對定制化需求的增加、客戶期望值的提高、全球供應鏈的復雜性——以及許多其他挑戰(zhàn)促使制造商尋找新的、更具創(chuàng)新性的方法來保持競爭力。為了提高生產力并發(fā)現增強制造和供應鏈運營的新方法，企業(yè)訴諸于數字化轉型。CGI的研究報告顯示，62%的受訪企業(yè)已經在實施數字化轉型項目。

工業(yè)物聯(lián)網（IIOT）是制造業(yè)數字化轉型的一種方式。工業(yè)物聯(lián)網利用傳感器網絡收集關鍵生產數據，并使用云軟件將這些數據轉化為提高制造業(yè)運營效率的寶貴見解。

一、制造業(yè)采用工業(yè)物聯(lián)網的驅動因素

Bsquare年度工業(yè)物聯(lián)網成熟度調查（2017）報告顯示，86%的受訪者已經采用了工業(yè)物聯(lián)網解決方案，其中84%的受訪者認為工業(yè)物聯(lián)網非常有效。工業(yè)物聯(lián)網解決方案的采用驅動因素包括：

●降低成本。由于資產和庫存管理的優(yōu)化、設備停機時間的減少、更靈活和更高效的能源使用，大大降低了公司的運營成本，甚至創(chuàng)造了新的收入來源（例如，智能連網產品允許從銷售產品轉變?yōu)殇N售服務）。麥肯錫估計，到2025年，制造業(yè)中的物聯(lián)網應用預計每年將產生1.2至3.7萬億美元的經濟價值。

●縮短產品上市時間。更快、更高效的制造和供應鏈運營能夠顯著縮短產品周期。例如，哈雷戴維森利用物聯(lián)網技術重新配置其賓夕法尼亞州約克的生產設施，并將摩托車生產周期從21天縮短到6小時。

●大規(guī)模定制。大規(guī)模定制使企業(yè)根據特定購買者的需求定制產品，同時保持最高產量。其背后的生產流程要求所生產的單品種類急劇增加。單品數量的增加（每個單品需要不同的材料和組件）導致庫存增加并變得更加多樣化。與此同時，生產操作變得更加復雜：比如說，在生產20件單品X之后，可以緊隨其后生產10件單品 Y。這使得監(jiān)控生產運營的有效性和庫存物品的位置變得異常麻煩，并且在某些情況下是不可行的。工業(yè)物聯(lián)網通過其深思熟慮的預測、車間調度和路線安排所需的實時數據，促進了大規(guī)模定制。

●提高安全。工業(yè)物聯(lián)網有助于確保更安全的工作場所。與可穿戴設備配合使用時，可以監(jiān)測工人的健康狀況和可能導致傷害的危險活動。在確保工人安全的同時，工業(yè)物聯(lián)網還解決了潛在危險環(huán)境中的安全問題，例如，在石油和天然氣工業(yè)中，工業(yè)物聯(lián)網用于監(jiān)測天然氣管道的泄漏。

二、工業(yè)物聯(lián)網影響的三個維度

物聯(lián)網技術正在改變生產系統(tǒng)的構建和運行方式，進而推動了數字化轉型的三個主要改進：

維度1、車間和現場操作的可見性

維度2、制造業(yè)供應鏈中的可見性

維度3、遠程和外包運營的可見性

在接下來的章節(jié)中，我們將詳細介紹每個數字化轉型維度，并從工業(yè)物聯(lián)網應用的角度進行深入探討。

維度1、車間和現場操作的可見性

工業(yè)物聯(lián)網為車間和現場操作提供了革命性的可見性，并提供了對企業(yè)資源進行靈活控制的可能性。工業(yè)物聯(lián)網技術填補了ERP和MES等系統(tǒng)的空白：對手動數據輸入的依賴以及無法使用詳細信息（實時設備狀態(tài)記錄、庫存物品的位置等）。

通過向制造商提供實時車間數據，工業(yè)物聯(lián)網可以使企業(yè)大大提高生產流程的效率。IBM報告稱，利用工業(yè)物聯(lián)網見解進行生產流程優(yōu)化可以使同一條生產線的產量增加20%。

