工业物联网(IIoT)发展历程：从CIM到精益生产，探索制造业自动化的未来

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工业物联网（IIoT）是由各种技术及其互连逐渐发展起来的。在制造业中，在“物”之间创建网络的首次尝试可以追溯到 20 世纪 70 年代，并被概括为“计算机集成制造”（CIM，“计算机集成制造”）。

尽管CIM的想法已有大约40年的历史，但时至今日它仍然面临着许多挑战。目标是整合管理和工程流程，实现灵活、高度自主的自动化生产。然而，到了20世纪90年代，随着精益生产的兴起，越来越多的IT解决方案被认为是无效的，许多CIM项目最终失败了。在回溯过程中，我们发现CIM失败的原因有很多，比如

此外，CIM运动在20世纪90年代中期和新千年初期互联网的重大突破期间达到了顶峰。如今，很难想象没有互联网的世界。然而，在 20 世纪 80 年代，要传达无处不在的连接的理念是很困难的，当时世界其他地方基本没有数字连接，工厂内的大规模信息交换几乎是不可能的。 。

CIM专注于工厂的生产解决方案，而工程部门已经建立了产品数据管理（PDM），以设计连接产品数据和人类网络的新方法。与CIM相比，PDM的技术推动力较小。 PDM 源于使用简单的基于文件系统的处理来管理大量产品数据的局限性。

产品配置、工作流程、修改或授权等功能对于大型企业的工程部门来说是必不可少的，对于中型企业来说也越来越重要。通过产品生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management），进一步考虑网络化的思想，将一致的数据管理视为整个产品生命周期的目标。在这种情况下，PDM通常被认为是PLM的支柱，为生命周期中的不同应用程序（例如生产和服务）提供接口。

因此，可以认为 PDM 和 PLM 也是工业物联网 (IIoT) 的先决条件：例如，工业“物”需要产品数据作为有意义通信的基础。用于通过将测量数据与产品最初规定的规格要求进行比较来检查产品是否符合规格。

从工厂规划和运营的角度来看，数字工厂旨在整合数据、模型、流程和软件工具。因此，数字工厂是一个真正全面的工厂模型，可用于整个生命周期的通信、模拟和优化。

数字化工厂领域的软件产品通常配备不同的模块，可以实现物料流模拟、机器人编程、虚拟调试等功能。在工业物联网 (IIoT) 背景下，数字工厂可以被视为 PLM 的补充。 PLM旨在整合整个产品生命周期的数据，而数字工厂则包含生产资源和流程的数据。对于工业物联网（IIoT）来说，这两种产品都是必备的，如下图所示：

图 1 IIoT（工业物联网）作为真实事物及其相应数字部分的网络

虽然 PLM 和数字工厂为工业物联网 (IIoT) 的数据主干做出了贡献，但设计 IIoT 硬件的许多想法都可以追溯到机电一体化和网络物理系统 (CPS)。想法。机电一体化通常被定义为集机械、电子和信息技术于一体的学科。正如“机电一体化”一词的第一个音节所表明的那样，该学科可以被视为力学的延伸，并且许多利益相关者都具有机械工程背景。

相比之下，“网络物理系统”这个名称是由计算机科学和软件工程的研究人员建立的。 NASA 将 CPS 定义为一种新兴的类物理系统，“由于其由高度可用的嵌入式软件组件组成，因此表现出复杂的行为模式”。 CyPhers在路线图项目中使用了类似的定义：“CPS由计算、通信和控制组件组成，与机械、电气和化学等不同性质的物理过程紧密结合。”后一个定义也可能与机电系统相关，实际上术语“机电一体化”和 CPS 经常互换使用，特别是在自动化和运输领域。

然而，它们潜在的“工程哲学”往往是不同的。 “机电一体化”意味着存在一个以软件层次结构为重点的物理系统，而“CPS”则意味着附加值的最大部分基于软件，而硬件部分对软件工程有特殊的挑战，因为硬件需要与该软件。物理环境在空间和时间上相互作用。此外，CPS 的特点是子系统之间的通信不一定是机电一体化的。例如，在一些情况下，CPS可以被表征为网络系统，并且通常网络内涵隐含地包括在术语CPS中。

