工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決了傳感器與工業(yè)控制設(shè)備和能源系統(tǒng)的連接問(wèn)題，以提高生產(chǎn)力和流程。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還使用強(qiáng)大的通信平臺(tái)集成了高級(jí)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施、分析和機(jī)器學(xué)習(xí)。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可能很復(fù)雜，尤其是在通信網(wǎng)絡(luò)和控制層。然而，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速創(chuàng)新步伐和各行業(yè)領(lǐng)域加大技術(shù)投資，將使工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更能適應(yīng)變化，并在未來(lái)幾年進(jìn)行更多改進(jìn)。當(dāng)使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的工具實(shí)施時(shí)，運(yùn)營(yíng)分析和性能優(yōu)化在當(dāng)今特別有效。
什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，應(yīng)該從哪里開(kāi)始?
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)由交互層定義，其中包括設(shè)備、通信和語(yǔ)義。在設(shè)備層，架構(gòu)師設(shè)計(jì)設(shè)備如何與通信系統(tǒng)交互以在結(jié)構(gòu)中連接和互連。在通信層，系統(tǒng)使用協(xié)議來(lái)交換可操作的信息。在語(yǔ)義層，將含義和場(chǎng)景應(yīng)用于系統(tǒng)，并在業(yè)務(wù)目標(biāo)的場(chǎng)景中識(shí)別系統(tǒng)特性。
架構(gòu)師必須從本體(各層之間的關(guān)系)開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署的設(shè)計(jì)，并投資四類(lèi)基礎(chǔ)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以加速開(kāi)發(fā)。
(1)通信和安全
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)需要對(duì)工廠、設(shè)施和分銷(xiāo)供應(yīng)鏈內(nèi)的通信進(jìn)行投資，以實(shí)現(xiàn)互連和最佳互操作。企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)傳感和整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換方面具有廣泛的潛在用途，以解決材料和機(jī)器的管理、安全、流動(dòng)和狀態(tài)、環(huán)境條件以及一些業(yè)務(wù)問(wèn)題。通信技術(shù)和具有10Gbps寬帶無(wú)線連接能力的5G的承諾提高了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的能力。例如，當(dāng)今可用的虛擬網(wǎng)絡(luò)可以在云中安全地托管計(jì)算和分析工作負(fù)載，用于通過(guò)跨不同工業(yè)地點(diǎn)建模來(lái)應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控、分析和決策支持的廣泛應(yīng)用程序。工廠系統(tǒng)之間的本地控制連接將發(fā)生在有線、無(wú)線和光纖網(wǎng)絡(luò)上，這些網(wǎng)絡(luò)通常是私有的，并且具有與云計(jì)算系統(tǒng)相同的安全態(tài)勢(shì)。
(2)開(kāi)放數(shù)據(jù)平臺(tái)和工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)
開(kāi)放系統(tǒng)使用通用信息模型指導(dǎo)共享信息的開(kāi)發(fā)。工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通常共享傳輸和通信協(xié)議，從而改進(jìn)了它們的管理。在工廠或設(shè)施中，數(shù)據(jù)治理自動(dòng)化應(yīng)嚴(yán)格禁止信息共享，并根據(jù)需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)和設(shè)備。架構(gòu)師在開(kāi)發(fā)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，必須考慮對(duì)數(shù)據(jù)隱私的需求以及開(kāi)發(fā)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和通信路徑保護(hù)形式。
(3)人工智能
人工智能算法可以完成操作中的許多分類(lèi)、預(yù)測(cè)和優(yōu)化任務(wù)，特別是基于感知的機(jī)械維護(hù)和性能優(yōu)化以及系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)。某些形式的人工智能 支持實(shí)時(shí)決策和從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，而其他人工智能模型則解決更長(zhǎng)的優(yōu)化類(lèi)型問(wèn)題。企業(yè)必須提前數(shù)月知道需要哪種形式的人工智能來(lái)促進(jìn)流程優(yōu)化，并改善預(yù)期結(jié)果，因?yàn)閷⒘鞒虄?yōu)化開(kāi)發(fā)和嵌入工業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。
(4)系統(tǒng)控制
跨工廠、設(shè)施或智能建筑交互的系統(tǒng)需要對(duì)已經(jīng)存在的許多獨(dú)立系統(tǒng)有著廣泛的了解。成功的架構(gòu)設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)在服務(wù)抽象、信息和數(shù)據(jù)交換以及整個(gè)系統(tǒng)中的交換時(shí)間方面的系統(tǒng)。
構(gòu)建組織工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的工具
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)可以作為開(kāi)發(fā)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)空間中復(fù)雜系統(tǒng)方法的指南。其框架通常建議企業(yè)使用系統(tǒng)方法為IT和運(yùn)營(yíng)技術(shù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)架構(gòu)，其中包括行業(yè)細(xì)分中的特定參考架構(gòu)，例如運(yùn)輸、能源、醫(yī)療保健等行業(yè)領(lǐng)域或政府部門(mén)。
早期的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃應(yīng)該參考有關(guān)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中組件之間使用模式的實(shí)施觀點(diǎn)。其實(shí)施觀點(diǎn)是技術(shù)及其利用的完整生命周期、基礎(chǔ)設(shè)施、通信、傳感器、機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)施系統(tǒng)功能組件的技術(shù)的集合。例如，企業(yè)可以考慮三層架構(gòu)模式，其中包含與當(dāng)前使用的系統(tǒng)一致的邊緣、平臺(tái)和企業(yè)服務(wù)層。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)還定義了其他使用模式。承諾首先通讀工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)的技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以塑造企業(yè)如何定義他們的方法，并在框架驅(qū)動(dòng)的角度考慮目標(biāo)和系統(tǒng)。
架構(gòu)師還必須采取措施設(shè)計(jì)特定于其組織需求的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)：
(1)定義架構(gòu)的愿景和目標(biāo)：誰(shuí)是利益相關(guān)者?想達(dá)到什么目的?隨著時(shí)間的推移，機(jī)器學(xué)習(xí)會(huì)做得更好或提供什么信息?改進(jìn)決策支持的機(jī)會(huì)在哪里?系統(tǒng)是如何使用的，成功的決定因素是什么?基于產(chǎn)出的規(guī)劃方法是關(guān)鍵。
(2)讓架構(gòu)師和物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人閱讀和評(píng)估工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)(IIRA)以指導(dǎo)他們的方法。在設(shè)計(jì)階段，技術(shù)利益相關(guān)者應(yīng)將業(yè)務(wù)觀點(diǎn)與功能觀點(diǎn)保持一致，以定義系統(tǒng)與環(huán)境的通信層、接口、數(shù)據(jù)和交互。
(3)定義考慮未來(lái)實(shí)施和觀點(diǎn)的范圍。指定功能，其中包括業(yè)務(wù)、信息、操作、控制和應(yīng)用程序域，并確定最適合的部署使用模式。
(4)根據(jù)每個(gè)功能域內(nèi)的任務(wù)、角色和活動(dòng)確定架構(gòu)的基本功能，這將協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的功能。
(5)定義反饋、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)和成功衡量標(biāo)準(zhǔn)。定義計(jì)劃關(guān)系以確?？紤]所有利益相關(guān)者和觀點(diǎn)。
(6)確保組織結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備好在持續(xù)改進(jìn)的持續(xù)迭代循環(huán)中計(jì)劃、執(zhí)行、衡量和糾正。
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