使制造商獲得更高水平可見性的物聯(lián)網應用分為兩類：

●支持生產運營的應用

●支持工業(yè)資產管理的應用

物聯(lián)網驅動的生產運營

根據IDC的一項研究顯示，2016年，支持物聯(lián)網的制造業(yè)運營總支出為1025億美元，是所有行業(yè)中最大的用例領域。研究人員估計，到2025年，物聯(lián)網應用推動的運營改善價值每年可能超過4700億美元。用于制造業(yè)的物聯(lián)網應用處理諸如監(jiān)控和優(yōu)化設備性能、生產質量控制和人機交互等操作。

▲監(jiān)控設備利用率

正如ITIF研究報告所述，物聯(lián)網應用于監(jiān)控設備利用率，可使制造業(yè)生產效率提高10%至25%，并且到2025年可創(chuàng)造高達1.8萬億美元的全球經濟價值。用于監(jiān)控設備利用率的物聯(lián)網解決方案為企業(yè)提供了實時的設備利用率指標，從而提供了生產流程中每個環(huán)節(jié)所發(fā)生情況的詳細視圖。

監(jiān)測設備利用率始于從傳感器、SCADA或DCS系統(tǒng)提取設備運行參數的相關數據，例如運行時間、實際運行速度、產品輸出等。數據被實時收集并傳輸到云中進行處理。云對數據進行匯總，并將其發(fā)展為設備利用率關鍵績效指標（TEEP、OEE、設置和調整時間、空轉和小停頓等）的見解。數據分析后，結果將可視化并通過用戶應用程序（Web或移動設備）顯示給工廠工人。

位于北卡羅來納州的金屬零件制造商BC Machining已部署了設備利用率監(jiān)控解決方案，幫助該公司提高生產力并優(yōu)化計算機數控設備的利用率。工業(yè)物聯(lián)網解決方案使用來自設備傳感器的實時數據來提供設備的周期時間、零件生產數量、停機時間等報告。

▲基于狀態(tài)監(jiān)測的產品質量控制

對產品質量的控制可以通過兩種方法進行：在生產周期中檢查在制品（WIP），或者監(jiān)測生產設備的狀態(tài)和校準。盡管基于檢查在制品（WIP）的質量控制可提供更準確的結果（有助于發(fā)現較小缺陷，例如零件對齊方式的不準確性），但仍存在某些限制，阻礙了該方法的使用：

●基于在制品檢查的質量控制僅適用于離散制造。

●由于需要手動檢查在制品，因此非常耗時、費力。

●幾乎不可能檢查每個在制品，因此，該方法僅提供部分視圖。

第二種方法基于監(jiān)測設備的狀態(tài)和校準，因此在范圍方面差異較小——它提供了簡單的“好”和“不好”的二進制分類。它有助于監(jiān)測生產操作中的瓶頸，識別調整不當和/或性能不佳的設備，及時防止設備損壞，等等。

為了控制生產流程的質量，對設備校準、機器狀態(tài)（速度、振動等）和環(huán)境條件（溫度、濕度等）等參數進行監(jiān)測，可以確定它們是否超出正常閾值。（來自物聯(lián)之家網）如果傳感器讀數接近可能導致潛在產品缺陷的閾值，則質量監(jiān)測解決方案將查明問題根源，觸發(fā)警報，并建議采取緩解措施以修復或調整設備，并最大限度地減少低質量產品的生產。

荷蘭造紙公司馬斯特里赫特造紙廠（Maastricht Mill）已轉向物聯(lián)網開發(fā)，以監(jiān)控生產紙張的質量。該公司推出了溫度和振動傳感器網絡，以監(jiān)測壓榨輥的狀況，這些壓榨輥對紙張質量至關重要，有助于該公司將低質量紙張的數量降至最低。

▲安全監(jiān)控

據國際勞工組織報道，每15秒就有151名工人發(fā)生工傷事故。工業(yè)物聯(lián)網解決方案可幫助企業(yè)解決安全問題，并每年節(jié)省2200億美元的工傷和疾病費用。

在采礦、石油和天然氣、運輸等各個行業(yè)中，工人可佩戴收集其位置數據的RFID標簽和收集其心率、體溫、皮膚電反應和其他參數數據的可穿戴傳感器。傳感器數據被發(fā)送到云中，在云中根據上下文數據（例如，來自環(huán)境傳感器、傳統(tǒng)工作計劃系統(tǒng)、天氣信息等）進行分析，以監(jiān)測異常行為模式，防止工人摔倒、過度勞累和其他傷害，并及時報告安全威脅。

