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摘要

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(iiot)市場上的機會將基于新參與者的專業(yè)知識和創(chuàng)新技術(shù)。本報告概述了iiot市場及價值鏈，重點介紹了推動該行業(yè)發(fā)展的商業(yè)和技術(shù)趨勢，展示了不同類型的參與者所采取的主要戰(zhàn)略，以及他們?nèi)绾闻c新技術(shù)聯(lián)系起來，旨在讓市場參與者全面了解市場。

市場現(xiàn)狀

omdia將iiot定義為部署在工業(yè)環(huán)境(流程和離散制造)中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這包括有線(如以太網(wǎng)技術(shù))和無線(如蜂窩技術(shù))聯(lián)網(wǎng)終端。盡管工業(yè)以太網(wǎng)終端聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在年初出現(xiàn)，但許多產(chǎn)品(特別是現(xiàn)場終端)仍然沒有聯(lián)網(wǎng)，或者只提供單向通信。有了iiot，可以實現(xiàn)雙向通信，數(shù)據(jù)被提供給控制器和云，反饋也被提供給終端。舉例來說，可以通過更改傳感器上的參數(shù)來支持生產(chǎn)運行。

iiot提供了從倉庫到工廠車間收集和利用以前未使用信息的機會，并將現(xiàn)有和新的不同數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)起來，最終推動改進并形成新的解決方案。

最常見的iiot應(yīng)用包括如下。

（1）資產(chǎn)、庫存或基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控。

（2）資產(chǎn)或庫存跟蹤。

（3）車隊管理。

（4）預(yù)測性分析和預(yù)測性維護。

（5）現(xiàn)場使用的自動和半自動車輛。

（6）工業(yè)可穿戴設(shè)備(如聯(lián)網(wǎng)頭盔、ar眼鏡)。

（7）用于工業(yè)場所的聯(lián)網(wǎng)。

（8）設(shè)備的遠程控制和管理。

（9）基于物聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)過程和質(zhì)量監(jiān)控。

（10）數(shù)字孿生。

iiot趨勢

到年，該市場的規(guī)模將增至44億部終端，其中亞太地區(qū)將成為終端數(shù)量最多的地區(qū)，占所有終端的54%。我們預(yù)測的iiot終端分為3類。

（1）電機控制：低壓電機驅(qū)動、中壓電機驅(qū)動、運動控制器、伺服驅(qū)動、步進驅(qū)動、電機、泵和壓縮機、發(fā)電機、發(fā)電機組、渦輪機和開關(guān)設(shè)備。

（2）離散控制：iiot網(wǎng)關(guān)、路由器、操作員終端、工業(yè)pc、plc、遠程i/o、傳感器、離散安全終端、安全驅(qū)動器和機器視覺終端。

（3）流程控制：dcs、過程控制和儀器儀表、過程測量、過程安全和rtu。

大多數(shù)iiot應(yīng)用(如預(yù)測性維護或數(shù)字孿生)將依賴來自不同類別的多個終端。其它應(yīng)用(如資產(chǎn)監(jiān)控)則可以通過很少的終端(如連接到iiot網(wǎng)關(guān)的傳感器)構(gòu)建。

商業(yè)趨勢

供需趨勢決定了iiot市場。在供應(yīng)側(cè)，制造商提高競爭力和控制成本的需求推動了市場創(chuàng)新，而iiot是其中的關(guān)鍵部分。驅(qū)動因素如下。

（1）減少代價高昂的機器故障停機時間(根據(jù)施耐德電氣的數(shù)據(jù)，每一次設(shè)備故障都會給采礦公司帶來每小時3000美元的損失)。

（2）提高生產(chǎn)力和利潤率，包括提高產(chǎn)量和降低成本。

（3）解決技能短缺問題。這在日本等勞動力老齡化的市場上尤為重要。

（4）國家計劃，如“德國工業(yè)4.0”和“中國制造”等。

與此同時，在需求側(cè)，制造商希望看到最終客戶持續(xù)推動更高層次的定制化，從而產(chǎn)生迅速改變和調(diào)整產(chǎn)品及裝配線的需求。汽車和運動鞋制造業(yè)就是的例子。這推動了對敏捷性和靈活性的需求，而iiot可以幫助實現(xiàn)這些需求。

