Digital Twin數字孿生：是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命週期過程。
“雙胞胎”說的是兩個一模一樣的事物，無論是形狀，還是質地。而Digital Twin想要表達是形狀上完全相似，而在質地上差異極大。
數字孿生，僅僅是說明數字產品與物理產品它們之間長得非常像而已。不使用“體”這個詞，主要是爲了強調，數字虛擬體和物理實體之間，是有着本質的差別的。因此數字雙胞胎，或者雙胞體，都會引起錯誤的聯想。
實際上，數字鏡像，應當算是一個最準確的翻譯。當你看鏡子裏面的你的時候，鏡子裏面的“你”是你嗎？當然不是，只是一個光學鏡像而已。同樣，數字世界中的數字產品，真的是物理產品嗎？顯然也不是。
根據維基百科的解釋，數字化雙胞胎是指以數字化方式拷貝一個物理對象、流程、人、地方、系統和設備等。數字化的表示提供了物聯網設備在其整個生命週期中如何運作的元素和動態。數字雙胞胎將人工智能、機器學習和軟件分析與空間網絡圖相集成以創建活生生的數字仿真模型，這些模型隨着其物理對應物的變化而更新和變化。
雖然維基百科沒有點出，但是除了模擬/仿真物理對象、流程、人、地方等，更重要的是他們互相之間的關係。
數字化雙胞胎技術最早由美國國防部提出，用於航空航天飛行器的健康維護與保障。首先在數字空間建立真實飛行器的模型，並通過傳感器實現與飛行器真實狀態完全同步，這樣每次飛行後，根據現有情況和過往載荷，及時分析評估是否需要維修，能否承受下次的任務載荷等。
可以預見，數字化雙胞胎技術在工業生產、智能製造等多個領域會有廣泛的應用前景。
在產品研發領域，可以虛擬數字化產品模型，對其進行仿真測試和驗證，以更低的成本做更多的樣機。
在設備管理領域，我們可以通過模型模擬設備的運動和工作狀態，實現機械和電器的聯動。比如電梯運行的維護監控。
在生產管理領域，可將數字化模型構建在生產管理體系中，在運營和生產管理的平臺上對生產進行調度，調整和優化。
另外能夠進一步的是數字仿真鏡像和物理世界可以聯動起來，數字世界可以進行預測試錯等方式提前判斷得到結果，自動反饋到物理世界/真實世界從而自動調整生產或者運營方式。
廣泛的來講，數字化雙胞胎技術會成爲在IoT時代的一個利劍。微軟最近宣佈在未來的4年投入50億美元用於在IoT的發展。
數碼雙胞胎
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數字雙胞胎是指可用於各種目的的物理資產（物理雙胞胎），流程，人員，地點，系統和設備的數字複製品。[1] 數字表示提供了物聯網設備在其整個生命週期中如何運作和生活的元素和動態。[2] 先前研究中使用的數字雙胞胎技術的定義強調了兩個重要特徵。首先，每個定義都強調物理模型和相應的虛擬模型之間的聯繫。其次，通過使用傳感器生成實時數據來建立該連接。
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定義 |
作者 |
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“數字雙胞胎是一種集成的多物理場，多尺度，概率模擬的竣工車輛或系統，使用最好的物理模型，傳感器更新，車隊歷史等，以反映其相應的飛行雙胞胎的生命” |
Glaessgen＆Stargel，（2012） |
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“在雲平臺上運行的真實機器的耦合模型，利用來自數據驅動的分析算法以及其他可用物理知識的綜合知識模擬健康狀況” |
Lee，Lapira，Bagheri，a Kao，（2013） |
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“數字雙胞胎是使用物理數據，虛擬數據和它們之間的交互數據實現產品生命週期中所有組件的映射” |
Tao，Sui，Liu，Qi，Zhang，Song，Guo，Lu＆Nee，（2018） |
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“物理對象或系統在其整個生命週期中的動態虛擬表示，使用實時數據來實現理解，學習和推理” |
Bolton，McColl-Kennedy，Cheung，Gallen，Orsingher，Witell＆Zaki，（2018） |
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“使用物理系統的數字副本來執行實時優化” |
Söderberg，R.，Wärmefjord，K.，Carlson，JS，＆Lindkvist，L。（2017） |
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“數字雙胞胎是物理設備的實時數字複製品” |
Bacchiega（2017） |
數字雙胞胎將人工智能，機器學習和軟件分析與空間網絡圖[3]集成在一起，以創建生物數字仿真模型，隨着物理對應物的變化而更新和更改。數字雙胞胎不斷從多個來源學習和更新，以表示其近實時狀態，工作條件或位置。該學習系統利用傳感器數據自學，利用傳感器數據傳達其運行狀況的各個方面; 來自人類專家，如具有深厚相關行業領域知識的工程師; 從其他類似的機器; 來自其他類似的機器隊; 以及它可能屬於其中的較大系統和環境。數字雙胞胎還將過去機器使用的歷史數據整合到其數字模型中。
在各種工業領域，雙胞胎正被用於優化物理資產，系統和製造過程的運營和維護。[4]它們是工業物聯網的一種形成技術，物理對象可以與其他機器和人進行虛擬生活和交互。[5] 在物聯網的背景下，它們也被稱爲“網絡對象”或“數字化身”。[6]
內容
示例[ 編輯]
數字雙胞胎如何用於優化機器的一個例子是維護髮電設備，例如發電渦輪機，噴氣發動機和機車。在企業架構中，架構師將EA藍圖創建爲組織的數字雙胞胎。[7] [8]
數字雙胞胎的另一個例子是使用3D建模爲物理對象創建數字伴侶。[9] [10] [11]它可以用來查看實際物理對象的狀態，它提供了一種將物理對象投射到數字世界的方法。[12]例如，當傳感器從連接的設備收集數據，該傳感器數據可以被用於實時地更新所述設備的狀態的“數字雙”副本。[13] [14] [15] 術語“設備陰影”也用於數字雙胞胎的概念。[16]數字雙胞胎是物理對象的屬性和狀態的最新和準確副本，包括形狀，位置，手勢，狀態和動作。[17]
數字雙胞胎還可用於監控，診斷和預測，以優化資產性能和利用率。在這個領域，感官數據可以與歷史數據，人類專業知識和車隊以及模擬學習相結合，以改善預測的結果。[18] [19] [20] [21]因此，複雜的預測和智能維護系統平臺可以使用數字雙胞胎來找到問題的根本原因並提高生產率。[22] [23]
行業應用示例：
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大型結構，例如海上平臺，近海船舶等。[28]
製造業[ 編輯]
物理製造對象被虛擬化並表示爲數字雙胞胎模型（Avatars），無縫且緊密地集成在物理空間和網絡空間中[33]。物理對象和雙模型以互利的方式相互作用。
行業動態[ 編輯]
數字雙胞胎正在破壞整個產品生命週期管理（PLM），從製造到服務和運營。[34]如今，PLM在效率，製造，智能，服務階段和產品設計的可持續性方面非常耗時。數字雙胞胎可以合併產品的物理和虛擬空間。[35]此外，數字雙胞胎使公司能夠擁有所有產品的數字足跡，從設計到開發以及整個產品生命週期。[36] [37]更具體地說，受數字雙胞胎嚴重破壞的行業是製造業作爲重要組成部分的行業。在製造過程中，數字雙胞胎就像是工廠近期發生的虛擬複製品。在整個物理製造過程中放置了數千個傳感器，所有傳感器都從不同的維度收集數據，例如環境條件，機器的行爲特徵和正在執行的工作。所有這些數據都是由數字雙胞胎不斷傳播和收集的。[36]
由於物聯網，數字雙胞胎變得更加實惠，可以推動製造業的未來。工程師的好處在於實際使用的產品幾乎是由數字雙胞胎設計的。高級的產品和資產維護與管理方式已經觸手可及，因爲真正的“事物”與實時功能存在數字雙胞胎。[38]
數字雙胞胎通過預測未來而不是分析製造過程的過去，提供了大量的商業潛力。數字雙胞胎創造的現實表現使製造商能夠向事前的商業行爲發展。[34]製造業的未來推動了以下四個方面：模塊化，自治，連通性和數字雙胞胎。[39]隨着製造過程階段的數字化不斷增加，開放機會以實現更高的生產率。這從模塊化開始，並在生產系統中實現更高的效率。此外，自治使生產系統能夠以有效和智能的方式響應意外事件。最後，像物聯網這樣的連接使得數字化循環的關閉成爲可能，然後允許對產品設計和促銷的以下週期進行優化以獲得更高的性能。[39]當產品在實際發生故障之前確定問題時，這可能會導致客戶滿意度和忠誠度的提高。[34]此外，隨着存儲和計算成本變得越來越便宜，數字雙胞胎的使用方式正在擴大。[36]
企業級動態[ 編輯]
在更具體地看待公司層面時，幾家現有公司正在投資提高數字雙邊效率。其中一些公司是：通用電氣，北極風電和機械解決方案公司。
首先，通用電氣擁有一個基於數字雙胞胎的系統，並使用該軟件管理和分析他們生產的風力渦輪機，石油鑽井平臺和飛機的數據。[40]他們用於飛機的系統按引擎收集倫敦和巴黎之間航班的所有數據。數據被傳輸到數據中心，在那裏它生成每個引擎的實時數字雙胞胎。通過這種方式，通用電氣能夠在飛行過程中檢測到潛在的缺陷或故障。因此，如果發動機的一部分導致故障，負責維護的人員可以在飛機降落的機場準備好更換部件。
其次，Arctic Wind是一家擁有並經營多家風力發電廠的公司在挪威，想要一個解決方案來跟蹤他們生產的風力渦輪機的健康狀況。這些渦輪機成本高，所有部件都需要持續監控。由於長時間的黑暗和低溫，這些渦輪機的維護具有挑戰性。爲了找到針對這些元件的解決方案，他們在所有風力渦輪機上安裝了傳感器，來自這些傳感器的數據在1000英里以外的地方運送到辦公室。這提供了風力渦輪機的數字雙實時數據，因此員工能夠在任何問題發生時將其可視化。此外，數字雙胞胎爲公司提供了未來的預測，因此他們可以模擬渦輪機在不同極端環境下的性能。通過這種方式，
最後，專門研究渦輪機械的公司Mechanical Solutions Inc.（MSI）使用Siemens STAR-CMM +軟件。該軟件使產品開發組織能夠使用數字雙胞胎。MSI在其流程鏈中成功實施了該軟件，作爲故障排除和設計工具。這使得經濟高效的工程流程能夠解決非常複雜的問題，如果沒有數字雙胞胎，它們就無法解決。[41]
嵌入式數字雙胞胎[ 編輯]
記住數字雙胞胎的定義是物理設備的實時數字複製品，製造商正在他們的設備中嵌入數字雙胞胎。在IRAC測試領域中使用該技術的示例di IRS srl。經證實的優勢是提高質量，更早的故障檢測以及更好地向產品設計人員反饋產品使用情況。
醫療行業[ 編輯]
行業動態[ 編輯]
醫療保健被認爲是受數字雙胞胎技術破壞的行業。[42] [35]醫療行業中數字雙胞胎的概念最初被提出並首先用於產品或設備預測。[35]通過數字雙胞胎，通過以更加數據驅動的方式暗示醫療保健，可以改善醫療保健，體育和教育方面的生活。[34]技術的可用性使得可以爲患者建立個性化模型，基於跟蹤的健康和生活方式參數連續調整。這最終可以導致虛擬患者，詳細描述個體患者的健康狀態，而不僅僅是之前的記錄。此外，數字雙胞胎可以將個人的記錄與人口進行比較，以便更容易地找到具有細節的模式。[42]數字雙胞胎在醫療保健行業的最大好處是可以定製醫療保健，以預測個別患者的反應。數字雙胞胎不僅可以在定義個體患者的健康狀況時獲得更好的分辨率，還可以改變健康患者的預期形象。以前，“健康”被視爲缺乏疾病適應症。現在，可以將“健康”的患者與其他人羣進行比較，以便真正定義健康狀況。[42]然而，數字雙胞胎在醫療保健領域的出現也帶來了一些不利因素。數字雙胞胎可能導致不平等，因爲通過擴大貧富差距，每個人都無法獲得技術。此外，數字雙胞胎將識別可能導致歧視的人口模式。[42] [43]
企業級動態[ 編輯]
更具體地看待公司層面，幾家現有公司正在與數字雙胞胎一起投資和開發醫療保健解決方案。首先，飛利浦提出了自己的數字版本的想法。數字雙胞胎提供了很多機會來跟蹤物理系統和設備的狀態，因此，爲什麼不通過跟蹤狀態來管理自己的健康狀況，並創建採取預防措施而不是被動反應的能力。[44]
其次，“生命的心臟”，斯坦福大學和HPE之間的合作，其中創建了心臟的多尺度3D模型，以監測血液循環和虛擬測試藥物，這些藥物仍處於開發階段，以最終防止有害的副作用。[45]最後，西門子開發了類似的數字健康雙胞胎。通過利用人工智能，醫生可以做出更精確的診斷。[46]
開發數字雙胞胎的成本被視爲一筆可觀的投資。通過這種方式，現在只有現有公司纔有資源來發展這一點。但是，通過使用基於雲的平臺和模塊化組織，小型組織也可以爲某個模塊做出貢獻。[43]其中一個組織是Sim＆Cure，這是第一家推出基於患者的動脈瘤治療模擬模型的公司。該治療允許預測醫療設備的部署。他們的產品Sim＆Size是一種植入物，由三種用於治療神經血管疾病（如動脈瘤）患者的應用組成。[47]
汽車工業[ 編輯]
行業級動力學[ 編輯]