為了確保工人安全，Nation Waste公司正在利用由IBM Watson IoT提供支持的安全監(jiān)控解決方案。該解決方案使用一系列傳感器，包括測量工人活動和跌倒的加速計、幫助監(jiān)測體溫過高和疲勞的熱傳感器和心率測量設備。通過利用安全監(jiān)測解決方案，Nation Waste減少了工傷人數，并降低了工傷的嚴重程度，更是將利潤率提高了40%。

工業(yè)資產管理的物聯(lián)網應用

除了提高運營效率之外，物聯(lián)網還可用于確保資產的合理使用、延長設備的使用壽命、提高可靠性，并提供最佳的資產回報率。促進工業(yè)資產管理的物聯(lián)網應用包括：

●工業(yè)資產跟蹤

●庫存管理

●預測性維護（基于狀態(tài)監(jiān)控）。

據估計，由于資產管理和維護水平提高而產生的總體改善價值每年可能超過3600億美元。

▲工業(yè)資產跟蹤

根據Zebra 2017年制造愿景研究報告顯示，基于RFID和物聯(lián)網的智能資產跟蹤解決方案預計將在2022年取代傳統(tǒng)的基于電子表格的方法。通過提供有關企業(yè)資產、其狀態(tài)、位置和移動的準確實時數據，物聯(lián)網資產管理解決方案消除了員工的跟蹤負擔（每月節(jié)省多達18小時的工作時間），并消除了與手動數據輸入相關的錯誤。

為了能夠跟蹤資產，物聯(lián)網與RFID技術協(xié)同工作。每個資產（無論是磁性定位器還是起重機）都帶有RFID標簽，以作為資產標識符。每個標簽都有一個唯一的ID，該ID鏈接到特定資產的數據。而ID和相應的資產數據都存儲在云中。（來自iothome）資產數據可以包括資產的物理參數、費用、序列號、型號、使用區(qū)域等。一旦資產（例如起重機）離開設備儲存場，安裝在場入口處的RFID閱讀器就會掃描附著在起重機上的標簽，并將起重機離場的記錄保存到云中數據庫。同樣，當起重機進入建筑工地時，工地入口處的RFID閱讀器將掃描標簽并更新數據庫中的數據。在整個資產旅程中記錄這些數據，可以使技術人員看到資產移動的實時情況。

除此之外，GPS跟蹤器還可用于表明資產的位置。對于可移動資產，還可使用資產跟蹤解決方案來計算利用率。例如，通過查看每臺可移動設備（例如推土機）的使用時間，技術人員可以精確定位閑置或未充分使用的設備，并安排預防性維護。

例如，建筑公司VerHalen已轉向物聯(lián)網開發(fā)，以實施智能資產管理解決方案。現在，員工可以使用移動應用程序查看他們所有資產的位置。公司經理可以看到工作現場有多少工具和設備，以及誰在操作它們。借助工具使用和位置的實時數據，企業(yè)實現了更高水平的資產可見性，并為員工節(jié)省了以前用于手動跟蹤和找尋工具所花費的大量時間。

▲庫存管理

物聯(lián)網驅動的庫存管理解決方案有助于制造商自動化庫存跟蹤和報告，確保對單個庫存項目的狀態(tài)和位置的持續(xù)可見性，并優(yōu)化交付周期。據報道，由于這些改進，智能庫存管理解決方案可以幫助企業(yè)節(jié)省20%至50%的庫存成本。

Sekisui Alveo AG，一家領先的高性能聚烯烴泡沫材料制造商，實施了一個基于RFID和工業(yè)物聯(lián)網的庫存管理解決方案。當該公司的泡沫成品被生產后，它們都會被貼上RFID標簽。這使得實時查看庫存水平、查找特定庫存項目和自動執(zhí)行庫存跟蹤流程成為可能。

▲預測性維護、狀態(tài)監(jiān)測

德勤表示，基于工業(yè)物聯(lián)網的預測性維護解決方案預計將工廠設備的維護成本減低40%，并且到2025年每年將產生6300億美元的經濟價值。該解決方案深受青睞——55%的企業(yè)在試點預測性維護項目。

預測性維護依賴于對設備狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測并獲得有價值的見解。設備裝有傳感器，這些傳感器收集其健康和性能參數數據，如溫度、壓力、振動頻率等。