技術(shù)趨勢

工業(yè)市場正在向數(shù)字化邁進。在制造行業(yè)，ot和it的融合便明顯體現(xiàn)了這一點，尤其是需要ot解決方案充分利用不斷增長的it數(shù)據(jù)和系統(tǒng)來“走出孤島”。ot系統(tǒng)通常設(shè)計為獨立的實體，因此在很多情況下，為它們提供連接并將它們集成到新的it和iiot解決方案中并不是一件容易的事。

數(shù)字化與新技術(shù)齊頭并進。它們包括新的連接協(xié)議（如5g、wi-fi6、tsn、opcua、mqtt）以及新的應(yīng)用技術(shù)（如機器學(xué)習(xí)、ai、ar/vr、數(shù)字孿生、數(shù)字主線、增量制造和協(xié)作機器人）。希望將這些技術(shù)引入工業(yè)領(lǐng)域的主要參與者包括云和it供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商以及csp。

在技術(shù)方面，一個持續(xù)的挑戰(zhàn)在于需要添加/轉(zhuǎn)換，而不是全面更換。新技術(shù)和iiot解決方案必須在“brownfield”環(huán)境中交付，在這樣的環(huán)境中，許多系統(tǒng)不能被關(guān)閉，并且無法進行大規(guī)模的工廠中斷來進行升級。

工業(yè)專網(wǎng)和5g的機會

在iiot領(lǐng)域，專網(wǎng)(現(xiàn)在是lte，以后是5g)是目前主要由csp和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商驅(qū)動的主要趨勢。

從csp和供應(yīng)商的角度來看，一些主要發(fā)展動力包括如下。

（1）專網(wǎng)提供了一種非常適合工業(yè)環(huán)境的解決方案，可以將網(wǎng)絡(luò)控制和管理以及數(shù)據(jù)安全和治理交到企業(yè)自己手中。

（2）5g的機會與工業(yè)部門的專網(wǎng)機遇緊密相連（盡管5g尚未完全標(biāo)準化）。5g的一些特性，特別是5gurllc，使其非常適合支持極低延遲的工業(yè)企業(yè)應(yīng)用程序，如自動導(dǎo)引車(agv)。

（3）由于擔(dān)心消費者市場上的5g需求不足以證明5g資本支出的合理性，服務(wù)提供商和供應(yīng)商也非常積極地在工業(yè)領(lǐng)域?qū)ふ?g的機會。

iiot生態(tài)價值鏈

技術(shù)變革正在塑造iiot價值鏈

iiot價值鏈與該領(lǐng)域的數(shù)字化進程緊密關(guān)聯(lián)。連接成為工業(yè)技術(shù)的重要組成部分。隨著邊緣計算或ai等新技術(shù)成為通過物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供價值的重要元素，it也變得越來越重要。這種向數(shù)據(jù)驅(qū)動型工業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)變對專業(yè)技能提出了額外的要求，特別是在網(wǎng)絡(luò)安全和iiot平臺等新領(lǐng)域。

這種額外的復(fù)雜性意味著沒有公司能夠真正獨立地提供端到端iiot解決方案。與此同時，工業(yè)環(huán)境中現(xiàn)有的“brownfield”技術(shù)意味著沒有顛覆式創(chuàng)新型參與者能夠孤立地提供解決方案。因此，合作至關(guān)重要。此外，終端的長生命周期、在不干擾生產(chǎn)的情況下進行創(chuàng)新的需求以及傳統(tǒng)的思維方式意味著沒有任何創(chuàng)新解決方案能夠憑一己之力顛覆市場，工業(yè)環(huán)境是關(guān)鍵。

從csp或基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商的角度來看，的場景是csp向工業(yè)企業(yè)銷售專有和混合網(wǎng)絡(luò)解決方案，對其進行管理并提供增值服務(wù)（如mec和分析）、應(yīng)用程序（如agv），甚至是全面的系統(tǒng)集成。

