因在于，目前互聯(lián)網(wǎng)在時延和可靠性方面還達不到要求。

本文將圍繞工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與消費物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的四個層級解析、5G對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響和5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用，剖析工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，探討5G賦能下工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的方向。

日本總務省今年推出了一部熱門短片《連接5G以后的世界》。在3分多鐘時間里，短片密集呈現(xiàn)了5G支持下超高清視頻、自動駕駛、遠程醫(yī)療、智能零售、即時翻譯、AR/VR等應用場景。雖然人們對這些概念已不再陌生，但有了5G加持，似乎夢想照進現(xiàn)實的距離又更近了一點。

值得注意的是，面向消費者的領(lǐng)域僅是5G賦能的一部分。5G更大的價值將發(fā)揮在并不太受公眾關(guān)注的工業(yè)領(lǐng)域。事實上，去年12月1日韓國全球首推5G商用服務，三大運營商的第一個5G客戶都是企業(yè)。

對于普通消費者來說，5G的概念可能就是更高的網(wǎng)速，5G大帶寬帶來的上網(wǎng)體驗提升是最直觀的，用手機可以實時觀看清晰度更高的視頻。而更低的時延與更高的可靠性對C端用戶帶來的體驗改善，相對來說就小很多，打開網(wǎng)頁的時延從50ms降低到10ms，消費者基本是感知不到差異的。

在工業(yè)領(lǐng)域，情況則完全不同。很多年前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念就已提出，但直到移動互聯(lián)網(wǎng)如此普及的現(xiàn)在，工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的比例還是很小，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備涉及的應用也都還很淺。主要原因在于，目前互聯(lián)網(wǎng)在時延和可靠性方面還達不到要求。

物聯(lián)網(wǎng)的邊界

物聯(lián)網(wǎng)是一個大而泛的概念，從大的應用領(lǐng)域來說，可以分為消費級物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)。

這兩類對物聯(lián)網(wǎng)性能的要求差別很大，消費級物聯(lián)網(wǎng)比較大的場景有可穿戴設(shè)備、共享經(jīng)濟、智能家居等，這些場景與消費者的生活息息相關(guān)，連接上以GPRS、WiFi和藍牙等方式為主，主要的性能要求是低功耗。

智能家居是最近快速發(fā)展的一個領(lǐng)域。一方面是交互領(lǐng)域技術(shù)進步帶來語音交互體驗的提升，另一方面是產(chǎn)業(yè)鏈上連接模組成本的降低，從而使得以音箱作為入口，連接并控制家庭內(nèi)部大量的電器成為可行的場景，并產(chǎn)生了像小米IoT、涂鴉、樂鑫等行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的業(yè)務或公司。

但在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，情況并不一樣。工業(yè)各垂直領(lǐng)域行業(yè)特性迥異 ，知識壁壘很高，而且工業(yè)制造流程對可靠性和穩(wěn)定性要求非常高，目前的運營商網(wǎng)絡(luò)還很難滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對性能方面要求。因此物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的進展一直比較緩慢，還沒有產(chǎn)生比較成熟的商業(yè)模式和相對大體量的公司。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀

工業(yè)領(lǐng)域包括眾多垂直行業(yè)，比較大的行業(yè)有制造業(yè)、運輸業(yè)、能源、建筑業(yè)、采掘業(yè)等，每個行業(yè)的特性差異巨大，物聯(lián)網(wǎng)與每個行業(yè)的結(jié)合，也都要根據(jù)行業(yè)自身特性來調(diào)整。

如果把物聯(lián)網(wǎng)在行業(yè)里的應用抽象出來，我們可以總結(jié)為四個層次：數(shù)據(jù)的采集與展示、基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與管理、深度數(shù)據(jù)分析與應用、工業(yè)控制。

這四個層次根據(jù)涉及業(yè)務流程的深度，由淺入深的總結(jié)了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)目前的應用和價值，越淺層次的應用，涉及到的業(yè)務流程越少，通用性會比較強，應用領(lǐng)域越廣。

數(shù)據(jù)采集與展示

主要是將工業(yè)設(shè)備傳感器上采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆破脚_，并用可視化的方式將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來。