另一個被數字雙胞胎技術破壞的行業是汽車行業。汽車行業中的數字雙胞胎通過使用現有數據來實現，以促進流程並降低邊際成本。目前，汽車設計師通過結合基於軟件的數字能力來擴展現有的物理材料。[48]汽車行業數字雙工技術的一個具體例子是汽車工程師將數字雙工技術與公司的分析工具結合使用，以分析特定汽車的驅動方式。通過這樣做，他們可以建議在汽車中加入可以減少道路上車禍的新功能，這在以前很短的時間內是不可能的[49]
企業級動力學（Volkswagen＆Tesla）[ 編輯]
其中一家將數字雙工技術融入其業務流程的現有汽車公司是大衆汽車公司。這種技術的使用，他們稱之爲“虛擬雙胞胎”，使大衆汽車能夠爲他們的不同車型（如高爾夫）創建數字3D原型。[50]沃爾夫斯堡的前系列中心是虛擬樣機團隊的專業部門，他們將車輛的數字表示放在一起，從裝配點到汽車的整個生命週期使用。數字雙胞胎通過爲全球所有員工提供模型的詳細實時數據，支持汽車的生產過程和開發。Leingang是Virtual Prototype團隊的領導者之一，他描述了數字雙胞胎的實施如何幫助大衆汽車優化其產品生命週期管理。“我們的工作可以幫助人們進行設計，質量保證，車身構造和裝配。（......）這是因爲”數字雙胞胎“讓我們的同事能夠及早了解安裝特定組件時需要做些什麼。” [50]在沃爾夫斯堡的另一個創新部門，大衆汽車的虛擬工程實驗室，進一步發展數字表示和數字工具與增強現實的結合使用。在這裏，他們使用Microsoft Hololens，它使工程師和設計師能夠在手勢控制和語音命令等其他技術的幫助下查看和修改數字雙胞胎。[51]
與過去幾年一直圍繞傳統產品包裝數字技術的汽車行業的現有企業不同，相對較新的特斯拉玩家從公司進入市場的那一刻就開始參與（數字化）行業創新。[52]除了刺激主流採用和使用電動汽車之外，特斯拉還通過在物理產品中實施基於軟件的工具（包括數字雙工技術）來創新車輛。[52] [53]特斯拉爲他們製造的每輛電動汽車創建了一個數字雙胞胎，爲公司提供從車輛到製造工廠的持續數據流，反之亦然，使特斯拉可以通過預測任何類型的維護來提高汽車的可靠性。距離。[54]特斯拉汽車的數字特性使公司能夠通過使用數字雙胞胎的接收數據遠程解決大多數維護問題，例如，“如果駕駛員在門上有撥浪鼓，可通過下載修復軟件調整特定門的液壓系統“。[54]特斯拉繼續開發和更新其軟件和其他數字技術，以維持其成功創新者的地位。[53]
比較這兩家知名汽車公司的策略，似乎大衆汽車已將數字雙工技術作爲對特斯拉汽車行業創新方法的進攻性反應。通過轉向新技術，大衆汽車表明它更願意“迎接挑戰”，並通過創建一個新的，專門的虛擬原型製作部門而不是逃往新市場或利基市場來構建這一威脅機會。[55]
數字雙胞胎技術的特點[ 編輯]
根據Tuertscher（2018）的研究，數字技術具有某些與其他技術不同的特徵。反過來，這些特徵也會產生某些後果。數字雙胞胎擁有這些特性中的一些，即連接性，同質化，它們是可重新編程的，智能的，模塊化的，並且它們留下數字痕跡。
連通性[ 編輯]
數字雙胞胎技術的主要特徵之一是其連接性。[56]最近物聯網（IoT）的發展帶來了許多新技術。物聯網的發展也帶動了數字雙核技術的發展。該技術顯示出許多與物聯網特性相似的特徵，即其連接性。首先，該技術實現了心理組件與其數字對應物之間的連接。數字雙胞胎的基礎是基於這種聯繫，沒有它，數字雙胞胎技術將不存在。如上一節所述，此連接由物理產品上的傳感器創建，這些傳感器通過各種集成技術獲取數據並集成和傳輸此數據。除了這種明顯的連接，數字雙工技術還可以增強組織之間的連接[37]例如，通過使該供應鏈的成員能夠檢查產品或資產的數字雙胞胎，可以增加供應鏈中合作伙伴之間的連接。然後，這些合作伙伴可以通過簡單地檢查數字雙胞胎來檢查該產品的狀態。
此外，可以增加與客戶的連接，例如，爲其客戶製造發動機的組織可以檢查其發動機的數字雙胞胎，以查看其是否仍然正常工作，並在需要時爲其客戶提供維護。最後一個例子是技術連通性的結果的一個例子，稱爲服務化。
服務化是通過服務爲其核心企業產品增加價值的組織的過程。[57]在發動機示例的情況下，發動機的製造是該組織的核心產品，然後通過提供檢查發動機和提供維護的服務來增加價值。
均勻化[ 編輯]
數字雙胞胎可以進一步表徵爲數字技術，它既是數據同質化的結果，也是數據同質化的推動者。由於現在可以以相同的數字形式存儲和傳輸任何類型的信息或內容，因此可以使用它來創建產品的虛擬表示（以數字雙胞胎的形式），從而將信息與它的物理形態。[58]因此，數據的均質化和從其物理工件的信息的解耦，已經允許數字雙胞胎進入存在。然而，數字雙胞胎還使得越來越多的物理產品信息能夠以數字方式存儲，並與產品本身脫鉤。[48]
隨着數據越來越數字化，它可以以快速和低成本的方式傳輸，存儲和計算。[48]根據摩爾定律，未來幾年計算能力將呈指數級增長，而計算成本則顯着下降。因此，這將導致開發數字雙胞胎的邊際成本降低，並使測試，預測和解決虛擬表示問題相對便宜得多，而不是在物理模型上進行測試，等待物理產品在干預之前中斷。
信息的同質化和解耦的另一個結果是用戶體驗收斂。當物理對象的信息被數字化時，單個工件可以具有多個新的可供性。[48]數字雙胞胎技術允許與大量代理共享有關物理對象的詳細信息，不受物理位置或時間的限制。[59] Michael Grieves [60 ]在他關於製造業數字雙胞胎技術的白皮書中指出了以下關於數字雙胞胎使同質化的後果：
“在過去，工廠經理的辦公室俯瞰工廠，這樣他們就可以瞭解工廠裏發生的事情。對於數字雙胞胎，不僅是工廠經理，而且與工廠生產相關的每個人都可以擁有相同的虛擬窗口，不僅可以用於單個工廠，還可以用於全球所有工廠。“（Grieves，2014，第5頁）
可重編程性和智能[ 編輯]
數字雙胞胎技術的另一個重要特徵是其可重編程性質。如前所述，數字雙胞胎可以通過雙胞胎的數字組件進行遠程調節。它使物理產品能夠以某種方式重新編程。此外，數字雙胞胎也可以自動重新編程。通過物理產品上的傳感器，人工智能技術和預測分析，數字雙胞胎可以自動調整，以使物理產品保持最新並儘可能好地工作。[61]這種可重編程性質的結果是功能的出現。如果我們再次以發動機爲例，數字雙胞胎可用於收集有關發動機性能的數據，如果需要，可調整發動機，從而創建更新版本的產品。此外，服務化也可視爲可重編程性質的結果。製造商可以負責觀察數字雙胞胎，進行調整，或在需要時對數字雙胞胎進行重新編程，他們可以將此作爲額外服務提供。
數字痕跡[ 編輯]
可以觀察到的另一個特徵是數字雙核技術留下了數字痕跡。工程師可以使用這些跡線，例如，當機器發生故障時返回並檢查數字雙胞胎的痕跡，以診斷問題發生的位置。[62]這些診斷可以在將來還可以通過這些機器的製造商使用的，以改善他們的設計，使得這些相同的故障將不經常在未來發生的。
模塊化[ 編輯]
我們可以定義的最終特徵是模塊化的特徵。模塊化在製造業中尤爲重要。在製造業意義上，模塊化可以描述爲產品和生產模塊的設計和定製。[39]通過在製造模型中增加模塊化，製造商可以調整模型和機器。數字雙工技術使製造商能夠跟蹤所使用的機器並注意機器中可能的改進領域。當這些機器採用模塊化設計時，通過使用數字雙工技術，製造商可以看到哪些部件使機器性能不佳，並用更好的配件替換這些部件以改善製造過程。
新玩家的未來發展方向[ 編輯]
數字雙胞胎技術爲想要進入這個新興市場的新玩家創造了幾個機會。由於該技術可以進入更加可操作的框架，因此不僅現有企業可以利用所產生的機會。在下面的部分中，我們討論了兩家試圖利用圍繞這項新技術出現的機會的初創公司。
圍繞數字雙胞胎產生的一個關鍵挑戰是公司如何輕鬆實施該技術，因爲大多數公司都對遺留系統進行了投資。出現的一些問題是：誰將操作和管理數字雙胞胎？我們如何確保數字雙胞胎與現有的ERP軟件和其他應用程序進行通信？例如，SWIM聲稱他們的技術（EDX）專注於通過使用大量數據來創建可以從現實世界中學習的數字雙胞胎來克服這些挑戰。此外，SWIM提到實施該技術不需要公司內部的新基礎設施，也不需要新技能。[63]SWIM似乎爲沒有足夠資源的公司創建了一個解決方案，可以用EDX創建數字雙胞胎。與作爲供應商生態系統一部分的微軟，戴爾和谷歌等大公司不同，EDX不屬於這樣一個平臺，這可能是SWIM的劣勢。
新參與者利用的另一個機會是降低與資本項目行業的成本和進度超支相關的風險。通過創建施工現場的數字雙胞胎，VEERUM使項目團隊能夠更加確定地制定項目的設計和施工。[64] VEERUM使項目團隊能夠看到工地上建築物的建設進度。由於他們擁有工作站點的虛擬版本，因此他們可以在虛擬環境中預測並解決現實世界中的問題。這些問題可能會在它們實際發生之前被注意到，並且可以防止許多成本和計劃超支的問題。
最後，通過捕捉時間和空間影響，數字雙胞胎也可用於優化城市可持續性。[65]作爲某個城市的虛擬複製品，數字雙胞胎允許城市運營商通過實施最佳解決方案，制定不同的策略來預先處理問題。[66]新加坡和齋浦爾等幾個城市已經在實施數字雙胞胎。但是，預計未來會有更多城市使用這項技術。[67]
相關技術[ 編輯]
工業4.0
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有關其他用途，請參閱4.0。
工業革命和未來觀點
工業4.0是當前製造技術自動化和數據交換趨勢的名稱。它包括網絡物理系統，物聯網， 雲計算[1] [2] [3] [4]和認知計算。工業4.0通常被稱爲第四次工業革命。[5]
工業4.0促進了所謂的“智能工廠”。在模塊化結構化智能工廠中，網絡物理系統監控物理過程，創建物理世界的虛擬副本並做出分散決策。在物聯網上，網絡物理系統在內部和跨越價值鏈參與者提供和使用的組織服務之間實時地與人類進行通信和合作。[1]
內容
姓名[ 編輯]
“工業4.0”一詞縮寫爲I4.0或簡稱I4，源於德國政府高科技戰略項目，該項目旨在促進製造業的計算機化。[6]
“工業4.0”一詞於2011年在漢諾威工業博覽會上重新啓動。[7] 2012年10月，工業4.0工作組向德國聯邦政府提交了一套工業4.0實施建議。工業4.0工作組成員被公認爲工業4.0背後的創始人和推動力。
2013年4月8日，在漢諾威工業博覽會上，工作組工業4.0的最終報告被提交。[8]。該工作組由Siegfried Dais（Robert Bosch GmbH）和Henning Kagermann（德國科學與工程學院）領導。
由於工業4.0原則已經被公司應用，它們有時被重新打上品牌，例如航空零件製造商Meggitt PLC已經將其自己的工業4.0研究項目M4打上了品牌。[9]
設計原則[ 編輯]
工業4.0中有四個設計原則。這些原則支持公司識別和實施工業4.0方案。[1]
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互連：機器，設備，傳感器和人員通過物聯網（IoT）或人際互聯網（IoP）相互連接和通信的能力[10]
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信息透明度：工業4.0技術提供的透明度爲運營商提供了做出適當決策所需的大量有用信息。互連性允許運營商從製造過程中的所有點收集大量數據和信息，從而幫助實現功能並確定可從創新和改進中受益的關鍵領域。[11]
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技術援助：首先，通過全面彙總和可視化信息，以便在短時間內做出明智決策和解決緊急問題，協助系統支持人類的能力。第二，網絡物理系統通過執行一系列令人不愉快，過於疲憊或對人類同事不安全的任務來物理支持人類的能力。
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分散決策：網絡物理系統自行決策並儘可能自主地執行任務的能力。只有在例外，干擾或衝突目標的情況下，纔會將任務委託給更高級別的任務。
含義[ 編輯]
該術語的當前用法被批評爲基本上沒有意義，特別是基於技術創新是連續的，技術創新中的“革命”概念是基於對細節缺乏瞭解。[12]
德國政府工業4.0戰略的特點是：在高度靈活（大規模）生產的條件下對產品進行強有力的定製。通過在日益複雜的工作中引入自我優化，自我配置，[13]自我診斷，認知和工人的智能支持等方法，改進了所需的自動化技術。[14]截至2013年7月，工業4.0中最大的項目是BMBF領先的集羣“智能技術系統Ostwestfalen-Lippe（它的OWL）”。另一個主要項目是BMBF項目RES-COM，[15]以及卓越集羣“高工資國家綜合生產技術”。[16]2015年，歐盟委員會啓動了國際地平線2020研究項目CREMA [17]（基於XaaS和雲模型提供基於雲的快速彈性製造）作爲促進工業4.0主題的重大舉措。
效果[ 編輯]
2013年6月，諮詢公司麥肯錫（McKinsey）[18]採訪了羅伯特·博世（Robert Bosch） - Siegfried Dais（Robert Bosch Industrietreuhand KG的合夥人）和Heinz Derenbach（博世軟件創新有限公司首席執行官）的高管和麥肯錫專家之間的專家討論。這次訪談討論了製造業中物聯網的盛行以及隨之而來的技術驅動的變革，這些變革有望引發新的工業革命。在博世，通常在德國，這種現象被稱爲工業4.0。工業4.0的基本原則是通過連接機器，工件和系統，企業在整個價值鏈中創建可以自主控制的智能網絡。