另一種情況是csp管理網(wǎng)絡(luò)或者僅將頻譜出租給企業(yè)或其技術(shù)伙伴，除此以外并沒有開展其它與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的業(yè)務(wù)。這可能很快惡化為最壞的情況，由于頻譜許可的發(fā)展(如共享、區(qū)域頻譜或未授權(quán)頻譜)可能會減少其獨特資產(chǎn)擁有的機會，csp有可能被排除在iiot市場之外。

為了實現(xiàn)的場景，csp必須發(fā)展垂直領(lǐng)域知識和以用例為中心的戰(zhàn)略，以便有效地利用工廠外連接作為自己真正的差異化優(yōu)勢。雖然我們不清楚它們是否能夠有效地實現(xiàn)工廠車間聯(lián)網(wǎng)，但有一點毫無疑問，即它們能夠以低帶寬和高帶寬技術(shù)支持廣域連接。在iiot領(lǐng)域，csp的優(yōu)勢在于創(chuàng)建一個智慧工廠（智慧供應(yīng)鏈場景）。csp在市場上的成功取決于5g是否能夠成功超越連接技術(shù)的范疇，以及他們是否有能力投入足夠多的時間和資源來適應(yīng)垂直市場的需求。這包括構(gòu)建內(nèi)部專長、產(chǎn)品團隊和具有深入行業(yè)經(jīng)驗以及專業(yè)知識的銷售團隊。

一些csp已經(jīng)與領(lǐng)先的工業(yè)技術(shù)供應(yīng)商建立了聯(lián)系，不過在合作方面還有很多工作要做。

iiot市場上的主要顛覆性創(chuàng)新技術(shù)

5g、ai、ar和邊緣計算等新技術(shù)將影響iiot價值鏈以及工業(yè)領(lǐng)域的解決方案部署環(huán)境。如果我們將供應(yīng)鏈、制造車間和交付產(chǎn)品視為工業(yè)部門的3個主要價值和活動領(lǐng)域，這3個領(lǐng)域都將受到新技術(shù)和iiot的影響。tsn和opcua等技術(shù)將主要影響工廠內(nèi)部，而ml/ai或數(shù)字孿生等其它技術(shù)將對工業(yè)產(chǎn)生更廣泛的影響。5g也將影響這3個領(lǐng)域，盡管它在工廠內(nèi)部的相關(guān)性還有待證明。

iiot環(huán)境中的連接技術(shù)

工業(yè)環(huán)境中存在不同的連接網(wǎng)絡(luò)層。層是生產(chǎn)車間，包括機器和傳感器。該領(lǐng)域主要由有線連接主導(dǎo)，形式表現(xiàn)為現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)。無線技術(shù)只是其中的一小部分，包括wirelesshart等技術(shù)。在這一層之上是scada系統(tǒng)，然后是mes，再然后是erp，它們組成了所謂的“工業(yè)自動化金字塔”。

5g可以支持高達20gbit/s的速度、大量的終端和低至1ms的可靠性，因此在可靠性、延遲、帶寬和可預(yù)測性方面可與現(xiàn)有的有線連接選項競爭。此外，與廣泛的布線工作相比，5g可以帶來移動性，而且可以降低成本。

然而，5g仍是一項未完成的技術(shù)。目前r16已經(jīng)凍結(jié)，而r17將于年完成。它們都增添了必要的升級，目的是為了充分發(fā)揮5g的潛力。r16將是5g超可靠低延遲(5gurllc)和iiot5g實現(xiàn)標(biāo)準化的關(guān)鍵一步，使具有極低延遲需求的服務(wù)（如機器人自動化、未授權(quán)頻譜5g專網(wǎng)和5g定位）成為可能。

市場不會在一夜之間發(fā)生變化，因為終端和芯片組在標(biāo)準化之后至少還需要2～3年時間才能達到顯著的規(guī)模。5gfortsn現(xiàn)在似乎被推到了r17。在此之前，5gurllc將是一個很好的“一次性”技術(shù)，但無法為整個工廠賦能。