現(xiàn)在的大部分工業(yè)設(shè)備，例如數(shù)控機床、風力發(fā)電機、工業(yè)車輛等，自身就帶有大量傳感器，并提供集中的數(shù)據(jù)接口，只有一小部分老舊設(shè)備，或者有特殊的數(shù)據(jù)需求場景，需要單獨加裝傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，廠房內(nèi)的設(shè)備，環(huán)境比較復雜，一般會使用網(wǎng)線將機床設(shè)備連接到集中的數(shù)據(jù)處理裝置上，再通過4G或者固網(wǎng)連接到云平臺;廠房外的設(shè)備，比如工業(yè)車輛，則通過內(nèi)置4G通信模塊的終端來完成數(shù)據(jù)采集和傳輸。

數(shù)據(jù)采集業(yè)務的難點在于，面對大量不同種類的品牌的工業(yè)設(shè)備時，設(shè)備數(shù)據(jù)協(xié)議的適配和兼容。最后的數(shù)據(jù)可視化，是客戶比較核心的需求，可以通過統(tǒng)一的平臺監(jiān)控在網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)，便于及時了解設(shè)備異常信息，提高管理人員效率。

基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與管理

基于云平臺采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，進行基本的數(shù)據(jù)分析，并產(chǎn)生一些SaaS應用，比如設(shè)備性能指標異常的告警、故障代碼查詢、故障原因的關(guān)聯(lián)分析等。

這一層的數(shù)據(jù)分析還偏向于通用分析工具的階段，不涉及基于垂直領(lǐng)域深入行業(yè)知識的數(shù)據(jù)分析，基于這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果，也會有一些通用的設(shè)備管理功能，像設(shè)備的開關(guān)機、調(diào)整狀態(tài)、遠程鎖機及解鎖等，這些管理應用根據(jù)具體的領(lǐng)域需求而不同。

深度數(shù)據(jù)分析與應用

深度的數(shù)據(jù)分析，則涉及到具體領(lǐng)域的行業(yè)知識，需要特定領(lǐng)域的行業(yè)專家來實施，具體根據(jù)設(shè)備的領(lǐng)域和特性建立數(shù)據(jù)分析模型。

目前比較多應用在故障預測領(lǐng)域，大型工業(yè)設(shè)備的故障預測一直是難以解決的問題，比如機床、風機等，一旦有大的故障發(fā)生，帶來的影響以及隨后產(chǎn)生的修復成本都是巨大的，實時采集數(shù)據(jù)并預測設(shè)備故障，可以大幅度降低設(shè)備故障帶來的影響。

在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用機器學習，結(jié)合行業(yè)專家的知識，可以產(chǎn)生深度的行業(yè)應用，比如改進制造工藝，優(yōu)化制造流程等，可以提高工業(yè)設(shè)備使用效率。

工業(yè)控制

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目的就是能對工業(yè)過程實施精準控制。

基于前述傳感器數(shù)據(jù)的采集、展示、建模、分析、應用等過程，在云端形成決策，并轉(zhuǎn)換成工業(yè)設(shè)備可以理解的控制指令，對工業(yè)設(shè)備進行操作，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備資源之間的精準的信息交互和高效協(xié)作。

當前大部分場景的工業(yè)控制系統(tǒng)還需要部署在本地，受通信技術(shù)和處理能力的限制，工業(yè)云平臺涉及工業(yè)控制的的深度還不夠。5G技術(shù)可以滿足工業(yè)系統(tǒng)對通信能力的要求，實現(xiàn)工業(yè)控制的目標。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用案例

一、離散制造業(yè)-數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)平臺

制造業(yè)按其產(chǎn)品制造工藝過程的特點，總體上可分為離散制造業(yè)和流程制造業(yè)。

離散制造業(yè)的產(chǎn)品往往是零部件由多道不連續(xù)的工序加工裝配而成，比如3C產(chǎn)品、汽車、機械等，生產(chǎn)過程是離散的。而流程制造業(yè)則是原材料按照固定的工藝流程，經(jīng)過一系列設(shè)備和裝置加工而形成產(chǎn)品，生產(chǎn)流程自動化程度很高，比如石油、化工、天然氣、造紙等等。

離散制造業(yè)涉及的整個生產(chǎn)鏈條很長，而生產(chǎn)鏈條上的各個環(huán)節(jié)相互獨立，產(chǎn)能差異很大，這樣就會造成各環(huán)節(jié)銜接出現(xiàn)問題，而影響最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。比如手機制造領(lǐng)域，有時候新機發(fā)布后產(chǎn)能卻跟不上，可能就是因為生產(chǎn)鏈條中，某個部件良品率過低導致的。因此，在離散制造業(yè)領(lǐng)域，提供統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺，從信息層面把生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)聯(lián)通起來，就顯得非常有意義。

