避免掉进IIoT“陷阱”——规划和部署IIoT的五大问题清单
2023-02-20 08:48 Alan Raveling
工业物联网（IIoT）是智能制造、工业4.0以及其它自动化和控制趋势的关键组成部分。尽管这个术语可能被过度使用，但下述问题可以作为工程师和相关人员在规划、部署和应用等IIoT各个阶段的问题清单模板。
从其核心来看，IIoT可以看做是一个众多组件的集合，这些组件收集数据并将其传输到应用程序，然后分析和处理这些数据，以获得有用的信息。利用这些数据，可以深入了解设备的运行性能（作为预测分析的一部分），提供机器学习或统计分析包，或实现丰富的趋势或历史图表和图形。
通过更多设备来收集更多的数据，工程师、统计学家、数据科学家和其它参与设备设计和运营的人员，可以更全面地了解导致停机、报废和产品质量差的问题。从这些数据中获得的见解，使组织能够从被动应对转变为主动管理。
拥有数十、数百或成千上万传感器和数据采集器，并不意味着就是一个完整的IIoT解决方案，它还需要包括处理数据的传输机制和软件包。制定IIoT战略必须包括数据通信要求、部署标准以及对所有权、支持或维护的期望。
在您的组织中，IIoT设备是否可以使用与可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）相同的网络？设施所在的区域，是否存在4G/5G无线网络，IIoT设备是否可以使用这些无线网络？是否允许使用其它无线协议，如低功耗蓝牙（BLE）或LoRaWAN？必须根据组织内制定的哪些安全策略或要求来评估这些解决方案？
2 评估数据来源
当面临某些工程挑战，而IIoT解决方案似乎适合时，最终设计有几个影响因素。工程师首先应评估数据源。
1.是否需要安装新的传感器或仪表？如何解决设备的电源和通信布线问题？
许多IIoT设备可以使用电池供电，根据占空比的不同，使用寿命从1年到5年不等。一些设备可以使用安装点的能源自行供电。
2.该数据有哪些可能的格式，如MQTT、4-20mA、REST API、RS232、JSON和RS485？是否需要对数据进行任何翻译或转换？如果是这样，在哪里转换？
为了节省通信时间和能源，传感器可能会传输一个紧凑的比特流，然后需要将其分解为单独的数据字段。
3.每10秒或10分钟就需要更新一次数据吗？在每个通信周期内，发送多少数据？
例如，使用LoRaWAN，单个设备在给定时间内可以发送的数据量有上限，带宽通常以单个或低两位千比特每秒（kbps）速率进行测量。如果使用蜂窝调制解调器，一个月生成的数据量至关重要，了解这一点可以避免超载或其它罚款。
4.数据源和传感器之间的距离是以码/米还是英里/公里为单位测量的？现有的远程网络是否到位，或者是否需要创建一个新的网络？
地形、空间中使用的其它频率，或物理基础设施和设备可能会影响不同通信协议的使用范围。这可能会阻塞或减少设备的有效范围。
3 确定如何处理IIoT数据
接下来，工程师必须确定如何处理生成的数据。这些数据点的关联、存储和时间戳，都对信息的有效使用至关重要。
1.将传感器与特定部件、设备或区域关联的策略是什么？谁来跟踪已部署IIoT设备的库存及其位置？
它们是资产，必须按照与网络连接的其它设备相同的政策和程序进行管理。
2.数据将存储在何处以及如何存储？是转到基于云的服务还是传输到本地数据库？如何解决无法访问互联网的问题？
在选择数据存储解决方案时，请考虑每天生成的数据量以及必须存储的数据量。
3.如何同步每个IIoT设备的时间或数据生成事件？可接受的IIoT设备之间的时间差是多少？
蜂窝设备使用网络时钟，而无线或有线网络设备可能使用网络时间协议（NTP）。设备间的时间差只有几秒钟。
4.每个IIoT设备报告使用何种时间格式？是否需要转换时间戳？
一些设备以Epoch格式列出时间（自1970年1月1日起过去的秒数），一些设备以UTC记录时间，而其它设备则根据本地时区列出时间。日期和时间必须采用相同的格式，以便应用程序处理、比较和分析设备提供的数据和信息。
4 考虑IIoT数据的可用性
由于数据现在保存在数据库或其它系统中，工程师必须考虑其使用或可访问性。
1.只能通过IIoT软件解决方案访问数据，还是也可以访问驱动软件的表格和数据库？
一些供应商或解决方案提供商仅提供基于网络或前端的访问。这种访问允许进行分析或可视化，但不允许将数据集成到其它内部解决方案中。
2.软件是在基于云的平台中，还是在组织的环境中运行？正常运行时间能保证吗？如果IIoT解决方案在1小时或1天都不可用，会产生什么影响？
随着这些IIoT解决方案的数据和分析变得越来越重要，组织可能需要决定：如果IIoT系统离线，是否应该继续运行设备。
3.谁有权访问，访问权限有哪些？是否允许合作伙伴、承包商或第三方访问数据？
工程师应与组织的IT或安全团队合作，以了解数据共享、传输数据以及集成到现有的身份和访问管理系统中的任何要求。
5 评估对IIoT设备的支持和管理
随着IIoT设备和潜在网络或网关就位，工程师应评估对这些设备的支持和管理。
1.谁来负责应对设备故障或停机？
例如，电池供电设备的寿命有限，应定期进行维护以更换电池。
2.IIoT设备是否有备品备件，存储在哪里？更换故障设备需要多长时间？组织内谁知道如何执行这些任务？
某个区域的技术人员可能需要接受额外的培训或文件，以便他们更换这些部件。
3.IIoT设备预期寿命是多少？两三年后是否有可用的备品备件，确保能够更换现有硬件？
组织可能需要根据IIoT领域每年发生的快速变化来评估其战略。新的特性或功能可以提供足够的价值，以推动定期更换。
IIoT可以使组织做出更明智、更快的决策，并通过提高效率、节约成本或避免额外的成本来提升价值。尽管本文提出的问题比回答的问题更多，但通过这些问题和注意事项，将得到一个更加稳健和全面的解决方案，避免在没有准备的情况掉进IIoT的“陷阱”。