此外，5g可以支持embb、mmtc和urllc，但這些無法同時進行。舉例來說，并不是所有的5g頻譜都同樣適合交付延遲為1ms的urllc，并且將需要大量的邊緣計算來實現(xiàn)這一點。支持5gurllc將影響5g的頻譜效率，影響其它一些5g功能。例如一個5g小區(qū)支持的5gurllc連接數(shù)將低于100（而不是數(shù)以千計）。

（1）更高的速度:鑒于更高的數(shù)據(jù)編碼效率，wi-fi6具有更高的吞吐量。預(yù)計wi-fi6的速度約為10gbit/s，幾乎是wi-fi5速度（3.5gbit/s）的3倍。

（2）改進的多用戶、多輸出通信(mumimo):wi-fi6支持無線接入點同時與多個用戶通信(下行)，并支持多個用戶同時傳輸數(shù)據(jù)(上行)。

（3）提升能源效率：wi-fi6使用目標(biāo)喚醒時間(twt)技術(shù)。它支持終端與路由器通信并統(tǒng)一調(diào)度無線終端休眠以及傳輸或接收數(shù)據(jù)的時間。

（4）在擁擠地區(qū)達到更好的性能:wi-fi6使用正交頻分多址(ofdma)技術(shù)，能夠同時處理多個聯(lián)網(wǎng)終端，并有效利用可用頻譜。

（5）增強的安全性:wi-fi6接入點將配備wi-fi聯(lián)盟最新發(fā)布的wpa3無線安全標(biāo)準。

opcua

opcua是一個來自opcfoundation、獨立于平臺的標(biāo)準，旨在促進開放連接，各種系統(tǒng)和終端可以通過各種類型的網(wǎng)絡(luò)在客戶端和服務(wù)器之間發(fā)送消息來進行通信。它基于分層架構(gòu)，執(zhí)行tcp/ip通信協(xié)議，并支持兩個協(xié)議。這兩個協(xié)議是二進制協(xié)議:一個是支持通過防火墻輕松啟用的協(xié)議,另一個是使用標(biāo)準http/https端口的web服務(wù)協(xié)議。

opcua是opcclassic協(xié)議的替代協(xié)議，后者最初基于分布式組件對象模型(dcom)開發(fā)，因此僅限于windows。opc存在的其它問題包括安全性、費用、效率低、數(shù)據(jù)移動和維護困難。opcua的不同之處在于，它是一種可在各種操作系統(tǒng)上使用的互操作技術(shù)，支持更多的終端啟用opcua。它提供了一種開放和可靠的機制，有助于企業(yè)系統(tǒng)與不同控件、監(jiān)控終端和傳感器（與真實世界的數(shù)據(jù)進行交互）之間的數(shù)據(jù)傳輸。

tsn

tsn是一組ieee802ethernet子標(biāo)準，由ieeetsn工作組定義，可實現(xiàn)確定性的實時通信。tsn技術(shù)通過面向?qū)崟r應(yīng)用程序的時間調(diào)度來保證交付，并程度地減少抖動。

tsn確保信息可以在固定、可預(yù)測的時間內(nèi)從a點傳輸?shù)絙點。可預(yù)測性可以提高效率。

iiot環(huán)境中的應(yīng)用程序和邊緣計算

數(shù)字孿生是一種數(shù)字表示形式，它提供了終端或生態(tài)在整個生命周期中運作和生存的要素和動態(tài)。數(shù)字孿生將傳感器數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)和軟件分析結(jié)合起來，然后在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建空間圖。這些空間圖提供了一個數(shù)字仿真模型，并與它們的物理對應(yīng)物一起實時更新。制造業(yè)中的機器、系統(tǒng)，甚至整個工廠都可以通過數(shù)字孿生進行建模。數(shù)字孿生不斷從多個來源進行學(xué)習(xí)和更新，從而表現(xiàn)其近實時的狀態(tài)、工作環(huán)境或位置。它還將過去機器運行的歷史數(shù)據(jù)集成到數(shù)字模型中。數(shù)字孿生有助于以安全和經(jīng)濟的方式模擬機床功能，還有助于識別物理工具或基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)問題的根本原因。如果物理機床出現(xiàn)故障，工程師可以評估數(shù)字孿生虛擬機的數(shù)字蹤跡來進行診斷和預(yù)測。

