本系列文章將分享物聯網在工業企業中的應用與實踐的經驗，包括如下四個部分：
- 物聯網與工業4.0
- 智能製造領域物聯網應用場景
- 基於AWS的物聯網解決方案
- 物聯網應用實施建議
物聯網與工業4.0
物聯網
什麼是物聯網？
基本定義：“物聯網”（The Internet of Things）指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別和管理。
物聯網的本質
從物聯網本質分析，它是信息技術發展到一定階段後出現的一種聚合性應用與技術提升，是將各種感知技術、現代網絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用實現人與物對話，創造智慧的世界。被稱爲信息產業第三次浪潮。
- 第一次：PC機時代
- 第二次：互聯網時代
- 第三次：物聯網時代
物聯網的三個層次
- 感知層
據採集與感知主要用於採集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯網的數據採集涉及傳感器、RFID、多媒體信息採集、二維碼和實時定位等技術
- 網絡層
實現更加廣泛的互聯功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術相融合。經過十餘年的快速發展，移動通信、互聯網等技術已比較成熟，基本能夠滿足物聯網數據傳輸的需要
- 應用層
應用層主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。其中應用支撐平臺子層用於支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通的功能。應用服務子層包括智能交通、智能醫療、智能家居、智能物流、智能電力等行業應用
工業4.0
工業革命的發展歷程
工業領域從18世紀末起步，發展至今已經有200多年的歷史，在這期間經歷了多次的工業革命，驅動工業生產的能源從蒸汽變爲電力，生產的過程也逐漸實現了自動化和信息化，每一次工業革命，都爲生產力帶來了翻天覆地的變化。現在，我們正在經歷的是第四次工業革命，是通過信息物理系統(CPS)融合所有的物理設備與資源，從而實現智能化的生產。
工業4.0的基礎——信息物理系統(CPS)
建立信息物理系統（CPS）後，就可以將物理設備（各類傳感器）連接到互聯網上，讓物理設備具備計算、通信、精確控制、遠程協調、自治、數據採集等功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。
CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及相關服務，並將生產工廠轉變爲一個智能環境。這是實現工業4.0的基礎。
工業4.0的驅動要素
在工業4.0時代，企業所關注的將不僅僅是生產的過程、產品以及企業內部的各種流程環節和問題，企業的眼光將放到更廣闊的領域。企業需要將內部的資源(設備、產線、產品、庫存等)與外部的資源(客戶、市場、上下游供應鏈等)整合起來，利用整合之後的能力，幫助企業來推動企業的發展。而這些內外部的資源就是信息物理系統所要關聯和整合的，由此所帶來的好處也就是企業採納工業4.0的驅動要素。
工業4.0的驅動要素包括：
- 滿足客戶個性化的需求
- 動態的業務與系統工程流程
- 提供透明系統數據供管理層作最佳決策
- 設備產出率和效率
- 創新服務爲客戶帶來更大價值
- 應對人口結構的變化
- 員工有更好的工作及生活平衡
- 高福利的企業仍有利可圖
工業4.0關鍵詞