根据定义，CPS 包括“嵌入式计算机和网络[监视和控制物理过程[...]”。进一步考虑网络概念，CPS 可以被视为“支持物联网 (IoT)”的系统，其中 IoT 意味着子系统连接到互联网，因此是具有大量节点的开放系统的一部分。由于其网络性质，CPS 比机电系统需要更强大的理论基础。前者通常可以通过多物理场建模和控制理论来描述，而后者理论则包括机电一体化、网络技术、协同方法、网络安全、数据分析、人工智能和人机交互等。如下图所示：

图2 网络制造和IIoT（工业物联网）的理论基础

随着物联网 (IoT) 在消费者和 IT 专业人员等意识中的不断增强，人们的想法越来越多地转向如何确保其发挥其承诺的潜力。

物联网 (IoT) 的好处是显而易见的。例如，在“智能家居”的应用中，如果冰箱发现某些东西太少，可以自行购买，这可以相当于某种类型的“自给自足”；此外，随着健康和健身领域可以与智能手机连接，互联可穿戴技术和物联网（IoT）的日益普及正在快速改变我们的生活和工作方式。

然而，特别是在商业环境中，物联网 (IoT) 技术如果要真正改变我们的现代工作场所，将面临许多挑战。例如，建设一个具有物联网（IoT）能力的工厂，那里会有大量的工业机器，可以互相通信并自动诊断运行问题，有很多东西需要连接，所以IT部门必须认真考虑，确保一切顺利。

转向智能制造

随着制造业向智能制造迈进，工业物联网（IIoT，工业物联网）现在成为业界的热门话题。最终，工业物联网 (IIoT) 的主要目标是创建一个机器可以相互通信的生产环境，而无需人类作为中介。在这种情况下，工业物联网（IIoT）将从机器收集数据并进行分析，以提高生产效率，从而降低生产成本。物流将变得更加自动化和优化，从而实现更智能、更灵活的生产。

工业物联网 (IIoT) 的优势显而易见。如果一切正常，装配线将永远不会被迫停下来处理停机问题，这要归功于工业物联网，它可以预测何时需要更新的机械零件，并能够有效地进行自我修复。

另一个外围好处是工业物联网 (IIoT) 健康和安全领域的重大进展，因为可穿戴技术在 B2B 领域变得越来越重要。可穿戴设备可以测量温度和噪音暴露水平，并在环境变得不安全时向工作人员发出警报；因此，可穿戴技术设备在工业环境中的技术优势将非常有价值。

转向新基础设施

然而，让工业物联网 (IIoT) 发挥作用并不像按下开关那么容易。它的成功面临着许多技术障碍，尤其是它会给 IT 部门带来一系列问题，从切换到新系统的复杂性到需要连接的设备数量。实时掌握。

减轻这些风险的最有效方法是实施适当的 IT 监控解决方案，该解决方案可提供整个公司 IT 基础设施的全面情况。然而，在选择解决方案之前，您需要了解工业物联网 (IIoT) 的几个具体要求，例如：

鉴于许多大型工厂将分布在多个不同地点，因此在为支持工业物联网 (IIoT) 的工厂选择 IT 监控解决方案时，需要考虑跨多个站点网络进行监控。

对于 IT 团队向工业物联网 (IIoT) 过渡的过程中，IT 监控可能是一种特别有用的资源，尤其是在需要跨多个站点时。组织通常希望利用有限的资源实现高投资回报 (ROI)，但为 IT 人员提供仪表板，让他们能够全面了解网络将有助于确保工业物联网的成功。 （IIoT，工业物联网）基础设施。

发挥潜力

物联网改变工业制造的潜力显然是巨大的。然而，其成功最终取决于提供高度可靠且功能齐全的网络以确保其平稳运行。工业物联网（IIoT，工业物联网）的优势显而易见，但要实施工业物联网（IIoT，工业物联网），需要考虑如何使其在实际环境中有效工作，而不仅仅是简单地提供它。