工業4.0的一些示例是能夠預測故障並自動觸發維護過程或自組織物流的機器，其對生產中的意外變化作出反應。
根據Dais的說法，“生產世界很可能會變得越來越網絡化，直到一切都與其他一切相互聯繫”。雖然這聽起來像是一個公平的假設和物聯網背後的推動力，但這也意味着生產和供應商網絡的複雜性將大大增加。到目前爲止，網絡和流程僅限於一家工廠。但在工業4.0情景中，個別工廠的這些邊界很可能不再存在。相反，它們將被提升，以便互連多個工廠甚至地理區域。
典型的傳統工廠和工業4.0工廠之間存在差異。在當前的行業環境中，提供高端優質服務或成本最低的產品是成功的關鍵，工業工廠正在努力實現儘可能多的性能，以增加其利潤和聲譽。通過這種方式，可以使用各種數據源來提供有關工廠不同方面的有價值的信息。在這個階段，利用數據來了解當前的運行狀況，檢測故障和故障是一個重要的研究課題。例如，在生產中，有各種商業工具可用於向工廠管理層提供整體設備有效性（OEE）信息，以突出顯示問題的根本原因和系統中可能的故障。相比之下，在工業4.0工廠中，除了狀態監測和故障診斷之外，組件和系統還能夠獲得自我意識和自我預測性，這將使管理層能夠更深入地瞭解工廠的狀態。此外，來自各個組件的健康信息的點對點比較和融合提供了組件和系統級別的精確健康預測，並迫使工廠管理人員在最佳時間觸發所需的維護，以實現及時維護和獲得附近 - 零停機時間。[19]
在2018年10月在葡萄牙里斯本進行的EDP開放式創新期間，工業4.0概念化由荷蘭公司Sensfix BV擴展，引入了M2S術語。它本質上是即將到來的服務行業的特徵，以滿足由機器本身管理的數百萬臺機器，幸運的是使用由人類開發的人工智能！
挑戰[ 編輯]
工業4.0實施面臨的挑戰：[20]
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IT安全問題因打開那些先前關閉的生產車間的固有需求而大大加劇
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關鍵機器對機器通信（M2M）所需的可靠性和穩定性，包括非常短且穩定的延遲時間
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需要保持生產過程的完整性
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需要避免任何IT障礙，因爲這會導致昂貴的生產中斷
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需要保護工業知識（也包含在工業自動化設備的控制文件中）
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缺乏足夠的技能來加速邁向第四次工業革命
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企業IT部門的冗餘威脅
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一般不願意改變利益相關者
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許多工作崗位丟失到自動流程和IT控制流程，特別是對於受過低等教育的社會部門
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低層管理人員的承諾
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不明確的法律問題和數據安全性
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不明確的經濟效益/過度投資
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缺乏法規，標準和形式的認證
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員工資格不足
大數據和分析的作用[ 編輯]
現代信息和通信技術，如網絡物理系統，大數據 分析和雲計算，將有助於早期發現缺陷和生產故障，從而實現預防並提高生產力，質量和敏捷性，從而具有顯着的競爭價值。
大數據分析由集成的工業4.0和網絡物理系統環境中的6Cs組成。6C系統包括：
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連接（傳感器和網絡）
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雲（計算和數據點播）
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網絡（模型和記憶）
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內容/背景（含義和相關性）
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社區（分享和協作）
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定製（個性化和價值）
在這種情況下，爲了提供對工廠管理的有用見解，必須使用高級工具（分析和算法）處理數據，以生成有意義的信息。考慮到工業工廠中存在可見和不可見問題，信息生成算法必須能夠檢測和解決工廠車間中的不可見問題，例如機器退化，部件磨損等。[21] [22]
工業4.0的影響[ 編輯]
工業4.0一詞的支持者將影響許多領域，最值得注意的是：
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服務和商業模式
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可靠性和持續生產力
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IT安全：賽門鐵克，思科和Penta Security等公司已經開始解決物聯網安全問題
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機器安全
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製造銷售：像LogicBay公司這樣的公司在製造銷售渠道中發佈了多種資源來解決工業4.0。
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產品生命週期
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產業價值鏈
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工人的教育和技能
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社會經濟因素
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行業示範：爲了幫助行業瞭解工業4.0的影響，辛辛那提市長John Cranley簽署了一份聲明，宣佈“辛辛那提將成爲工業4.0示範城市”。[23]
航空航天工業有時被稱爲“用於廣泛自動化的產量太低”，但是幾個航空航天公司已經研究了工業4.0原理，已經開發了一些技術來提高生產率，而自動化的前期成本是不合理的，其中一個例子就是航空零件製造商Meggitt PLC的項目，M4。[25] 關於如何轉向工業4.0，特別是數字化將如何影響勞動力市場的討論正在德國的工作4.0主題下進行討論。[26]
另見[ 編輯]
SCADA
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信息和通信 |
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過程控制 |
監控和數據採集（SCADA）是一種控制系統架構，它使用計算機，網絡數據通信和圖形用戶界面進行高級過程監控管理，但使用其他外圍設備，如可編程邏輯控制器（PLC）和離散PID控制器與過程工廠或機器接口。通過SCADA計算機系統處理能夠監視和發出過程命令（例如控制器設定點變化）的操作員界面。但是，實時控制邏輯或控制器計算由連接到現場傳感器和執行器的聯網模塊執行。
SCADA概念是作爲遠程訪問各種本地控制模塊的通用手段而開發的，這些模塊可以來自不同的製造商，允許通過標準自動化協議進行訪問。在實踐中，大型SCADA系統已經發展成與功能上的分佈式控制系統非常相似，但是使用多種與工廠接口的方式。他們可以控制可以包含多個站點的大規模流程，並且可以在很遠的距離和小距離上工作。[1]它是最常用的工業控制系統之一，但人們擔心SCADA系統容易受到網絡戰/網絡恐怖襲擊的攻擊。[2]
內容
控制操作中的SCADA概念[ 編輯]
製造控制操作的功能級別
SCADA系統的關鍵屬性是它能夠在各種其他專有設備上執行監督操作。
附圖是使用計算機控制顯示功能製造水平的一般模型。
參考圖表，
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0級包含現場設備，如流量和溫度傳感器，以及最終控制元件，如控制閥。
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1級包含工業化輸入/輸出（I / O）模塊及其相關的分佈式電子處理器。
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級別2包含監控計算機，它從系統上的處理器節點整理信息，並提供操作員控制屏幕。
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3級是生產控制級別，不直接控制過程，但涉及監控生產和目標。
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4級是生產調度級別。
1級包含可編程邏輯控制器（PLC）或遠程終端單元（RTU）。
2級包含SCADA軟件和計算平臺。SCADA軟件僅存在於該監督級別，因爲控制動作由RTU或PLC自動執行。SCADA控制功能通常僅限於基本覆蓋或監督級干預。例如，PLC可以控制通過工業過程的一部分的冷卻水流量到設定點水平，但SCADA系統軟件將允許操作員改變流量的設定點。SCADA還可以顯示和記錄報警條件，例如流量損失或高溫。甲反饋控制迴路是直接由RTU或PLC控制，但SCADA軟件監視環路的整體性能。
級別3和級別4不是傳統意義上的嚴格過程控制，而是進行生產控制和調度的地方。
數據採集從RTU或PLC級開始，包括儀表讀數和設備狀態報告，根據需要傳送到2級SCADA。然後對數據進行編譯和格式化，使得使用HMI（人機界面）的控制室操作員可以做出監督決定以調整或覆蓋正常的RTU（PLC）控制。數據也可以提供給歷史數據庫，通常建立在商品數據庫管理系統上，以允許趨勢和其他分析審計。
SCADA系統通常使用標籤數據庫，其包含稱爲標籤或點的數據元素，其涉及根據諸如管道和儀表圖的過程系統內的特定儀器或致動器。根據這些獨特的過程控制設備標籤參考累積數據。
使用示例[ 編輯]
在辦公環境中用於遠程監控進程的SCADA示例
大型和小型系統都可以使用SCADA概念構建。根據應用，這些系統的範圍可以從幾十到幾千個控制迴路。示例流程包括工業，基礎設施和基於設施的流程，如下所述：
但是，SCADA系統可能存在安全漏洞，因此應對系統進行評估，以識別爲降低這些風險而實施的風險和解決方案。[3]
SCADA系統組件[ 編輯]
典型的SCADA模擬顯示爲動畫。對於過程工廠，這些基於管道和儀表圖。
SCADA系統通常由以下主要元素組成：
監控計算機[ 編輯]
這是SCADA系統的核心，收集過程數據並將控制命令發送到現場連接設備。它指的是負責與現場連接控制器（RTU和PLC）通信的計算機和軟件，幷包括在操作員工作站上運行的HMI軟件。在較小的SCADA系統中，監控計算機可以由單個PC組成，在這種情況下，HMI是該計算機的一部分。在較大的SCADA系統中，主站可以包括託管在客戶端計算機上的多個HMI，用於數據採集的多個服務器，分佈式軟件應用程序和災難恢復站點。爲了提高系統的完整性，多個服務器通常配置爲雙冗餘或熱備用 在服務器發生故障或故障時提供連續控制和監控的形成。
遠程終端單元[ 編輯]
更多信息：遠程終端單元
遠程終端單元，也稱爲（RTU），在過程中連接到傳感器和致動器，並且與監控計算機系統聯網。RTU是“智能I / O”，並且通常具有嵌入式控制功能，例如梯形邏輯，以便完成布爾邏輯運算。[4]
可編程邏輯控制器[ 編輯]
更多信息：可編程邏輯控制器
也稱爲PLC，它們在過程中連接到傳感器和執行器，並以與RTU相同的方式聯網到監控系統。PLC具有比RTU更復雜的嵌入式控制功能，並且可以用一種或多種IEC 61131-3編程語言進行編程。PLC通常用於代替RTU作爲現場設備，因爲它們更經濟，通用，靈活且可配置。
通訊基礎設施[ 編輯]