具體到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，大多時候涉及到的設(shè)備都是機床，目前國內(nèi)也有一些公司，在機床信息聯(lián)網(wǎng)這個方向上探索，這也是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)里一個比較典型的應用。

通過采集與管理數(shù)控機床和相關(guān)傳感器的信息，可以實現(xiàn)兩個方面的價值：

設(shè)備層面

獲得設(shè)備性能的數(shù)據(jù)，可以對設(shè)備后面的二手定價起到幫助，另外也可以獲得設(shè)備故障信息代碼，及時了解設(shè)備故障情況，方便后續(xù)維修。

管理層面

可以將車間的操作人員與生產(chǎn)過程連通起來，方便對人員的管理，這種自下而上的數(shù)據(jù)，可以解決車間現(xiàn)場管理靠人的問題。

通過SaaS層面的應用，一方面可以將設(shè)備的狀態(tài)信息清晰的展示出來，另一方面，也可以開發(fā)一些管理和控制方面的應用，提高機床和工廠生產(chǎn)效率。離散制造業(yè)鏈條上各個環(huán)節(jié)都通過統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺聯(lián)通之后，可以從全局的角度更加方便對整體制造流程的管理。

二、工程機械-設(shè)備聯(lián)網(wǎng)平臺

工程機械領(lǐng)域也是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個行業(yè)應用，工程機械設(shè)備加裝物聯(lián)網(wǎng)接入終端之后，可以及時獲取設(shè)備的位置和狀態(tài)信息，提高設(shè)備使用和管理效率。物聯(lián)網(wǎng)接入服務一般包含兩部分，第一部分是提供物聯(lián)網(wǎng)接入終端，第二部分是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺。

物聯(lián)網(wǎng)接入終端主要包含定位模塊和通信模塊，一般采用GPRS或者4G的接入方式。其主要的功能是獲取設(shè)備的位置信息，將其部署到工程機械設(shè)備里面，也可以獲取設(shè)備的部分狀態(tài)信息，并將這些信息及時傳送到云平臺。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺可實時、準確地查詢每一臺機械設(shè)備的位置等參數(shù)和工況信息，實時監(jiān)測設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)，并在設(shè)備參數(shù)異常時推送預警信息，以實現(xiàn)對設(shè)備的精準監(jiān)控。同時，平臺還可以對車輛故障進行診斷分析，并找到故障解決方案，以協(xié)助售后人員及時趕到現(xiàn)場維修，提高服務質(zhì)量。

此外，物聯(lián)網(wǎng)平臺還可以對設(shè)備在線數(shù)量分布、設(shè)備開工率、設(shè)備平均工時、設(shè)備區(qū)域工作熱度等進行分析，可以對售后服務備件市場進行預測分析，從而優(yōu)化生產(chǎn)計劃及庫存。

以上兩個只是比較典型的應用案例，市場上有很多做工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺的公司，專注在各個細分領(lǐng)域，業(yè)務上大部分集中在數(shù)據(jù)的采集與展示這一層，也有一部分涉及到第二層，會根據(jù)客戶的行業(yè)特性做一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析和管理，但做到第三層和第四層的非常少。

究其原因，一方面是淺層的應用更加通用，相對來說技術(shù)上易于實現(xiàn)，對團隊的技術(shù)和行業(yè)深度的要求不會太高;另一方面是目前連接的技術(shù)水平還無法達到工業(yè)級的應用要求，尤其是在網(wǎng)絡(luò)的低時延和可靠性方面，導致網(wǎng)絡(luò)連接無法參與到工業(yè)系統(tǒng)自身的業(yè)務和生產(chǎn)流程。

5G對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可能產(chǎn)生的影響

5G的技術(shù)特點

5G并不是為某一個“殺手級應用”而設(shè)計的系統(tǒng)，而是面向很多至今甚至尚未可知的應用場景。5G系統(tǒng)的設(shè)計采用的是一種自上而下的方法，先定義未來的應用場景，然后從場景里抽象出技術(shù)的需求，再根據(jù)每個特定的需求，尋找解決辦法，研發(fā)具體的解決方案。