收集后，來自多個傳感器的實時數據被傳輸到云中，在那里，傳感器讀數與元數據（設備型號、配置、操作設置等）、設備使用歷史以及從ERP、維護系統(tǒng)和其他來源獲取的維護數據相結合。所有數據都被分析、可視化，并通過儀表板或移動應用程序呈現給車間工人。

但是，僅僅報告和可視化還遠遠不能達到預測效果。為了實現預測，組合數據集通過機器學習算法運行，以查明可能導致設備故障的異常模式。

數據科學家使用公認的數據模式作為創(chuàng)建預測模型的基礎。并對模型進行訓練、測試，然后用于識別是否出現任何早期問題、預測機器何時可能出現故障，查明導致機器故障的運行狀況和使用模式，等等。一旦發(fā)現潛在故障，預測性維護解決方案會向維護專家發(fā)送通知，通知他們潛在的性能下降，并建議緩解措施。

VR集團（一家芬蘭的鐵路公司）已實施了支持工業(yè)物聯(lián)網的預測性維護解決方案，以提高車廂的可靠性，避免過多的維護活動。他們使用來自與潛在故障點（軸承、制動盤等）相連的傳感器數據來實時了解鐵軌和機車車輛的狀況，并識別出早期故障的根本原因。

維度2、制造業(yè)供應鏈中的可見性

目前，對于52%的供應鏈經理來說，端到端供應鏈的可見性似乎還很遙遠。然而，采用物聯(lián)網驅動的供應鏈管理解決方案的前景相當樂觀：正如IDC預測的那樣，到2020年，80%的供應鏈互動預計將發(fā)生在基于云的網絡上。同一消息來源稱，向物聯(lián)網供應鏈管理解決方案的過渡預計將使供應鏈生產力提高15%，成本效率提高10%。

物聯(lián)網供應鏈管理解決方案為制造商提供了對供應鏈任何環(huán)節(jié)中每個對象的位置、狀態(tài)和狀況的實時洞察。

除了監(jiān)控對象的位置和屬性之外，物聯(lián)網還用于監(jiān)控對象存儲和交付的條件。在物聯(lián)網投入使用之前，只有在貨物到達交貨點時才能對其狀況進行監(jiān)控?，F在，材料、部件和貨物的狀況可以在途中進行監(jiān)控，這對于易碎和易腐物品（例如藥品、食品、玻璃器皿等）的制造商尤其重要。

以一家制藥公司通過第三方物流公司將訂單送到配送中心為例。附著在貨倉上的傳感器監(jiān)控貨倉內部的溫度，假設，由于冷卻系統(tǒng)故障，貨倉內部的溫度開始升高，而附著在貨倉內的溫度傳感器監(jiān)測到溫度超過閾值，然后自動通知制造商，告知運輸條件發(fā)生變化，并提醒駕駛員重置冷卻系統(tǒng)，從而防止運輸的藥物變質。

維度3、遠程和外包運營的可見性

高昂的物流成本、日益增長的定制需求、全球供應鏈的復雜性以及本地人才的缺乏（因此，需要外包）都要求工廠車間分布各地。

當企業(yè)在不同的城市、州或國家建造或外包制造工廠時，它仍然必須保持其制造和生產標準（材料測試、工業(yè)自動化、預測性維護等）。不可能使用傳統(tǒng)方法進行監(jiān)控，而物聯(lián)網可以監(jiān)控生產標準的合規(guī)性。

例如，基于物聯(lián)網的預測性維護和潛在故障的及時預測允許提前安排維護活動，并消除了保留本地維護團隊的需要。同樣，物聯(lián)網驅動的利用率監(jiān)控解決方案幫助制造商在不直接進入車間的情況下，關注生產運營的效率（通過提供設備實時效率指標）。

物聯(lián)網促進分布式運營的另一個例子是工業(yè)智能互聯(lián)產品。智能互聯(lián)產品是復雜的系統(tǒng)，包括硬件、傳感器、網絡連接、嵌入式智能和云軟件。

例如，位于德克薩斯州制造子工廠的工業(yè)智能互聯(lián)產品使企業(yè)管理人員（比如加利福尼亞州），能夠訪問各種單片機操作的實時數據（例如，應答器的溫度變化、銑床主軸的極高轉速等）和條件（例如溫度、振動等）參數。管理人員會被告知可能出現的負載情況和磨損，以及違反標準操作程序的情況。