這將監控計算機系統連接到RTU和PLC，並且可以使用行業標準或製造商專有協議。RTU和PLC都使用監控系統提供的最後一個命令，在過程的近實時控制下自主運行。通信網絡的故障不一定會停止工廠過程控制，並且在恢復通信時，操作員可以繼續監視和控制。一些關鍵系統將具有雙冗餘數據高速公路，通常通過不同路線進行連接。
人機界面[ 編輯]
更多信息：圖形用戶界面
更復雜的SCADA動畫顯示了對四個批量炊具的控制
人機界面（HMI）是監控系統的操作員窗口。它以模擬圖的形式以圖形方式向工作人員提供工廠信息，模擬圖是受控工廠的示意圖，以及報警和事件記錄頁。HMI鏈接到SCADA監控計算機，提供實時數據以驅動模擬圖表，報警顯示和趨勢圖。在許多安裝中，HMI是操作員的圖形用戶界面，從外部設備收集所有數據，創建報告，執行報警，發送通知等。
模擬圖由線圖和原理圖符號組成，用於表示過程元素，或者可以由過程設備的數字照片組成，上面覆蓋有動畫符號。
工廠的監督操作是通過HMI進行的，操作員使用鼠標指針，鍵盤和觸摸屏發出命令。例如，泵的符號可以向操作員顯示泵正在運行，並且流量計符號可以顯示其泵送通過管道的流體量。操作員可以通過鼠標點擊或屏幕觸摸將模擬泵從模擬中切換出來。HMI將顯示管道中流體的流速實時降低。
用於SCADA系統的HMI包通常包括繪圖程序，操作員或系統維護人員使用該程序來改變這些點在界面中的表示方式。這些表示可以像屏幕上的交通信號燈一樣簡單，它代表現場實際交通信號燈的狀態，或者像多投影儀顯示屏一樣複雜，代表摩天大樓中所有電梯的位置或全部鐵路上的火車。
一個“歷史學家”，是HMI內的軟件服務，積累了可以查詢或用來填充在HMI圖形趨勢的數據庫時間戳數據，事件和報警。歷史數據庫是從數據採集服務器請求數據的客戶端。[5]
報警處理[ 編輯]
更多信息：報警管理
大多數SCADA實施的一個重要部分是報警處理。系統監視是否滿足某些警報條件，以確定何時發生警報事件。一旦檢測到警報事件，就採取一個或多個動作（例如激活一個或多個警報指示器，並且可能生成電子郵件或文本消息，以便通知管理或遠程SCADA操作員）。在許多情況下，SCADA操作員可能必須確認警報事件; 這可能會停用某些警報指示燈，而其他指示燈會一直處於活動狀態，直到警報條件被清除。
報警條件可以是明確的 - 例如，報警點是一個數字狀態點，其值爲NORMAL或ALARM，由公式基於其他模擬和數字點中的值計算 - 或隱含：SCADA系統可能會自動監視模擬點中的值是否位於與該點相關的高限值和低限值之外。
警報指示器的示例包括警報器，屏幕上的彈出框，或屏幕上的彩色或閃爍區域（其可能以與汽車中的“燃料箱空”燈相似的方式起作用）; 在每種情況下，報警指示器的作用是將操作員的注意力吸引到系統“報警”部分，以便採取適當的措施。
PLC / RTU編程[ 編輯]
“智能”RTU或標準PLC能夠在不涉及監控計算機的情況下自主執行簡單的邏輯過程。它們採用標準化的控制編程語言，例如IEC 61131-3（一套5種編程語言，包括功能塊，梯形圖，結構化文本，序列功能圖和指令列表），經常用於創建在這些RTU和PLC的。與諸如C編程語言或FORTRAN之類的過程語言不同，IEC 61131-3由於類似於歷史物理控制陣列而具有最小的訓練要求。這允許SCADA系統工程師執行要在RTU或PLC上執行的程序的設計和實現。
甲可編程自動化控制器（PAC）是一個緊湊的控制器，結合的功能和基於PC的控制系統的功能與一個典型的PLC的。PAC部署在SCADA系統中以提供RTU和PLC功能。在許多變電站SCADA應用中，“分佈式RTU”使用信息處理器或站計算機與數字保護繼電器，PAC和其他I / O設備通信，並與SCADA主站通信以代替傳統的RTU。
PLC商業集成[ 編輯]
自1998年以來，幾乎所有主要的PLC製造商都提供集成的HMI / SCADA系統，其中許多使用開放和非專有通信協議。許多專業的第三方HMI / SCADA軟件包，提供與大多數主要PLC的內置兼容性，也已進入市場，允許機械工程師，電氣工程師和技術人員自己配置HMI，而無需定製由一個軟件程序員。遠程終端單元（RTU）連接到物理設備。通常，RTU將來自設備的電信號轉換爲數字值，例如來自開關或閥門的打開/關閉狀態，或諸如壓力，流量，電壓或電流的測量值。通過將這些電信號轉換併發送到設備，RTU可以控制設備，
通信基礎設施和方法[ 編輯]
SCADA系統傳統上使用無線電和直接有線連接的組合，儘管 SONET / SDH也經常用於鐵路和發電站等大型系統。SCADA系統的遠程管理或監視功能通常被稱爲遙測。一些用戶希望SCADA數據通過其預先建立的公司網絡傳輸或與其他應用程序共享網絡。然而，早期低帶寬協議的遺留問題仍然存在。
SCADA協議設計得非常緊湊。許多設計用於僅在主站輪詢RTU時發送信息。典型的傳統SCADA協議包括Modbus RTU，RP-570，Profibus和Conitel。這些通信協議，除Modbus（Modbus已由施耐德電氣公司開放）外，都是SCADA供應商特定的，但被廣泛採用和使用。標準協議是IEC 60870-5-101或104，IEC 61850和DNP3。這些通信協議是標準化的，並得到所有主要SCADA供應商的認可。其中許多協議現在包含通過TCP / IP進行操作的擴展。雖然使用傳統的網絡規範（如TCP / IP）模糊了傳統網絡和工業網絡之間的界限，但它們各自滿足了根本不同的要求。[6] 網絡模擬可與SCADA模擬器結合使用，以執行各種“假設”分析。
隨着安全需求的增加（例如美國的北美電力可靠性公司（NERC）和關鍵基礎設施保護（CIP）），基於衛星的通信的使用越來越多。這具有以下關鍵優勢：基礎設施可以是獨立的（不使用來自公共電話系統的電路），可以具有內置加密，並且可以根據SCADA系統運營商所需的可用性和可靠性進行設計。使用消費級VSAT的早期經驗很差。現代運營商級系統提供SCADA所需的服務質量。[7]
RTU和其他自動控制器設備是在行業廣泛的互操作性標準出現之前開發的。結果是開發人員及其管理人員創建了大量控制協議。在較大的供應商中，也有動力創建自己的協議來“鎖定”他們的客戶羣。一個自動化的協議列表在這裏編譯。
用於過程控制的OLE（OPC）可以連接不同的硬件和軟件，甚至允許在最初不打算成爲工業網絡一部分的設備之間進行通信。
mySCADA協議領域的標準化產生了獨立於供應商的協議，稱爲OPC UA（統一架構）。OPC UA開始在多個SCADA供應商中廣泛採用。
SCADA架構開發[ 編輯]
在美國陸軍的訓練手冊5-601覆蓋‘爲SCADA系統的C4ISR設施’
第一代：“單片” [ 編輯]
早期的SCADA系統計算由大型小型計算機完成。SCADA開發時並不存在常見的網絡服務。因此，SCADA系統是獨立的系統，沒有與其他系統的連接。當時使用的通信協議是嚴格專有的。第一代SCADA系統冗餘是使用連接到所有遠程終端單元站點的備用主機系統實現的，並且在主要主機系統發生故障時使用。[11] 一些第一代SCADA系統被開發爲在小型計算機上運行的“交鑰匙”操作，例如由Digital Equipment Corporation製造的PDP-11系列。[ 引證需要]。
第二代：“分佈式” [ 編輯]
SCADA信息和命令處理分佈在通過LAN連接的多個站點上。信息幾乎是實時共享的。每個工作站負責一項特定任務，與第一代SCADA相比，降低了成本。使用的網絡協議仍未標準化。由於這些協議是專有的，因此開發人員之外的人很少知道確定SCADA安裝的安全性。SCADA安裝的安全性通常被忽視。
第三代：“聯網” [ 編輯]
與分佈式架構類似，任何複雜的SCADA都可以簡化爲最簡單的組件，並通過通信協議進行連接。在網絡設計的情況下，系統可以分佈在稱爲過程控制網絡（PCN）的多於一個LAN網絡上並且在地理上分離。可以將具有單個管理程序和歷史記錄的並行運行的多個分佈式體系結構SCADA視爲網絡體系結構。這允許在非常大規模的系統中實現更具成本效益的解決方案。
第四代：“物聯網” [ 編輯]
隨着雲計算的商業可用性，SCADA系統越來越多地採用物聯網技術來顯着提高互操作性，[12]降低基礎設施成本並增加維護和集成的便利性。[13]因此，SCADA系統現在可以近乎實時地報告狀態，並使用雲環境中可用的水平尺度來實現比在傳統可編程邏輯控制器上實現的實際可行的更復雜的控制算法[14]。[15]此外，使用開放式網絡協議，如TLS 物聯網技術中固有的，與許多分散的SCADA實現典型的專有網絡協議的異構混合相比，提供了更容易理解和可管理的安全邊界。
與傳統的基於PLC的程序相比，這種數據分散還需要與SCADA不同的方法。當在本地使用SCADA系統時，首選方法涉及將用戶界面上的圖形綁定到存儲在特定PLC存儲器地址中的數據。然而，當數據來自不同的傳感器，控制器和數據庫（可能是本地的或在不同的連接位置）的混合時，典型的1對1映射變得有問題。對此的解決方案是數據建模，這是從面向對象編程派生的概念。[16]
在數據模型中，每個設備的虛擬表示在SCADA軟件中構建。這些虛擬表示（“模型”）不僅可以包含所表示設備的地址映射，還可以包含可能由SCADA的其他方面使用的任何其他相關信息（基於Web的信息，數據庫條目，媒體文件等）。 /物聯網實施。隨着物聯網複雜性的增加，傳統的SCADA越來越“家庭化”，並且隨着通信協議逐漸發展成爲獨立於平臺的面向服務的體系結構（如OPC UA），[17]可能更多SCADA軟件開發人員將實現某種形式的數據建模。
安全問題[ 編輯]
將電力，石油，天然氣管道，配水和污水收集系統等分散設施連接在一起的SCADA系統設計爲開放，堅固，易於操作和維修，但不一定安全。[18]從專有技術向更標準化和開放的解決方案的轉變，以及SCADA系統，辦公網絡和互聯網之間連接數量的增加，使得它們更容易受到計算機安全中相對常見的網絡攻擊類型的攻擊。例如，美國計算機應急準備小組（US-CERT）發佈了一個漏洞諮詢[19]警告未經身份驗證的用戶可以使用標準攻擊類型從感應自動化點火系統下載敏感配置信息，包括密碼哈希，利用對Tomcat 嵌入式Web服務器的訪問。安全研究員Jerry Brown 在Wonderware InBatchClient ActiveX控件中提交了一份關於緩衝區溢出漏洞[20]的類似建議。兩家供應商在公開漏洞發佈之前都提供了更新。緩解建議是標準的修補實踐，需要VPN 訪問安全連接。因此，一些基於SCADA的系統的安全性受到質疑，因爲它們被視爲可能容易受到網絡攻擊。[2] [21] [22]
特別是安全研究人員關心的問題
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在一些現有SCADA網絡的設計，部署和運行中缺乏對安全性和認證的關注
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相信SCADA網絡是安全的，因爲它們是物理安全的
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相信SCADA網絡是安全的，因爲它們與互聯網斷開連接
SCADA系統用於控制和監控物理過程，其中的例子是電力傳輸，管道中的天然氣和石油運輸，水分配，交通信號燈以及用作現代社會基礎的其他系統。這些SCADA系統的安全性很重要，因爲這些系統的妥協或破壞會影響遠離原始妥協的社會的多個領域。例如，由於電氣SCADA系統受損導致的停電會給從該電源接收電力的所有客戶造成經濟損失。安全性如何影響傳統SCADA和新部署還有待觀察。
現代SCADA系統有許多威脅載體。一種是未經授權訪問控制軟件的威脅，無論是人爲訪問還是由於病毒感染和駐留在控制主機上的其他軟件威脅而故意或意外引起的變化。另一個是分組訪問託管SCADA設備的網段的威脅。在許多情況下，控制協議缺乏任何形式的加密安全性，允許攻擊者通過網絡發送命令來控制SCADA設備。在許多情況下，SCADA用戶認爲擁有VPN可提供足夠的保護，而不會意識到通過物理訪問SCADA相關的網絡插孔和交換機可以輕易地繞過安全性。工業控制供應商建議接近SCADA安全性信息安全採用縱深防禦策略，利用常見的IT實踐。[23]
SCADA系統在我們現代基礎設施中的可靠功能可能對公共健康和安全至關重要。因此，對這些系統的攻擊可能直接或間接威脅公共健康和安全。這種攻擊已經發生在Maroochy Shire Council在澳大利亞昆士蘭州的污水控制系統中進行。[24] 承包商在2000年1月安裝SCADA系統後不久，系統組件開始運行不正常。泵在需要時沒有運行並且沒有報警。更爲關鍵的是，污水淹沒了附近的一個公園，污染了一個開放的地表水排水溝，並流向了500米的潮汐運河。當設計方案應該關閉時，SCADA系統指示污水閥打開。最初，這被認爲是系統錯誤。對系統日誌的監控顯示，故障是網絡攻擊的結果。在發現罪魁禍首之前，調查人員報告了46起單獨的惡意外部干擾事件。這些攻擊是由安裝了SCADA系統的公司的一名心懷不滿的前僱員做出的。
2008年4月，評估美國對電磁脈衝（EMP）攻擊的威脅委員會發布了一份關鍵基礎設施報告，該報告討論了SCADA系統對電磁脈衝（EMP）事件的極端脆弱性。經過測試和分析，委員會得出結論：“SCADA系統容易受到EMP事件的影響。所有國家關鍵基礎設施的大量數量和廣泛依賴此類系統對EMP事件後的持續運行構成了系統性威脅。此外，重新啓動，修復或更換大量地理上分散的系統的必要性將大大阻礙國家從這種攻擊中恢復過來。“ [25]