- M2M (Machine to Machine): 以設備通訊控制爲核心，實現機器設備之間的自動通訊。從更廣義上講，是非IT機器設備通過通訊技術或移動網絡與其他設備或者IT系統之間的通訊，包括設備與設備，設備與系統，設備與人之間的連接與通信，通過這種連接實現設備乃至業務的自動調節。
- 智能世界: 從各類實體設備上獲取各種信息，利用這些信息，使用機器學習等智能算法，實現實體世界當中各類業務流程的自動化與智能化，大幅提升實體業務的效率。
- 信息物理系統: 資源、物體、信息、人等的整體結合，使世界萬物作爲一個整體進行連接與通信，將原本分離的實體(機器設備)與生產流程(企業業務)進行集成，從而更方便的發現實體設備與抽象業務之間的關係與影響，更好的推進企業業務的發展。
- 物聯網: 通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯網提供了使各類實體設備接入CPS的技術，是工業4.0的基礎。
- 社交媒體: 在工業4.0的發展中，企業不僅要關注內部的信息，更要關注外部的信息，而社交媒體是企業外部，包括客戶，供應商，經銷商等反饋企業產品、服務等信息的重要信息來源，因此在工業4.0當中，社交媒體將會是企業決策的重要信息來源和推廣企業產品及服務的重要渠道。
- 移動與雲: 快速的市場響應和隨時隨地的信息獲取將是企業在工業4.0時代的一個重要特徵，移動平臺和雲平臺將會成爲當今時代最適合企業發展的平臺。
工業4.0戰略的要點
工業4.0戰略對於企業來說是一個全面的戰略，不僅僅聚焦去某一項或者一點業務，它依託於信息物理系統網絡(CPS)，通過CPS連接企業內部外部業務以及上下游的所有相關資源，爲企業實現生產、工廠、物流、服務四個主要業務層面的智能化。爲了實現這四大業務主題的智能化，企業通過CPS要實現企業業務的縱向集成(從設備到業務的打通)，橫向集成(企業與上下游合作伙伴之間的集成)以及端到端的集成(企業內部業務流程的集成與貫通)。在推進上述三項集成的時候，企業要建立好標準化和參考架構用於指導平臺的建設；要具備管理複雜系統的能力，因爲在整個平臺中，企業面對的是多種系統、資源、設備和人融合的一個極其複雜的平臺；要建立工業寬帶基礎，用於支持平臺中不同組件之間的通訊；要有強有力的安全和保障，來保證平臺的正常運行；企業的組織架構和流程要符合新的融合平臺的要求；企業的員工要進行充分的培訓和教育以適應新的工業革命的需要；企業需要有效的監管架構，對整個平臺及業務有力的把控；要對企業所使用的資源高效的應用。
互聯的工業
在工業4.0時代，企業實現的是人、工廠、設備、產品之間的萬物互聯。
通過這種互聯，打通企業內部、企業之間以及企業與市場和客戶之間的信息交互，從而使企業的業務範圍突破原有的界限，以圖更大的發展；讓企業和客戶之間交互的更加頻繁，使自己的產品和服務更符合市場的需要；企業與合作伙伴之間的關聯更加緊密，工作效率大幅提升；企業也會更專注於自己所擅長的領域，避免了資源的浪費。 通過這種萬物互聯的模式，形成完整的業務生態，謀取更大的生長空間。
工業4.0驅動業務發展方向的5個維度
通過CPS連接並集成企業內外的各類資源之後，工業4.0能夠從5個維度幫助驅動企業業務的發展。
- 網絡化製造縱向集成: 從設備網絡到生產管理網絡到業務運營網絡的集成，打通企業生產製造、生產管理和企業運營之間的邏輯壁壘，幫助企業提升生產效率和生產計劃、決策的能力，減少生產環節的浪費，更好的對企業進行運營。
- 業務網絡橫向集成: 實現企業與企業上下游之間合作伙伴的集成，打通企業之間的業務壁壘，加強企業上下游業務之間的合作，構建業務生態圈，更好的發揮企業的專長。
- 價值鏈端到端數字化集成: 實現企業中原有的無形的端到端業務價值鏈集成，使其由鬆散的集成轉變爲自動化、智能化的集成，將端到端的業務形成一個邏輯整體，各個業務環節之間的關聯與影響能夠實現自動的觸發與追蹤，從而提升企業內部運作的效率。