三、中小型企業(yè)機會均等

通過推動業(yè)務和制造流程的改進，物聯(lián)網為中小型企業(yè)提供了均等的轉型機會。

例如，與一家在美國和墨西哥分別擁有多個子工廠的大型企業(yè)類似，一家在伊利諾伊州和得克薩斯州分別擁有子工廠的中型企業(yè)在地理上是分散的，因此也面臨著類似的分布式制造挑戰(zhàn)。由于對云計算和通用開源軟件的依賴，因此物聯(lián)網使中小型企業(yè)的數字化轉型成為可能。

例如，一家只有50名員工的注塑公司實施了基于物聯(lián)網的狀態(tài)監(jiān)控解決方案，該解決方案允許該公司監(jiān)控工業(yè)機器的健康狀況和性能，并在機器可能出現故障時向技術人員發(fā)出警報。（來源物聯(lián)之家網）這使公司能夠預測潛在的設備故障，并及時緩解，以進行24/7生產。這表明，憑借物聯(lián)網提供的靈活性和可見性，如果大型企業(yè)推遲數字化轉型，僅依靠規(guī)模經濟，他們可能會被中小型企業(yè)超越。

四、采用工業(yè)物聯(lián)網的挑戰(zhàn)

波士頓咨詢公司的一項調查顯示，企業(yè)在啟動物聯(lián)網數字化轉型計劃時面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)包括投資回報的不確定性、數據安全和隱私問題、缺乏合格的員工以及與傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成。其他重大問題包括無法進行快速實驗，以及缺少物聯(lián)網標準。讓我們看一下主要挑戰(zhàn)：

●巨大的投資需求和投資回報的不確定性。物聯(lián)網計劃涉及多個投資類別，包括在硬件（傳感器、網關）、網絡連接、云存儲、管理人員、技術支持等方面的支出。企業(yè)還必須考慮推出新解決方案的速度，以及解決方案開始產生收入所需的時間。

●數據安全問題。58%的物聯(lián)網采用者認為物聯(lián)網增加了網絡攻擊的風險（然而，半數物聯(lián)網采用者聲稱他們沒有防止安全威脅的計劃）。Verizon的《 2017年數據泄露調查報告》確認了42068起數據泄露事件，并且研究發(fā)現，在數據泄露問題上，沒有任何企業(yè)或行業(yè)是100%安全的。（來自物聯(lián)之家網）隨著物聯(lián)網設備變得越來越普遍，預計物聯(lián)網安全威脅的數量會增加。Gartner預測，25%的攻擊將涉及物聯(lián)網，而物聯(lián)網安全支出將達到5.47億美元。

●缺乏合格的員工。國際海事衛(wèi)星組織發(fā)現，全球72%的企業(yè)缺乏具有物聯(lián)網部署經驗的管理人員。另有80%的企業(yè)員工表示，員工在物聯(lián)網部署方面缺乏技能。另一項研究發(fā)現了缺乏的具體技能，包括大數據、嵌入式軟件開發(fā)、嵌入式電子、IT安全和人工智能方面的經驗。這使企業(yè)無法利用物聯(lián)網解決方案提供的潛力。

●與操作技術（OT）和傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成。在制造業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中推出物聯(lián)網解決方案的困難在于安全集成IT和OT，而不會造成數據丟失和安全不一致的情況出現。確保信息技術（IT）和操作技術（OT）之間的無縫融合是很困難的，因為在過去，這些系統(tǒng)都有著不同的目標，因此是基于不同的技術和網絡構建的。如今，以太網協(xié)議在機器層面的迅速采用和基于web用戶界面的快速擴散正在逐漸簡化集成過程，但挑戰(zhàn)仍然有待解決。

總結

工業(yè)物聯(lián)網通過維持生產正常運行時間、降低成本和消除浪費，來幫助制造企業(yè)最大限度地提高生產力。利用物聯(lián)網數據，制造商可以更好地了解制造和供應鏈流程，改善需求預測，縮短產品上市時間并增強客戶體驗。但是，考慮到工業(yè)物聯(lián)網計劃的規(guī)模和復雜性，成功地采用工業(yè)物聯(lián)網需要在工業(yè)物聯(lián)網應用程序的設計和執(zhí)行部分進行精心的編排。

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