許多SCADA和控制產品供應商已開始通過開發基於TCP / IP的SCADA網絡的專用工業防火牆和VPN解決方案以及外部SCADA監控和記錄設備來應對未經授權訪問所帶來的風險。該自動化國際協會（ISA）開始正式SCADA安全要求在2007年的一個工作組，WG4。WG4“專門處理評估和確保工業自動化和控制系統設備的安全彈性和性能所需的獨特技術要求，測量和其他功能”。[26]
對SCADA漏洞的興趣日益增加導致漏洞研究人員發現商業SCADA軟件中的漏洞以及向一般安全社區提供的更一般的攻擊性SCADA技術。[27] 在電力和燃氣公用事業SCADA系統中，在某些情況下通過應用採用認證和高級加密標準加密的線上設備來解決大型有線和無線串行通信鏈路安裝基礎的漏洞，而不是替換所有現有節點。[28]
2010年6月，反病毒安全公司VirusBlokAda報告首次發現攻擊在Windows操作系統上運行的SCADA系統（西門子的WinCC / PCS 7系統）的惡意軟件。該惡意軟件被稱爲Stuxnet，使用四次零日攻擊來安裝rootkit，後者又登錄到SCADA的數據庫並竊取設計和控制文件。[29] [30]惡意軟件還能夠更改控制系統並隱藏這些更改。該惡意軟件發現於14個系統，其中大部分位於伊朗。[31]
2013年10月，國家地理雜誌發佈了題爲“ 美國大停電”的紀錄片，其中涉及對SCADA和美國電網的想象性大規模網絡攻擊。[32]
另見[ 編輯]
物聯網
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繪圖代表物聯網（IoT）。
在物聯網（物聯網）是一個包含設備，汽車和家用電器的網絡電子，軟件，驅動器和連接，允許這些東西連接，互動和交換數據。[1] [2] [3] [4]
物聯網涉及將互聯網連接擴展到標準設備（如臺式機，筆記本電腦，智能手機和平板電腦）之外，以及任何傳統的啞巴或非互聯網物理設備和日常物品。這些設備嵌入了技術，可以通過Internet進行通信和交互，並且可以遠程監控和控制它們。
內容
歷史[ 編輯]
由於多種技術，實時分析，機器學習，商品傳感器和嵌入式系統的融合，物聯網的定義已經發展。[5]嵌入式系統，無線傳感器網絡，控制系統，自動化（包括家庭和樓宇自動化）等傳統領域都有助於實現物聯網。[6]
早在1982年就討論了智能設備網絡的概念，在卡內基梅隆大學改造的可樂自動售貨機成爲第一個連接互聯網的設備，[7]能夠報告其庫存以及新裝飲料是否冷。[8] Mark Weiser 1991年關於普適計算的論文“21世紀的計算機”，以及UbiComp和PerCom等學術場所產生了物聯網的當代視角。[9] [10] 1994年，Reza Raji在IEEE Spectrum中描述了這一概念 作爲“將小數據包移動到大量節點，以便集成和自動化從家用電器到整個工廠的所有內容”。[11]在1993年至1997年間，一些公司提出了微軟的工作或Novell的NEST等解決方案。當Bill Joy將設備到設備（D2D）通信設想爲他的“六網”框架的一部分時，該領域獲得了動力，該框架於1999年在達沃斯世界經濟論壇上發表。[12]
術語“物聯網”可能是由創造凱文·阿什頓的寶潔，後來麻省理工學院的Auto-ID中心，在1999年，[13]但他更喜歡‘互聯網短語的事情’。[14]此時，他認爲射頻識別（RFID）對於物聯網至關重要，[15]這將允許計算機管理所有個別事物。[16] [17] [18]
2002年6月，一份提到物聯網的研究文章被提交給挪威北歐研究人員會議，[19]之前是2002年1月在芬蘭發表的一篇文章。[20]這裏描述的實施是由卡里開發的。 Främling和他在赫爾辛基理工大學的團隊更緊密地匹配現代技術，即用於實現智能互聯物體的信息系統基礎設施。[21]
將物聯網定義爲“只是將更多'事物或物體'連接到互聯網的時間點而不是人”，思科系統公司估計物聯網在2008年至2009年間“誕生”，物聯網/人員比例從2003年爲0.08，2010年爲1.84。[22]
應用[ 編輯]
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一個鳥巢學習型恆溫能源使用和當地的天氣報告。
物聯網設備的廣泛應用[23]通常分爲消費者，商業，工業和基礎設施空間。[24] [25]
消費者應用[ 編輯]
越來越多的物聯網設備被創建用於消費者使用，包括聯網車輛，家庭自動化，可穿戴技術，連接健康以及具有遠程監控功能的設備。[26]
智能家居[ 編輯]
物聯網設備是家庭自動化這一更大概念的一部分，其中包括照明，供暖和空調，媒體和安全系統。[27] [28]長期效益可能包括通過自動確保燈和電子設備關閉來節省能源。
智能家居或自動化家庭可以基於控制智能設備和設備的平臺或集線器。[29]例如，使用Apple的HomeKit，製造商可以通過iOS設備（如iPhone和Apple Watch）中的應用程序控制其家用產品和配件。[30] [31]這可能是一個專用的應用程序或iOS本機應用程序，如Siri。[32]這可以在聯想的Smart Home Essentials案例中得到證明，這是一系列智能家居設備，可通過Apple的家庭應用程序或Siri進行控制，無需使用Wi-Fi網橋。[32]還有專門的智能家居集線器，作爲連接不同智能家居產品的獨立平臺提供，包括Amazon Echo，Google Home，Apple HomePod和Samsung的SmartThings Hub。[33]
老年人護理[ 編輯]
智能家居的一個關鍵應用是爲殘疾人和老年人提供幫助。這些家庭系統使用輔助技術來適應所有者的特定殘疾。[34] 語音控制可以幫助用戶實現視力和移動性限制，同時警報系統可以直接連接到聽力受損用戶佩戴的人工耳蝸。[35]它們還可以配備額外的安全功能。這些功能可以包括監測醫療緊急情況（如跌倒或癲癇發作）的傳感器。[36]以這種方式應用的智能家居技術可以爲用戶提供更多的自由和更高的生活質量。[34]
術語“企業物聯網”是指在商業和公司環境中使用的設備。到2019年，估計EIoT將佔據91億臺設備。[24]
商業應用[ 編輯]
醫療保健[ 編輯]
該醫療物聯網（也稱爲健康物聯網）是物聯網的醫療衛生相關的目的，數據收集和研究分析和監控的應用程序。[37] [38] [39] [40] [41]這種“智能醫療保健” [42]也可以稱之爲“醫療保健系統”，它創造了一個數字化的醫療保健系統，將可用的醫療資源和醫療服務聯繫起來。[43]
物聯網設備可用於啓用遠程健康監控和緊急通知系統。這些健康監測設備的範圍從血壓和心率監測器到能夠監測專用植入物的先進設備，例如心臟起搏器，Fitbit電子腕帶或高級助聽器。[44]一些醫院已經開始實施“智能病牀”，可以檢測病人何時被佔用以及病人何時起牀。它還可以自行調整以確保在沒有護士手動交互的情況下對患者施加適當的壓力和支撐。[37]2015年高盛的一份報告顯示，醫療保健物聯網設備“通過增加收入和降低成本，可以爲美國節省超過3000億美元的年度醫療支出。” [45] [46]此外，使用移動設備支持醫療後續行動導致創建“移動健康”，用於“分析，捕獲，傳輸和存儲來自多種資源的健康統計數據，包括傳感器和其他生物醫學採集系統“。[47]
生活空間內還可以配備專門的傳感器，以監測老年人的健康和一般福祉，同時確保正在進行適當的治療，並幫助人們通過治療恢復失去的活動能力。[48]這些傳感器創建了一個智能傳感器網絡，能夠收集，處理，傳輸和分析不同環境中的有價值信息，例如將家庭內監控設備連接到基於醫院的系統。[42]其他用於鼓勵健康生活的消費設備，例如連接秤或可穿戴式心臟監測器，也是物聯網的可能性。[49]端到端健康監測物聯網平臺也可用於產前和慢性病患者，幫助人們管理健康生命體徵和復發藥物需求。[50]
塑料和織物電子製造方法的進步使得超低成本，使用和拋出的IoMT傳感器成爲可能。這些傳感器以及所需的RFID電子設備可以在紙張或電子紡織品上製造，用於無線供電的一次性傳感設備。[51]已建立用於即時醫療診斷的應用，其中便攜性和低系統複雜性是必不可少的。[52]
截至2018年，IoMT不僅應用於臨牀實驗室行業[39]，還應用於醫療保健和健康保險行業。醫療行業的IoMT現在允許醫生，患者和其他相關人員（即患者，護士，家屬等的監護人）成爲系統的一部分，患者記錄保存在數據庫中，允許醫生和其他人醫務人員可以訪問患者的信息。[43]此外，基於物聯網的系統以患者爲中心，涉及對患者的醫療條件具有靈活性。[43]保險業中的IoMT提供了對更好和新型動態信息的訪問。這包括基於傳感器的解決方案，如生物傳感器，可穿戴設備，連接的健康設備和移動應用程序，以跟蹤客戶行爲。這可以帶來更準確的承保和新的定價模式。[53]
物聯網在醫療保健中的應用在管理慢性病和疾病預防和控制方面發揮着重要作用。通過連接強大的無線解決方案，可實現遠程監控。該連接使健康從業者能夠捕獲患者的數據並在健康數據分析中應用複雜的算法。[54]
交通[ 編輯]
數字變速限制標誌。
物聯網可以協助跨各種運輸系統整合通信，控制和信息處理。物聯網的應用擴展到運輸系統的所有方面（即車輛，[55]基礎設施，以及駕駛員或用戶）。運輸系統的這些組件之間的動態交互使得車內和車內通信，[56] 智能交通控制，智能停車，電子收費系統，後勤和車隊管理，車輛控制以及安全和道路輔助成爲可能。[44] [57]例如，在物流和車隊管理中，物聯網平臺可以通過無線傳感器持續監控貨物和資產的位置和狀況，並在發生管理異常時發送特定警報（延誤，損壞，盜竊等）。只有物聯網及其在設備之間的無縫連接才能實現這一點。GPS，溼度，溫度等傳感器將數據發送到物聯網平臺，然後分析數據並進一步發送給用戶。這樣，用戶可以跟蹤車輛的實時狀態並做出適當的決定。如果與機器學習相結合，那麼它還可以通過向駕駛員引入睡意警報和提供自駕車來幫助減少交通事故。
建築和家庭自動化[ 編輯]
物聯網設備可用於監控和控制家庭自動化和樓宇自動化系統中各種類型的建築物（例如，公共和私人，工業，機構或住宅）[44]中使用的機械，電氣和電子系統。在這方面，文獻涵蓋了三個主要領域：[58]
工業應用[ 編輯]
主要文章：工業物聯網
製造[ 編輯]
物聯網可以實現各種製造設備的無縫集成，這些設備配備有傳感，識別，處理，通信，驅動和網絡功能。基於這樣一個高度集成的智能網絡物理空間，它打開了爲製造業創造全新業務和市場機會的大門。[60]製造設備，資產和狀況管理或製造過程控制的 網絡控制和管理將物聯網帶入工業應用和智能製造領域。[61]物聯網智能系統通過網絡機械，傳感器和控制系統，實現新產品的快速製造，對產品需求的動態響應以及製造生產和供應鏈網絡的實時優化。[44]
用於自動化過程控制，操作員工具和服務信息系統以優化工廠安全性和安全性的數字控制系統屬於物聯網的範圍。[62]但它也通過預測性維護，統計評估和測量擴展到資產管理，以最大限度地提高可靠性。[63]智能工業管理系統也可以與智能電網集成，從而實現實時能源優化。大量網絡傳感器提供測量，自動控制，工廠優化，健康和安全管理以及其他功能。[44]
工業物聯網（IIoT）這個術語在製造業中經常遇到，指的是物聯網的工業子集。製造業的IIoT可以產生如此多的商業價值，最終將導致第四次工業革命，因此所謂的工業4.0。據估計，未來成功的公司將能夠通過物聯網增加收入，創建新的業務模式，提高生產力，利用分析創新，轉變員工隊伍。[64]到2030年，實施IIoT的增長潛力可能會產生12萬億美元的全球GDP。[64]
支持網絡物理系統的製造系統的設計架構[65]
雖然連接和數據採集對於IIoT來說是必不可少的，但它們不應該是目的，而是更大的基礎和途徑。在所有技術中，預測性維護可能是相對“更容易獲勝”，因爲它適用於現有資產和管理系統。智能維護系統的目標是減少意外停機時間並提高生產率。[66]並且要意識到僅在總維護成本上就能產生高達30％的成本。[64] 工業大數據分析將在製造資產預測維護方面發揮至關重要的作用，儘管這不是工業大數據的唯一能力。[67] [68] 網絡物理系統（CPS）是工業大數據的核心技術，它將成爲人類與網絡世界之間的接口。網絡物理系統可以通過遵循5C（連接，轉換，網絡，認知，配置）架構來設計，[65]它將收集的數據轉換爲可操作的信息，並最終干擾物理資產以優化流程。
這種案例的物聯網智能系統於2001年提出，後來於2014年由辛辛那提大學國家科學基金會工業/大學智能維護系統協作研究中心（IM）在芝加哥IMTS 2014 年的帶鋸機上展示。 。[69] [70] [71]帶鋸機不一定昂貴，但帶鋸帶的費用很高，因爲它們的退化速度要快得多。然而，如果沒有傳感和智能分析，只能通過帶鋸鋸帶實際斷裂的經驗來確定。開發的預測系統將能夠識別和監測退化即使條件發生變化，也可以使用帶鋸鋸帶，建議用戶何時更換皮帶是最佳時機。這將顯着改善用戶體驗和操作員安全性，並最終節省成本。[71]
農業[ 編輯]
農業[72]中有許多物聯網應用，例如收集溫度，降雨量，溼度，風速，蟲害和土壤含量等數據。這些數據可用於自動化農業技術，做出明智的決策以改善質量和數量，最大限度地降低風險和浪費，並減少管理作物所需的工作量。例如，農民現在可以從遠處監測土壤溫度和水分，甚至將物聯網獲取的數據應用於精確施肥計劃。[73]