- 新的業務模式: 幫助工業企業實現從以生產爲中心到以服務爲中心的轉變，從新的業務形態和業務模式中，挖掘新的價值增長點，提升企業的收入。
- 新的社交經濟: 充分利用移動應用、社交網絡的渠道和數據，幫助企業拓寬經營渠道，獲取市場信息和客戶反饋。
工業4.0的五大特點
從上述對工業4.0的描述中，我們總結出工業4.0的五大特點：
- 互聯: 互聯是基礎
- 數據: 數據是依據
- 集成: 集成是手段
- 創新: 創新是結果
- 轉型: 轉型是目的
工業企業的數字化轉型思維
因此，工業4.0就是要幫助企業實現數字化轉型。而在這個過程當中，企業要具備數字化轉型的思維，這種思維包括互聯網思維、協同合作思維和大數據思維。
- 企業要把產業鏈上供應商、企業自身、客戶全部互聯互通，重塑企業整個價值鏈
- 數字化轉型過程中，沒有個人英雄，有的只是協同合作，充分利用不同資源爲我所用
- 企業必須建立自己的大數採集、分析系統，通過分析採集的大數據來爲企業作預測和決策
製造業行業發展趨勢
以製造業行業爲例，在工業4.0時代，製造業行業的發展有如下趨勢：
- 數據的價值: 企業中各項業務都會依賴於數據，不論是企業管理的措施，市場營銷的決策，還是產品設計與生產的規劃，這些都是依賴於各種數據做出的，因此數據將會是企業新的石油，充分並且合理利用數據的製造業企業纔會佔得先機。
- 數字化製造: 處於工業3.0的製造業企業，大都已經實現了生產製造過程中自動化和信息化，在工業4.0時代，生產製造的過程將實現智能化，生產的排產、執行將會與產線設備的運行狀態和性能相關，從而能夠智能化的幫助企業在生產過程中更好的發揮產線的能力，提升生產效率，減少浪費，並且更加全面的掌控生產的情況，。
- 服務即產品: 工業4.0時代的企業重心將會從產品轉到服務，通過服務幫助企業挖掘更多的市場機會，並通過服務獲得市場與客戶對產品的反饋，來對自身的業務和能力進行優化與升級，尋求更長遠的發展。
- 互聯的產品: 製造企業的產品銷售之後，它的運行狀況，客戶的使用狀況將會成爲企業非常關心的，而互聯的產品不僅能夠將這些信息傳輸會企業，一方面幫助企業提供更好的服務，另一方面幫助企業對產品進行優化。此外，互聯的產品也能夠幫助企業形成產品生態圈，幫助企業發展更多的周邊產品，獲得更多的市場機會。
- 可持續發展: 綠色環保，節約能源，持續創新，持續發展。
製造業轉型方向
在工業4.0時代，製造業企業要實現智能製造，可以重點發展如下幾個轉型方向：
- 智能化設計：融合企業內外部數據實現產品持續改進、新品立項模擬、文檔搜索優化、人員資質能力圖譜。
- 個性化定製：用戶需求和習慣數據進行挖掘、分析，打造個性化產品數據庫並引導模塊化設計，提供個性化的定製產品或服務。
- 協同製造：數據在企業縱向、橫向充分集成、順暢流動，打破地域，企業侷限，實現協同設 計，製造。
- 智能化生產：基於實時數據的自適應優化控 制和自動化、精細化管理生產。
- 智能化服務：通過傳感器、嵌入式系統的應用打造智能產品，並接入到雲端，收集產品運行數據，建立數據倉庫，數據湖，挖掘數據價值並向用戶提供個性化增值服務。
從上述描述中不難看出，這些轉型方向都是依託於CPS，通過企業內外的縱向、橫向以及端到端的集成，依據各個業務環節中所產生的數據，結合新的業務渠道和業務模式所形成的業務創新，來幫助企業挖掘新的業務增長點。
在這些新的轉型方向中，企業所提供的服務將會成爲這些業務增長的重點方向，製造業企業通過向市場和客戶提供的服務，可以挖掘更多的銷售機會，比如配件、維修、升級等；企業也可以通過服務從市場或者客戶那裏獲得更多的對於其產品反饋的信息，用於對產品的更新和優化，從而使自己立於不敗之地。