因為系統(tǒng)的要求十分的廣泛，過去幾代通信系統(tǒng)的技術(shù)并不適用于5G的需求。在5G眾多的預設(shè)場景之中，5G在技術(shù)方面的需求被ITU（國際電信聯(lián)盟）歸納為3個大的方面：

（1）超高數(shù)據(jù)速率（增強型移動帶寬，eMBB）

提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以及極端的信號覆蓋能力

（2）超大連接量（大規(guī)模機器類通信，mMTC）

提供海量設(shè)備的數(shù)據(jù)連接能力，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)需求

（3）超低時延（超可靠低時延通信，uRLLC）

提供超可靠低時延的通信連接服務，要求極高的可用性和可靠性、極低的時延

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的需求

對于工業(yè)領(lǐng)域來說，高可靠低時延的通信系統(tǒng)可以說是至關(guān)重要。

一直以來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用只能停留在表層的數(shù)據(jù)采集展示和由此延伸出來的一些管理功能，很難涉及到工業(yè)系統(tǒng)的控制等核心領(lǐng)域，其中通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和延時達不到要求是其中主要的制約因素。

工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備投入巨大，無論是機床、生產(chǎn)線，還是機械設(shè)備，生產(chǎn)過程中的故障導致的停工，往往會影響整條生產(chǎn)線，甚至整個產(chǎn)品交付周期。

為確保穩(wěn)定性，工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)還是以本地為主，部署大量的硬件和軟件系統(tǒng)。這一方面導致整個控制系統(tǒng)非常復雜，投入巨大，另一方面，也限制了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。在消費者需求日新月異的今天，生產(chǎn)系統(tǒng)的更新跟不上消費者需求的變化，也會導致錯失很多新的機會。

當前的移動通信系統(tǒng)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用涉及并不深入，雖然4G在網(wǎng)速上已經(jīng)有很大的提升，能滿足用戶隨時觀看視頻的需求，但網(wǎng)絡(luò)的可靠性和時延都還有很大的提升空間，并不能滿足工業(yè)場景的要求。

4G在工業(yè)場景的應用，更多是在對實時性要求不高的場景里，作為數(shù)據(jù)上傳到云端的一種方式。比如工廠里的機床設(shè)備，每5-10秒鐘會采集一次數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)匯總一般會匯集到一個統(tǒng)一的終端，由終端通過4G發(fā)送到云平臺。

為了保證機床設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在工廠內(nèi)部，各個機床與統(tǒng)一終端的連接上，一般都會采用有線連接的方式。這樣的連接方式還是比較重，大量的線纜也會導致工廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜。移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能提升到可以替代有線電纜的時候，工廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜度也會降低，更加便于管理。

工業(yè)領(lǐng)域?qū)νㄐ畔到y(tǒng)的這些需求，5G的技術(shù)標準可以很好的滿足，極低的時延，保證了工業(yè)領(lǐng)域?qū)崟r監(jiān)測和控制的要求;高可靠的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，確保了工業(yè)系統(tǒng)對穩(wěn)定性的要求;大帶寬則可以實現(xiàn)高清3D視頻，甚至AR的傳輸，在遠程操控領(lǐng)域大幅提高了操作精度。

5G在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用

在2018年6月上海舉行的世界移動大會上，央視財經(jīng)的記者體驗了中國移動帶來的5G智慧工業(yè)應用場景演示：

一臺遠在石家莊工地上的挖掘機，通過5G技術(shù)與設(shè)在現(xiàn)場的駕駛室相連，不僅可在惡劣環(huán)境下作業(yè)，甚至可以打造無人工地。

參觀者可以在現(xiàn)場駕駛室真人駕駛，同步實時控制位于石家莊的挖掘機，進行挖掘機前后、旋轉(zhuǎn)運動以及大臂、小臂、挖斗配合挖掘裝車等操作，操作臺對面的大屏幕通過現(xiàn)場實時高清視頻同步傳遞真實場景及全景視頻效果。

雖然這只是一個場景演示，但它代表了5G在工業(yè)領(lǐng)域潛在應用價值和未來應用的方向。目前5G的商用還沒有正式開始，還沒有成熟的5G應用場景出來，但有很多關(guān)注5G領(lǐng)域的研究機構(gòu)，都在探索5G在工業(yè)領(lǐng)域會有哪些具體的應用場景，以及能帶來什么樣的商業(yè)價值。