2018年8月，豐田通商開始與微軟合作，利用Microsoft Azure應用程序套件創建魚類養殖工具，用於與水管理相關的物聯網技術。水泵機制部分由金山大學的研究人員開發，使用人工智能計算傳送帶上的魚數，分析魚的數量，並從魚提供的數據中推斷出水流的有效性。此過程中使用的特定計算機程序屬於Azure機器學習和Azure IoT Hub平臺。[74]
基礎設施應用[ 編輯]
監測和控制可持續城鄉基礎設施（如橋樑，鐵路軌道和陸上和海上風電場）的運營是物聯網的關鍵應用。[62]物聯網基礎設施可用於監控可能危及安全和增加風險的任何事件或結構條件的變化。物聯網可以通過節省成本，減少時間，提高工作效率，無紙化工作流程和提高生產率來使建築行業受益。通過實時數據分析，它可以幫助您更快地做出決策並節省資金。它還可以通過協調不同服務提供商和這些設施的用戶之間的任務，以有效的方式安排維修和維護活動。[44]物聯網設備還可用於控制橋樑等關鍵基礎設施，以提供對船舶的訪問。使用物聯網設備監控和運行基礎設施可能會改善事故管理和應急響應協調，服務質量，正常運行時間並降低所有基礎設施相關領域的運營成本。[75]即使像廢物管理這樣的領域也可以從物聯網帶來的自動化和優化中受益[76]。[77]
大都市規模部署[ 編輯]
有許多計劃或正在進行的物聯網大規模部署，以便更好地管理城市和系統。例如，韓國鬆島，這是第一個設備齊全的有線智能城市，正逐步建成，截至2018年6月，約70％的商業區已完工。該市大部分地區都計劃採用有線和自動化設施，很少或根本沒有人爲干預。[78]
另一個應用是西班牙桑坦德目前正在進行的項目。對於這種部署，採用了兩種方法。這個擁有18萬居民的城市已經看到了18,000個城市智能手機應用程序的下載量。該應用程序連接到10,000個傳感器，可實現停車搜索，環境監控，數字城市議程等服務。城市環境信息用於該部署中，以便通過基於城市行爲的火花交易機制使商家受益，該城市行爲旨在最大化每個通知的影響。[79]
正在進行的大規模部署的其他例子包括中新廣州知識城; [80]在加利福尼亞州聖何塞市，致力於改善空氣和水質，減少噪音污染，提高運輸效率; [81]和新加坡西部的智能交通管理。[82]法國公司Sigfox於2014年開始在舊金山灣區建設一個超窄帶無線數據網絡，這是在美國實現此類部署的第一個業務[83] [84]它隨後宣佈將建立共有4000個基站到2016年底，它將覆蓋美國30個城市，使其成爲迄今爲止該國最大的物聯網網絡覆蓋提供商。[85] [86]思科還參與了智慧城市項目。思科已開始在5公里區域內部署智能Wi-Fi，智能安全和安全，智能照明，智能停車，智能交通，智能公交站點，智能信息亭，政府服務遠程專家（REGS）和智能教育等技術維傑瓦達市。[87]
另一個大型部署的例子是由紐約市紐約水道公司完成的連接所有城市船隻並能夠全天候監控它們的一個例子。該網絡由Fluidmesh Networks 設計和設計，Fluidmesh Networks是一家位於芝加哥的公司，爲關鍵應用開發無線網絡。NYWW網絡目前正在哈德遜河，東河和上紐約灣提供覆蓋。隨着無線網絡的到位，NY Waterway能夠以前所未有的方式控制其機隊和乘客。新的應用程序可以包括安全，能源和車隊管理，數字標牌，公共Wi-Fi，無紙化票務等。[88]
能源管理[ 編輯]
大量耗能設備（例如交換機，電源插座，燈泡，電視等）已經集成了互聯網連接，這使得它們可以與公用事業公司進行通信，以平衡發電和能源使用[89]並優化能源消耗。整個。[44]這些裝置允許用於經由用戶的遙控器，或中央管理雲基礎的接口，和啓用功能等的調度（例如，遠程地打開或關閉電源的加熱系統，控制爐，改變照明條件等）。[44]所述的智能電網是一個實用的物聯網應用程序; 系統收集能源和電力相關信息並採取行動，以提高電力生產和分配的效率。[89]使用高級計量基礎設施（AMI）連接互聯網的設備，電力設施不僅可以收集最終用戶的數據，還可以管理變壓器等配電自動化設備。[44]
環境監測[ 編輯]
環境監測物聯網的應用程序通常使用傳感器，環保協助[90]通過監測空氣和水的質量，[91] 大氣或土壤條件，[92] ，甚至可以包括像監視區域野生動物的運動和他們的棲息地。[93]連接到互聯網的資源受限設備的開發也意味着其他應用，如地震或海嘯預警系統緊急服務也可以用來提供更有效的援助。此應用中的物聯網設備通常跨越大的地理區域，也可以是移動的。[44]有人認爲物聯網帶來的標準化無線傳感將徹底改變這一領域。[94]
生活實驗室
集成物聯網的另一個例子是Living Lab，它集成並結合了研究和創新過程，在公私合作伙伴關係中建立起來。[95]目前有320個生活實驗室使用物聯網在利益相關者之間進行協作和共享知識，共同創造創新和技術產品。對於公司實施和開發智能城市的物聯網服務，他們需要有激勵措施。政府在智慧城市項目中發揮關鍵作用，因爲政策的變化將有助於城市實施物聯網，從而提供正在使用的資源的有效性，效率和準確性。例如，政府提供稅收優惠和廉價租金，改善公共交通，並提供一個環境，讓初創公司，創意產業和跨國公司共同創建，共享共同的基礎設施和勞動力市場，並利用本地嵌入式技術的優勢，生產過程和交易成本。[95] 技術開發人員和管理城市資產的政府之間的關係是以有效的方式向用戶提供資源開放訪問的關鍵。
趨勢和特點[ 編輯]
技術路線圖：物聯網。
物聯網近年來的主要重要趨勢是互聯網連接和控制的設備的爆炸性增長。[96]物聯網技術的廣泛應用意味着從一個設備到另一個設備的細節可能非常不同，但大多數人都有共同的基本特徵。
物聯網爲物理世界更直接地集成到基於計算機的系統創造了機會，從而提高了效率，提高了經濟效益，減少了人力消耗。[97] [98] [99] [100]
2017年物聯網設備數量同比增長31％至84億[101]，預計到2020年將有300億臺設備。[96]預計物聯網的全球市場價值將達到到2020年達7.1萬億美元。[102]
情報[ 編輯]
環境智能和自主控制不是物聯網原始概念的一部分。環境智能和自主控制也不一定需要互聯網結構。然而，研究（由英特爾等公司）轉變爲整合物聯網和自主控制的概念，初步成果朝着這個方向發展，將對象視爲自主物聯網的驅動力。[103]
在未來，物聯網可能是一個非確定性和開放的網絡，其中自動組織或智能實體（Web服務，SOA組件）和虛擬對象（虛擬形象）將可互操作並能夠獨立行動（追求自己的目標或共享目標，取決於背景，環境或環境。通過收集和推理上下文信息以及對象檢測環境變化（影響傳感器的故障）和引入適當的緩解措施的能力的自主行爲構成了一個主要的研究趨勢，[104]顯然需要爲物聯網技術提供可信度。市場上的現代物聯網產品和解決方案使用各種不同的技術來支持這種上下文感知自動化，但要求更復雜的智能形式允許傳感器單元和智能網絡物理系統部署在真實環境中。[105]
建築[ 編輯]
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本節需要技術專家的關注。具體問題是：信息部分過時，不清楚和未被刪除。需要更多細節，但不是那麼技術性，其他人不會理解它.WikiProject技術可能能夠幫助招募專家。（2018年7月） |
IIoT系統架構在其簡單的視圖中由三層組成：第1層：設備，第2層：Edge網關，第3層：雲。[106]的設備包括聯網的東西，如傳感器和致動器在IIoT設備發現，特別是那些使用協議如Modbus，Zigbee或專有協議，連接到邊緣網關。[106]邊緣Gateway由傳感器數據聚合系統稱爲邊緣網關提供的功能，例如數據的預處理，固定連接到雲，使用系統如WebSockets的，事件轂，並且，甚至在某些情況下，邊緣分析或霧計算。[106]最後一層包括使用微服務架構爲IIoT構建的雲應用程序，它通常是多語言，本質上使用HTTPS / OAuth本質上是安全的。它包括存儲傳感器數據的各種數據庫系統，例如使用後端數據存儲系統的時間序列數據庫或資產存儲（例如Cassandra，Postgres）。[106]大多數基於雲的物聯網系統中的雲層具有事件排隊和消息系統，可處理所有層中發生的通信。[107]一些專家將IIoT系統中的三層分類爲邊緣，平臺和企業，它們分別通過鄰近網絡，接入網絡和服務網絡連接。[108]
物聯網的基礎上，對事物的網絡是物聯網看着從物聯網設備數據的融合到Web應用程序來創建創新的使用情況的互聯網應用層的架構。爲了編程和控制物聯網中的信息流，預測的架構方向被稱爲BPM Everywhere，它是傳統流程管理與流程挖掘和特殊功能的混合，以自動控制大量協調設備。[ 引證需要 ]
網絡架構[ 編輯]
物聯網需要網絡空間的巨大可擴展性來處理設備的激增。[109] IETF 6LoWPAN將用於將設備連接到IP網絡。隨着數十億設備[110]被添加到互聯網空間，IPv6將在處理網絡層可擴展性方面發揮重要作用。IETF的約束應用協議，ZeroMQ和MQTT將提供輕量級數據傳輸。
霧計算是防止通過互聯網發生如此大量數據流的可行替代方案。[111]所述的邊緣設備 “的計算能力可以被用於分析和處理數據，從而提供容易實時的可擴展性。[ 引證需要 ]
複雜性[ 編輯]
在半開放或閉環（即價值鏈中，只要全球終結能夠得到解決），由於大量不同的鏈接，自治參與者之間的相互作用，以及其自身行動者之間的相互作用，IoT通常會被視爲一個複雜的系統[112]。整合新演員的能力。在整個階段（完全開環），它可能被視爲一個混亂的環境（因爲系統總是有終結）。作爲一種實用的方法，並非物聯網中的所有元素都在全球公共空間中運行。通常實施子系統以減輕隱私，控制和可靠性的風險。例如，在智能家居中運行的家用機器人（家庭自動化）可能僅在本地網絡內共享數據並且可通過本地網絡獲得。[113]管理和控制高動態ad hoc物聯網設備網絡是傳統網絡架構的一項艱鉅任務，軟件定義網絡（SDN）提供靈活的動態解決方案，可以滿足創新物聯網應用多樣性的特殊要求。[114]
尺寸考慮[ 編輯]
物聯網將編碼50到100萬億個物體，並能夠跟蹤這些物體的移動。在被調查的城市環境中的人類每個被1000到5000個可追蹤物體包圍。[115] 2015年，人們家中已有8300萬臺智能設備。這個數字即將在2020年增長到1.93億臺設備，並且肯定會在不久的將來繼續增長。[28]
2017年，在線功能設備的數量從2016年增長了31％，達到84億。[101]
空間考慮[ 編輯]
在物聯網中，物體的精確地理位置 - 以及物體的精確地理尺寸 - 將是至關重要的。[116]因此，對這些事情的事實，比如它的位置在時間和空間上，已經不太重要的跟蹤，因爲處理信息的人可以決定信息是否是該行動的重要上當受騙，如果是這樣，添加缺失的信息（或決定不採取行動）。（請注意，物聯網中的某些東西將是傳感器，傳感器位置通常很重要。[117]）地理網絡和數字地球是有希望的應用程序，當事物可以按位置組織和連接時成爲可能。然而，仍然存在的挑戰包括可變空間尺度的限制，處理大量數據的需要，以及快速搜索和鄰居操作的索引。在物聯網中，如果事情能夠主動採取行動，那麼這種以人爲中心的調解作用就會被消除。因此，我們作爲人類認爲理所當然的時空背景必須在這個信息生態系統中發揮核心作用。正如標準在互聯網和網絡中發揮關鍵作用一樣，地理空間標準將在物聯網中發揮關鍵作用。[118] [119]
解決“一籃子遙控器” [ 編輯]
許多物聯網設備都有可能佔據這個市場的一部分。讓-路易·加西（蘋果最初的校友團隊，BeOS的聯合創始人）有一篇文章在討論這個話題週一注意，[120] ，他預測，最有可能的問題，將是他所謂的“遙控器的籃子”的問題，我們將有數百個應用程序與數百個不共享協議的設備進行交互。[120]爲了改善用戶交互，一些技術領導者正在聯手爲設備之間的通信創建標準，以解決這個問題。其他人正在轉向設備預測性交互的概念，“收集的數據用於預測和觸發特定設備上的操作”，同時使它們協同工作。[121]
爲物聯網啓用技術[ 編輯]
有許多技術可以實現物聯網。對於該領域至關重要的是用於在物聯網安裝的設備之間進行通信的網絡，這是幾種無線或有線技術可能實現的角色：[122] [123] [124]
可尋址性[ 編輯]
自動識別中心的最初構思是基於RFID標籤和通過電子產品代碼的唯一識別，然而，這已經發展成具有IP地址或URI的對象。[125]另一種觀點，來自語義網[126]的世界，而是通過現有的命名協議（如URI）使所有事物（不僅僅是電子，智能或RFID啓用）可以解決。對象本身不會交談，但現在可以由其他代理引用它們，例如代表其人類所有者的強大的集中式服務器。[127]與互聯網的整合意味着設備將使用IP地址作爲唯一標識符。由於有限的地址空間的IPv4的（允許4.3十億唯一的地址），在物聯網的對象將不得不使用下一代互聯網協議（的IPv6的）擴展到所需的非常大的地址空間。[128] [129] [130] 物聯網設備還將受益於IPv6中存在的無狀態地址自動配置，[131]因爲它減少了主機上的配置開銷，[129]和IETF 6LoWPAN標頭壓縮。如果沒有IPv6的支持，在很大程度上將無法實現物聯網的未來; 因此，未來幾年全球採用IPv6對於未來物聯網的成功發展至關重要。[130]
短距離無線[ 編輯]
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Light-Fidelity（Li-Fi） - 類似於Wi-Fi標準的無線通信技術，但使用可見光通信來增加帶寬。