工業互聯網
爲了滿足製造業數字化轉型的需求，以互聯網爲代表的新一代信息技術與製造系統深度融合，形成的工業互聯網應運而生。工業互聯網融合大數據、互聯網通訊等過去幾年在互聯網行業當中成功實踐的技術，結合傳統工業企業所擁有的ERP、MES等生產製造管理系統，並通過物聯網技術將物理設備與信息化系統進行對接，形成了信息與生產深度融合的工業互聯網。通過工業互聯網爲企業提供強大的數據分析能力，協同合作能力和智能的生產製造能力。
工業互聯網是互聯的工業系統，它着眼於從智能製造維度，工業互聯網不是一張網，是互聯的工業系統。工業系統的互聯其最終目的是爲智能決策提供支撐，進而實現工業過程的運行優化，在這期間亟需大量與工業過程相關機理、運行、優化知識的高效獲取、融合、處理與應用。
在企業內部工業互聯網實現製造系統的互聯，即各類製造設備互聯，並且對管理系統(業務系統)和控制系統進行互聯。在企業之間，工業互聯網實現產業鏈上下游企業互聯，構成製造網絡。
工業互聯網平臺功能架構
工業互聯網平臺功能架構分爲如下幾個層次：
第一層是基礎層，這一層是整個工業互聯網的地基，即物聯網接入層，通過大範圍、深層次的數據採集，以及異構數據的協議轉換與邊緣處理，構建工業互聯網平臺的數據基礎。一是通過各類通信手段接入不同設備、系統和產品，採集海量數據；二是依託協議轉換技術實現多源異構數據的歸一化和邊緣集成；三是利用邊緣計算設備實現底層數據的匯聚處理，並實現數據向雲端平臺的集成。
第二層是平臺層，提供基於行業屬性的大數據處理、工業數據分析、工業微服務等創新功能，構建可擴展的開放式雲操作系統，是工業互聯網的核心。一是提供工業數據管理能力，將數據科學與工業機理結合，幫助製造企業構建工業數據分析能力，實現數據價值挖掘；二是把技術、知識、經驗等資源固化爲可移植、可複用的工業微服務組件庫，供開發者調用；三是構建應用開發環境，藉助微服務組件和工業應用開發工具，幫助用戶快速構建定製化的工業APP。
第三層是應用層，是爲滿足不同行業、不同場景業務所提供的工業SaaS和工業APP，形成工業互聯網平臺的最終價值，是工業互聯網落地的關鍵。一是提供了設計、生產、管理、服務等一系列創新性業務應用。二是構建了良好的工業APP 創新環境，使開發者基於平臺數據及微服務功能實現應用創新。
除此之外，工業互聯網平臺還包括IaaS 基礎設施，以及涵蓋整個工業系統的安全管理體系，這些構成了工業互聯網平臺的基礎支撐和重要保障。
因爲工業互聯網所具備的廣泛連接、大量知識(數據)的積累和應用創新的特性，基於這種特性當前的雲計算(雲服務)是非常適合工業互聯網構建的平臺，既能夠爲工業互聯網平臺提供廣泛的連接能力(各類技術對接接口與服務)，也能夠提供近乎無限幫助企業存儲並且處理各類數據(可靈活擴充的存儲能力和計算能力)，以及能夠提供隨時隨地接入廣泛渠道和應用支撐(公有云服務面向互聯網渠道的服務能力和開發技術)。
智能化運營工廠
基於工業互聯網構建的智能化運營工廠參考如下：
- 智能互聯: 信息互聯共享生產信息，接口集成實現系統間信息共享
- 智能可視化: 綜合瞭解全面生產情況，實時生產異常報警功能
- 智能控制: 實時感知質量問題並通知報警，有效利用設備實現生產自動化
- 智能生產: 防止操作失誤，提高生產率，提供物料與生產的靈活銜接
- 智能調度: 準確的計劃及調度管理，構建反映生產變化情況的計劃體系
綜上所述，在工業4.0時代，在工業互聯網被廣大工業企業所接受的過程當中，物聯網及物聯網相關應用的建設將成爲企業爲實現業務創新和數字化轉型關鍵，它將爲企業後期的發展打下基礎。接下來，對於企業來說，選擇合適的應用場景開始企業的物聯網之旅非常關鍵，既能夠幫助企業從物聯網應用中獲益，也能夠爲將來的大規模應用積累下適合本企業的經驗。