與數(shù)字孿生一樣，數(shù)字主線也在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。例如ptc對數(shù)字主線的定義是統(tǒng)一相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集，目的是發(fā)現(xiàn)洞察，并將其視為構(gòu)建數(shù)字孿生的先決條件。數(shù)字主線在整個企業(yè)中創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖。數(shù)據(jù)集由上游和下游數(shù)據(jù)支持。較常見的數(shù)據(jù)集包括cad數(shù)據(jù)、產(chǎn)品生命周期管理、iiot、erp、crm、mes和bom等。相反，數(shù)字孿生是物理對等物的虛擬表示，它可能是一個機器甚至是一個過程。其目的是了解原始物理對象的表現(xiàn)(如反應(yīng))。

應(yīng)該從不同的角度采用數(shù)字孿生：從產(chǎn)品的角度著眼于運轉(zhuǎn)中的產(chǎn)品特性；從制造和運營的角度著眼于制造過程中的所有洞察；最后從客戶體驗的角度出發(fā)，著眼于最終客戶如何使用產(chǎn)品，并針對未來的設(shè)計和創(chuàng)新提供深入的洞察。

人工智能、機器學(xué)習(xí)和邊緣

理解數(shù)據(jù)并在此基礎(chǔ)上采取行動是物聯(lián)網(wǎng)的一個主要商機。ai是一個廣泛的技術(shù)領(lǐng)域,可以粗略地定義為用機器模擬人類智能和經(jīng)驗。物聯(lián)網(wǎng)終端和解決方案可以為ai算法提供關(guān)鍵的輸入來源和訓(xùn)練數(shù)據(jù),反過來，ai功能又可以對它們進行操作和控制。在ai領(lǐng)域中，機器學(xué)習(xí)是一種無需明確編程就能自動通過經(jīng)驗學(xué)習(xí)并改進的應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)是機器學(xué)習(xí)的一個子領(lǐng)域，由一些算法組成，這些算法利用大量的數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練自己執(zhí)行任務(wù)，如語音和圖像識別。

ai和ml與邊緣計算和云提供的數(shù)據(jù)存儲和處理能力緊密關(guān)聯(lián)。云和邊緣十分必要。舉例來說，向云發(fā)送數(shù)據(jù)對于訓(xùn)練ai模型至關(guān)重要，在邊緣分析其它數(shù)據(jù)源可以帶來減少延遲、減少云和連接費用、增加數(shù)據(jù)安全和隱私等好處。

增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實

ar是一種由計算機生成元素(如文本、聲音、圖片或物體)增強真實世界的技術(shù)。vr將真實世界的元素引入到虛擬世界中，如將真實的手引入虛擬環(huán)境。

雖說經(jīng)過了幾年的試點、實施和大量宣傳，ar眼鏡市場卻并未火爆起來。智能ar眼鏡有一個廣泛的生態(tài)，包括光學(xué)元件供應(yīng)商、終端oem、應(yīng)用開發(fā)商、定制軟件開發(fā)商、內(nèi)容供應(yīng)商、軟件開發(fā)商和平臺提供商。

試驗和試點（尤其是在工業(yè)環(huán)境中）顯示生產(chǎn)力大幅提高，成本大幅降低。在工業(yè)環(huán)境中，工作流是車間管理和衡量效率的一個重要因素，可以影響成本以及產(chǎn)品或服務(wù)的交付。在許多情況下，車間使用紙質(zhì)說明書或手冊來指導(dǎo)工人完成不同的任務(wù)。智能眼鏡可以支持用戶在查看手冊和圖表的同時捕捉視頻和照片。這種在需要時無需手動即可訪問使用說明、地圖、圖表等的能力在工業(yè)和企業(yè)市場上激起了人們的興趣。ar眼鏡還可以用于知識傳遞和下一代工人培訓(xùn)。

本文首發(fā)于《電信工程技術(shù)與標(biāo)準化》