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近場通信（NFC） - 通信協議，使兩個電子設備能夠在4釐米範圍內通信。
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射頻識別（RFID） - 利用電磁場讀取存儲在嵌入其他項目的標籤中的數據的技術。
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傳輸層安全性 - 網絡安全協議。
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Wi-Fi - 基於IEEE 802.11標準的局域網絡技術，設備可以通過共享接入點或直接在各個設備之間進行通信。
中程無線[ 編輯]
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LTE-Advanced - 移動網絡的高速通信規範。提供LTE標準的增強功能，擴展覆蓋範圍，更高吞吐量和更低延遲。
遠程無線[ 編輯]
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低功耗廣域網（LPWAN） - 無線網絡，旨在以低數據速率進行遠程通信，降低傳輸的功率和成本。可用的LPWAN技術和協議：LoRaWan，Sigfox，NB-IoT，失重。
有線[ 編輯]
標準和標準組織[ 編輯]
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本節需要擴展。您可以通過添加它來提供幫助。 （2016年9月） |
這是物聯網技術標準的列表，其中大部分是開放標準，以及渴望成功設置它們的標準組織。[132] [133]
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簡稱 |
長名 |
正在制定的標準 |
其他說明 |
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自動識別中心 |
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電子產品代碼技術 |
採用EPC（電子產品代碼）技術的標準 |
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美國食品和藥物管理局 |
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家長組織包括GS1 US等成員組織 |
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電氣和電子工程師協會 |
基礎通信技術標準，如IEEE 802.15.4 |
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互聯網工程任務組 |
包含TCP / IP的標準（Internet協議套件） |
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MTConnect Institute |
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開放數據格式 |
O-DF是2014年開放組織物聯網工作組發佈的標準，它規定了一般信息模型結構，適用於描述任何“事物”，以及發佈，更新和查詢與O-MI（開放消息傳遞接口）一起使用時的信息。 |
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打開消息傳遞接口 |
O-MI是2014年開放組織物聯網工作組發佈的標準，它規定了物聯網系統中所需的一組有限的關鍵操作，特別是基於觀察者模式的不同類型的訂閱機制。 |
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開放連接基金會 |
使用CoAP（約束應用程序協議）的簡單設備的標準 |
OCF（開放式連接基金會）取代OIC（開放互連聯盟） |
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開放移動聯盟 |
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XMPP標準基金會 |
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政治和公民參與[ 編輯]
一些學者和活動家認爲，如果設備網絡可以對用戶控制和可互操作平臺開放，那麼物聯網可用於創建新的公民參與模型。教授兼作家菲利普·N·霍華德寫道，民主國家和專制政權的政治生活將由物聯網用於公民參與的方式決定。爲此，他認爲任何連接的設備都應該能夠泄露其傳感器數據的“最終受益者”列表，並且個別公民應該能夠將新組織添加到受益人列表中。此外，他認爲民間社會團體需要開始制定物聯網戰略，以利用數據並與公衆接觸。[134]
政府對物聯網的監管[ 編輯]
物聯網的關鍵驅動因素之一是數據。連接設備以使其更高效的想法的成功取決於對數據的訪問和存儲和處理。爲此，從事物聯網工作的公司從多個來源收集數據並將其存儲在其雲網絡中以進行進一步處理。這爲大多數系統的隱私和安全危險以及單點漏洞敞開了大門。[135]其他問題涉及消費者選擇和數據所有權[136]以及如何使用。儘管仍處於起步階段，但有關隱私，安全和數據所有權問題的法規和治理仍在繼續發展。[137] [138] [139]物聯網監管取決於國家。與隱私和數據收集相關的立法的一些例子是：1974年的美國隱私法，1980年經合組織關於保護隱私和跨境個人數據流的準則，以及1995年的歐盟指令95/46 / EC。[ 140]
目前的監管環境：
聯邦貿易委員會（FTC）於2015年1月發佈的一份報告提出了以下三項建議：[141]
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數據安全性 - 在設計時，物聯網公司應確保數據收集，存儲和處理始終是安全的。公司應採用“縱深防禦”方法，並在每個階段加密數據。[142]
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數據同意 - 用戶應該可以選擇與物聯網公司共享的數據，並且如果他們的數據被暴露，則必須通知用戶。
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數據最小化 - 物聯網公司應該只收集他們需要的數據，並僅在有限的時間內保留收集的信息。
但是，聯邦貿易委員會暫時停止提出建議。根據FTC分析，現有框架包括FTC法案，公平信用報告法案和兒童在線隱私保護法案，以及發展消費者教育和商業指導，參與多方利益相關者的努力以及對其他機構的宣傳在聯邦，州和地方層面，足以保護消費者權利。[143]
參議院於2015年3月通過的決議已經由國會審議。[144]該決議認識到制定國家物聯網政策以及隱私，安全和頻譜問題的必要性。此外，爲了推動物聯網生態系統，2016年3月，一個由四名參議員組成的兩黨小組提出了一項法案，即“發展創新和發展物聯網（DIGIT）法案”，指示聯邦通信委員會評估是否需要更多頻譜連接物聯網設備。
實際上正在建立與汽車有關的物聯網行業的若干標準，因爲使用聯網汽車引起的大多數問題也適用於醫療保健設備。事實上，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）正在制定網絡安全指南和最佳實踐數據庫，以使汽車計算機系統更加安全。[145]
世界銀行最近的一份報告研究了政府採用物聯網的挑戰和機遇。[146]這些包括 -
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政府物聯網還處於早期階段
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不發達的政策和監管框架
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儘管價值主張很強，但業務模式不明確
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明確政府和私營部門的體制和能力差距
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數據評估和管理不一致
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基礎設施是一大障礙
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政府作爲推動者
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大多數成功的飛行員都有共同的特徵（公私合作，地方，領導）
批評和爭議[ 編輯]
平臺碎片[ 編輯]
物聯網受到平臺碎片和缺乏技術標準的影響[147] [148] [149] [150] [151] [152] [153]各種物聯網設備的硬件變化和差異在它們上運行的軟件，使得開發在不同的不一致技術生態系統之間一致工作的應用程序的任務變得困難。[1]客戶可能會猶豫是否將其物聯網未來押在專有軟件或硬件設備上，這些設備使用的專有協議可能會褪色或變得難以定製和互連。[2]
物聯網的無定形計算性質也是安全性問題，因爲核心操作系統中發現的錯誤修補程序通常無法覆蓋舊版和低價設備的用戶。[154] [155] [156]一組研究人員表示，供應商未能通過補丁和更新支持舊設備，超過87％的活躍Android設備容易受到攻擊。[157] [158]
隱私，自治和控制[ 編輯]
教授兼作家菲利普·N·霍華德寫道，物聯網爲賦予公民權力，使政府透明化和擴大信息獲取提供了巨大的潛力。然而，霍華德提醒說，隱私威脅是巨大的，社會控制和政治操縱的潛力也是如此。[159]
對隱私的擔憂導致許多人考慮到諸如物聯網和數據挖掘等大數據基礎設施本質上與隱私不相容的可能性。[160]作家亞當·格林菲爾德聲稱，這些技術不僅是對公共空間的入侵，而且還被用於使規範行爲永久化，引用了一個帶有隱藏攝像頭的廣告牌實例，追蹤停止閱讀廣告的路人的人口統計數據。[161]
物聯網理事會將物聯網引起的數字監控普及率與18世紀傑里米·邊沁所描述的概念性全景視頻進行了比較。[162]這一主張得到了法國哲學家米歇爾·福柯和吉勒·德勒茲的作品的捍衛。在紀律和懲罰：監獄的誕生福柯斷言，圓形監獄是工業時代發展的學科社會的核心要素。[163]福柯還認爲，在工廠和學校建立的學科體系反映了邊沁的願景全景。[163]德勒茲在其1992年的論文“控制社會的後記”中寫道，學科社會已經轉變爲一個控制社會，計算機將圓形監視器取代爲一種紀律和控制工具，同時仍保持與此類似的質量。全景主義。[164]
通過僅分析智能家庭網絡流量模式而不剖析加密的應用數據的內容，可以損害家庭的隱私，但是可以使用合成分組注入方案來安全地克服這種隱私侵入。[165]
荷蘭特溫特大學技術哲學教授彼得 - 保羅韋貝克寫道，技術已經影響了我們的道德決策，這反過來影響了人類的代理，隱私和自治。他警告不要將技術視爲一種人類工具，而是提倡將其視爲一種活躍的代理人。[166]
民主與技術中心的 Justin Brookman 對物聯網對消費者隱私的影響表示擔憂，稱“商業領域有一些人說，'哦，大數據 - 好吧，讓我們收集所有東西，保留它永遠在我們周圍，我們會付錢給某人以後考慮安全問題。問題是我們是否希望制定某種政策框架來限制這種情況。“ [167]
Tim O'Reilly認爲，公司向消費者銷售物聯網設備的方式是錯誤的，對於物聯網是關於通過將各種設備聯機並假設“物聯網真正與人類增強有關”來提高效率這一觀點提出異議。當你有傳感器和數據推動決策時，會有所不同。“ [168]
WIRED的社論也表達了一種擔憂，一個人說“你將要失去的是你的隱私。實際上，這比你更糟。你不僅會失去你的隱私，你還是要去看看隱私的概念會在你的鼻子下重寫。“ [169]
在美國公民自由聯盟（ACLU）關於物聯網的過自己的生活蠶食人的控制的能力表示擔憂。美國公民自由聯盟（ACLU）寫道：“根本沒有辦法預測這些巨大的權力如何 - 不成比例地積累在尋求金融優勢的公司手中，政府渴望得到更多的控制權 - 將被使用。機會是大數據，物聯網將使其變得更難讓我們控制自己的生活，因爲我們對那些對我們越來越不透明的強大企業和政府機構越來越透明。“ [170]
爲了迴應對隱私和智能技術日益增長的擔憂，英國政府在2007年表示，在實施智能計量計劃時，它將遵循正式的隱私設計原則。該計劃將導致用智能功率計取代傳統功率計，可以更準確地跟蹤和管理能源使用。[171]然而，英國計算機協會懷疑這些原則是否實際實施過。[172] 2009年，荷蘭議會拒絕了類似的智能計量計劃，基於隱私問題作出決定。荷蘭計劃後來在2011年修訂並通過。[172]
數據存儲[ 編輯]
物聯網應用的製造商面臨的挑戰是清理，處理和解釋傳感器收集的大量數據。提出了一種用於分析稱爲無線傳感器網絡的信息的解決方案。[173]傳感器節點之間這些網絡共享數據發送到分佈式系統的感知數據的分析。[174]
另一個挑戰是存儲此批量數據。根據應用的不同，可能存在高數據採集要求，從而導致高存儲要求。目前，互聯網已經負責產生的總能量的5％，[173]並且仍然存在“對電力”物聯網設備收集甚至存儲數據的“令人生畏的挑戰”。[175]
安全[ 編輯]
有人擔心物聯網正在迅速發展，沒有適當考慮所涉及的深刻安全挑戰[176]以及可能需要的監管變化。[177] [178]大多數技術安全問題與傳統服務器，工作站和智能手機類似，但物聯網獨有的安全挑戰仍在繼續發展，包括工業安全控制，混合系統，物聯網特定業務流程，以及終端節點。[179]
安全是採用物聯網技術的最大問題。[180]特別是，隨着物聯網的廣泛傳播，網絡攻擊很可能成爲越來越多的物理（而不僅僅是虛擬）威脅。[181]目前的物聯網空間存在許多安全漏洞。這些漏洞包括弱身份驗證（物聯網設備正在使用默認憑據），設備之間發送的未加密消息，SQL注入以及缺少驗證或加密軟件更新。[182]這允許攻擊者輕鬆攔截數據以收集PII（個人身份信息）），用戶憑證可以在登錄時被盜，或者惡意軟件可以注入新更新的固件。[182]
在一個2014年1月的文章福布斯，網絡安全專欄作家約瑟夫·斯坦伯格列出的許多互聯網連接的設備，可已經“關於間諜的人在自己家中”包括電視，廚房用具，[183]相機和恆溫器。[184]在汽車計算機控制裝置，例如制動器，發動機，鎖罩和軀幹的版本中，喇叭，熱，和儀表板已被證明是容易受到誰有權訪問車載網絡攻擊者。在某些情況下，車輛計算機系統是因特網連接的，允許它們被遠程利用。[185]例如，黑客可能會因爲設置而未經授權訪問物聯網設備; 也就是說，因爲這些設備已連接，支持互聯網，並且缺乏必要的保護措施。[186]到2008年，安全研究人員已經證明有能力在未經授權的情況下遠程控制心臟起搏器。後來的黑客證明了胰島素泵[187]和植入式心律轉復除顫器的遠程控制。[188]許多這些物聯網設備的物理尺寸和擴展的可用計算能力都有嚴格的操作限制。這些限制通常使它們無法直接使用基本安全措施，例如實施防火牆或使用強密碼系統來加密與其他設備的通信。[189]
美國國家情報委員會在一份未分類的報告中堅持認爲，很難否認“美國，犯罪分子和惡作劇製造者的敵人進入傳感器網絡和遠程控制對象......聚合傳感器數據的開放市場可以爲商業和安全的利益服務，不僅可以幫助犯罪分子和間諜識別易受傷害的目標。因此，大規模並行傳感器融合可能會破壞社會凝聚力，如果它被證明與第四修正案保證不合理搜查是根本不相容的。[190]一般而言，情報界將物聯網視爲豐富的數據來源。[191]
2016年，由運行Mirai惡意軟件的物聯網設備驅動的分佈式拒絕服務攻擊摧毀了DNS提供商和主要網站。[192]所述的未來殭屍網絡已經感染前20小時內，約6.5的IoT設備。[193]最終感染增加到200,000到300,000個感染。[193]巴西，哥倫比亞和越南佔41.5％的感染率。[193] Mirai Botnet特別指出了由DVR，IP攝像機，路由器和打印機組成的特定物聯網設備。[193]包含受感染設備最多的頂級供應商被確定爲大華，華爲，中興，思科，ZyXEL和MikroTik 。[193] 2017年5月，Cloudflare的計算機科學家Junade Ali 指出，由於Publish-subscribe模式的實施不佳，IoT設備中存在本機DDoS漏洞。[194] [195]這些類型的攻擊使安全專家將物聯網視爲對互聯網服務的真正威脅。[196]
對安全問題的關注已經有了一系列的迴應。物聯網安全基金會（IoTSF）於2015年9月23日啓動，其使命是通過促進知識和最佳實踐來保護物聯網。其創始董事會由技術提供商和電信公司提供。此外，大型IT公司不斷開發創新解決方案，以確保物聯網設備的安全性。2017年，Mozilla推出了Project Things，它允許通過安全的Web of Things網關路由物聯網設備。[197]根據KBV Research的估計，[198]整體物聯網安全市場[199]由於基礎設施問題的增加和物聯網的多樣化使用，2016 - 2022年間的增長率將達到27.9％。[200] [201]
一些人認爲政府監管對於保護物聯網設備和更廣泛的互聯網是必要的 - 因爲市場對保護物聯網設備的激勵是不夠的。[202] [177] [178]
安全[ 編輯]
物聯網系統通常由事件驅動的智能應用程序控制，該應用程序將感測數據，用戶輸入或其他外部觸發器（來自因特網）作爲輸入，並命令一個或多個致動器提供不同形式的自動化。[203]傳感器的實例包括煙霧探測器，運動傳感器，和接觸傳感器。致動器的示例包括智能鎖，智能電源插座和門控制器。第三方開發人員可以構建與這些傳感器和執行器無線交互的智能應用程序的流行控制平臺包括三星的SmartThings，[204] Apple的HomeKit，[205]和亞馬遜的Alexa，[206]等。
物聯網系統特有的問題是有缺陷的應用程序，無法預見的不良應用程序交互或設備/通信故障，可能導致不安全和危險的物理狀態，例如，“當沒有人在家時解鎖大門”或“關閉加熱器當溫度低於0攝氏度時，人們在晚上睡覺“。[203]檢測缺陷，導致這樣的狀態，需要安裝的應用程序，組件裝置，它們的配置的整體視圖，並且更重要的是，它們是如何相互作用的。最近，加州大學河濱分校的研究人員提出了IotSan，這是一種新穎的實用系統，它使用模型檢查作爲構建模塊，通過識別可導致系統進入不安全狀態的事件來揭示“交互級”缺陷。[203]他們在Samsung SmartThings平臺上評估了IotSan。在76個手動配置的系統中，IotSan檢測到147個漏洞（即違反安全物理狀態/屬性）。
設計[ 編輯]
鑑於人們普遍認識到物聯網設計和管理的不斷變化的性質，物聯網解決方案的可持續和安全部署必須設計“無政府可擴展性”。[207]無政府的可擴展性的概念的應用可以被設計這些系統以考慮不確定管理期貨被擴展到物理系統（即控制真實世界對象），憑藉。這種硬無政府性的可擴展性因此通過有選擇地約束物理系統以允許所有管理機制而不存在物理故障的風險，提供了完全實現物聯網解決方案潛力的前進途徑。[207]
布朗大學計算機科學家Michael Littman認爲成功執行物聯網需要考慮界面的可用性以及技術本身。這些接口不僅需要更加用戶友好，而且還需要更好的集成：“如果用戶需要爲他們的真空吸塵器，鎖具，灑水器，燈具和咖啡機學習不同的接口，很難說他們的生活已經過去了。變得更容易。“ [208]
環境可持續性影響[ 編輯]
關於物聯網技術的關注涉及所有這些富含半導體的設備的製造，使用和最終處置的環境影響。[209]現代電子產品充斥着各種各樣的重金屬和稀土金屬，以及高毒性的合成化學品。這使得它們非常難以適當地回收。電子元件經常被焚燒或放置在常規垃圾填埋場中。此外，開採現代電子元件不可或缺的稀土金屬的人力和環境成本持續增長。這導致了有關物聯網設備在其生命週期內對環境影響的社會問題。[210]
設備故意過時[ 編輯]
該電子前沿基金會已提出，企業可以使用必要的技術，以支持連接的設備，以故意禁用或“擔憂磚 ”通過遠程軟件更新或禁用必要設備的操作的服務客戶的設備。在一個示例中，在Nest Labs收購Revolv並決定關閉Revolv設備用於操作的中央服務器之後，以“終身訂購”承諾出售的家庭自動化設備變得無用。[211]由於Nest是Alphabet所擁有的公司（Google的作爲母公司），EFF認爲這爲一家雄心勃勃的公司樹立了一個“可怕的先例”，這家公司有望出售自動駕駛汽車，醫療設備和其他可能對個人生計或人身安全至關重要的高端產品。[212]
所有者應該可以自由地將他們的設備指向不同的服務器或協作改進軟件。但是這種行爲違反了美國DMCA第1201條，該條款只有“本地使用”的豁免。這迫使那些想要繼續使用自己的設備進入合法灰色區域的修補匠。EFF認爲買家應該拒絕將製造商的願望放在首位以上的電子產品和軟件。[212]
售後操作的例子包括Google Nest Revolv，在Android上禁用隱私設置，Sony 在PlayStation 3上禁用Linux，在Wii U上強制執行EULA。[212]
令人困惑的術語[ 編輯]
商業技術雜誌“信息時代”的Kevin Lonergan將物聯網的術語稱爲“術語動物園”。[213]缺乏明確的術語不是“從實際的角度來看是有用的”和“最終用戶的混淆源”。[213]在物聯網領域運營的公司可以從事與傳感器技術，網絡，嵌入式系統或分析相關的任何事務。[213]根據Lonergan的說法，物聯網這個術語是在智能手機，平板電腦和設備之前創造的，正如我們今天所知道的那樣，並且存在一長串不同程度的重疊和技術融合的術語：物聯網，互聯網一切（IoE），物聯網（Supply Chain），工業互聯網，普適計算，普適傳感，普適計算，網絡物理系統（CPS），無線傳感器網絡（WSN），智能對象，數字雙胞胎，網絡對象或化身，[112]合作對象，機器對機器（M2M），環境智能（ AmI），運營技術（OT）和信息技術（IT）。[213]關於物聯網的工業子領域IIoT，工業互聯網聯盟的詞彙任務組創建了“共同且可重複使用的術語詞彙” [214]在工業互聯網聯盟發佈的出版物中確保“一致的術語” [214] [215]。IoT One創建了一個物聯網條款數據庫，其中包括新術語警報[216]，以便在新術語發佈時得到通知。截至2017年3月，該數據庫彙總了711項與物聯網相關的條款，同時保持材料“透明和全面”。[217] [218]
物聯網採用障礙[ 編輯]
GE Digital首席執行官William Ruh在第一屆IEEE計算機協會 TechIgnite會議上談到GE試圖在物聯網服務市場上站穩腳跟。
缺乏互操作性和不明確的價值主張[ 編輯]
儘管人們對物聯網的潛力存在共識，但行業領導者和消費者正面臨着更廣泛採用物聯網技術的障礙。Mike Farley在福布斯認爲，雖然物聯網解決方案對早期採用者有吸引力，但它們要麼缺乏互操作性，要麼缺乏最終用戶的明確用例。[219]愛立信關於丹麥公司採用物聯網的一項研究表明，許多公司都在努力“精確確定物聯網的價值在哪裏”。[220]
隱私和安全問題[ 編輯]
根據格拉斯哥大學Noura Aleisa和Karen Renaud最近的一項研究，“物聯網'可能引發重大隱私侵犯” [221]，大部分研究“不成比例地關注物聯網的安全問題”。[221]在“他們所採用的技術方面提出的解決方案及其對核心隱私原則的滿足程度”中，[221]只有極少數證據表明完全令人滿意。華爾街日報投資總監路易斯•巴塞內斯（Louis Basenese）批評該行業對安全問題缺乏關注：
“儘管高調和令人擔憂的黑客行爲，設備製造商仍然沒有受到影響，專注於盈利能力而不是安全性。消費者需要對所收集的數據進行最終控制，包括如果他們選擇刪除它的選項......沒有隱私保證，大規模的消費者收養根本不會發生。“ [222]
在斯諾登後全球監控披露的世界中，消費者更加積極地關注保護他們的隱私，並要求在購買物聯網設備之前篩選潛在的安全漏洞和隱私侵權。根據2016年埃森哲數字消費者調查，28個國家的28000名消費者對消費者技術的使用情況進行了調查，由於消費者現在選擇放棄物聯網設備和服務，因此安全性已從“陷入困境的問題轉變爲最大障礙”安全問題。” [223]調查顯示，“消費者意識到黑客在未來五年內，18％的受訪者決定終止使用服務和相關服務，直到他們獲得安全保障爲止。“ [223]這表明消費者越來越多地認識到隱私風險和安全問題。超過物聯網設備的價值主張，並選擇推遲計劃購買或服務訂閱。[223]
傳統治理結構[ 編輯]
物聯網鎮在杭州，中國
愛立信發佈的一項關於丹麥公司採用物聯網的研究發現了“物聯網與公司傳統治理結構之間的衝突，因爲物聯網仍然存在不確定性和缺乏歷史優先權”。[220]在受訪的受訪者中，60％表示他們“不相信自己擁有組織能力，並且四分之三的人不相信他們擁有所需的流程，以抓住物聯網的機會。” [220]這導致需要了解組織文化，以促進組織設計過程和測試新的創新管理實踐。在數字化轉型時代缺乏數字化領導力也扼殺了創新和物聯網的採用程度，以至於許多公司面對不確定性“等待市場動態發揮作用”，[220]或進一步採取行動對物聯網的看法“正在等待競爭對手的舉動，客戶拉動或監管要求。” [220]這些公司中的一些公司冒着“被嘲弄”的風險 - “柯達是一個市場領導者，直到數字中斷使數碼照片的電影攝影黯然失色” [224] - 未能“看到影響其行業的顛覆性力量” [225]和“真正擁抱新商業模式的顛覆性變革開啓了。“ [225]斯科特·安東尼在哈佛商業評論中寫道，柯達“創造了一種數碼相機，投資於該技術，甚至瞭解到照片將在網上共享” [225]，但最終沒有意識到“在線照片共享是新業務，而不是隻是擴大印刷業務的一種方式。“ [225]
業務規劃和模型[ 編輯]
根據2018年的研究，70-75％的物聯網部署被困在試驗或原型階段，由於缺乏業務規劃，無法達到規模。[226] [ 需要的頁面 ]
對物聯網文獻和項目的研究表明，物聯網項目中技術的重要性不成比例，這通常是由技術干預而非商業模式創新驅動的。[227] [228] [ 合成不當？]
另見[ 編輯]