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工业数字化转型所需的关键技术

发布时间:2023-03-09

编辑人:灵图互动

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工业数字化转型是指工业企业利用物联网,将“实物”连成网络,并捕获这些“实物”的运行及关联数据,通过数据采集、处理、分析等手段,从而控制它们并优化其操作,进而改进流程及运营并获得更好的结果,其特点在于信息技术(IT)和运营技术(OT)的融合。例如,在工业领域,数字化转型将改变企业的运营、服务及设备维护方式,从而提高企业的生产效率和竞争力。

工业数字化转型所涉及的关键技术如下:

1. 云计算/边缘计算

边缘计算技术使信息处理更加靠近数据源,从而能够在本地设备无法稳定连接到数据中心资源的情况下提供(准)实时响应与改进功能。例如边缘计算能够提升解决方案的效能,包括更快速响应的应用程序,更高的稳健性、可靠性以及自主运行能力。

2. 超连接

超连接通常描述的是一个万物互联的情境,具备可满足特定应用程序所需的各种功能。超链接关键技术包括公共和专用网络中的5G超可靠低时延通信(URLLC)、增强型移动宽带(EMB)和海量机器类通信(mMTC)以及替代性的低功耗广域网络(LPWA)技术。其他技术则包括网状网络、高空低轨道(HALO)平台和不断发展的Wi-Fi标准。

3. 数据安全

数据安全是工业数字化转型的基础,数据安全旨在避免数据被意外或未经授权地获取、篡改和破坏,从而确保数据的有效性、完整性和机密性。它属于更广义上的数据保护范畴,涵盖多个毗邻且重叠的领域,例如数据安全性、数据完整性和数据隐私保护。数据安全包含许多不同种类的保护机制,例如密钥管理、信任根、身份验证、权限控制以及审计与监视。

4. 人工智能与分析

人工智能与分析强化了对于数据的理解和学习能力;人工智能算法可将工业物联网系统产生的含海量数据加以分解和分析,从而帮助企业进行合理决策。

5. 数字孪生

数字孪生(DT)是“对现实世界中的实体或系统的数字化呈现”,包括其形状、属性、行为和规则,并借助历史数据、实时数据以及算法模型等,模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。通过数字孪生技术可以在虚拟空间中进行映射、同步更新状态,反映物理世界对象的全生命周期过程。数字孪生信息涵盖了多种数据类别的组合,例如基于物理的模型和数据、分析模型和数据、时间序列数据和历史数据、交易数据、主数据、视觉模型和计算数据等。例如在制造业利用数字孪生技术可协助进行预测性维护、优化运营效率以及确定资产维护策略。

 

工业数字化转型所需的关键技术

6. 分布式账本

分布式账本技术(DLT)提供了一种可信赖且无法被篡改的账本,企业可用它来传输和存储基于自身运营状况或内部产生的交互数据(包括工业物联网设备)等有价值的信息。

7. 人机接口

人机接口(HMI)是硬件与软件的集合体,可通过信息输入来触发信息输出,进而实现人机交互。从简单的按钮到复杂的图形显示系统,形式多种多样。此处的人机接口是指尚未在工业领域成为主流的新颖接口,例如增强现实(AR)显示器,通过视觉或音频的“叠加”使人所处的物理环境得到增强,或是虚拟现实(VR)头戴设备,能够让人们完全沉浸在计算机生成的情境之中。例如:利用物联网设备所采集的实时数据和影像,以及混合现实(XR)技术,给单个实物、制造车间、整个工厂或建筑工地创建数字孪生,如此便可远程进行诸如质保或监理之类的活动。

8. 增材制造

增材制造技术通过对材料进行逐层堆叠,将数字三维设计图转化为物理实体,由此改变了物品的制造方式。原材料通常是塑料、其他聚合物、金属或陶瓷,其形态可以是液体、粉末或薄片。增材制造技术的应用能够促进跨行业生产各种产品的多模式工厂建设,例如生产汽车零部件的增材生产线也可以生产医疗设备。

9. 数据共享

数据共享是实现万物互联的主要驱动力。数据共享是指在生态系统及供应链伙伴之间共享物联网产品和运营数据的能力。数据亦可通过第三方来获取。物联网数据共享主要包含静态数据、动态数据和使用中的数据。这些数据可能具有可创造盈利的内在价值、研究价值和历史价值。例如在制造业领域代工厂和经销商可共享设备运行及维护数据,从而降低设备的维护成本。

 

工业数字化转型数据共享

10. 工业物联网

工业物联网是第四次工业革命浪潮中的核心技术之一。它指的是将传感器驱动的物联网扩展并用在非消费类应用程序上。工业物联网系统将边缘计算与企业的系统、业务流程和分析技术连接并集成在了一起。通过工业互联网的应用智能制造系统可通过预测性维护来优化生产并最大限度地避免意外停机。

11. 自主机器人系统

自主机器人系统是指设备无需人为操控或看管即可执行任务,比如无人机、自动驾驶等。尤其是在需要对设备进行远程实时操控的情况下,自主机器人系统特别实用,例如需要保护工人的安全,或是需要面对复杂危险的工作环境,又或是需要比人工速度和精度更高的应用程序,使用自主机器人系统不仅可以提高安全意识还能提升生产力。

12. 信息技术/运营技术的不断创新

物联网设备划定了数字世界与物理世界之间的边界,致动器接收到信息并改变物理世界中的状态,传感器则观察物理世界中的状态并将之转化成信息。围绕着传感器与致动器的创新,或强化了现有的运营技术的作用,或开发了新的用途及市场。将具备无线通信功能的传感器和致动器可装载到活动部件当中,用于检测和纠正变速箱或液压系统的异常,例如目前汽车上的胎压预警系统等。

 

工业数字化转型所需的关键技术

13. 工业物联网终端设备的微功耗发电(能量收集)

电池有很多缺点。使用寿命有限,特别是传统电池会随着时间流逝自行放电,而且化学流体工艺也很难保证使用寿命。充电电池虽可通过外部电源重复充电,例如太阳能、风能或热能,但同样由于化学流体工艺的原因,很难达到预期寿命。

将无线技术整合进工业物联网可产生高度分布式的解决方案,其中某些部件可能位于物理上难以接近或是危险的区域。物联网设备则可连接那些无法使用有线电源的可移动部件。例如借助嵌入式传感器可检测钢筋混凝土的损坏。

14. 服务化

服务化并非一项新技术,而是基于工业数字化转型中其他技术的一种新兴应用,服务化主要依赖物联网和超连接,也常常依赖人工智能和数据共享。服务化包含一系列与提供硬件即服务相关的概念,终端用户可能不需要购买服务化设备,即可从设备供应商那里获得相关的服务。通常,服务化属于即用即付的商业模式中的一部分,一般包括预测性维护,并由供应商进行性能担保。

15. 新商业模式和支付方式的技术平台

完整的工业系统都是由特别安装的各种部件所组成。在工业数字化转型中通过将工业部件连接到互联网,部件供应商就可以精确追踪部件的使用情况,使得这类部件的商业及支付模式很类似于我们目前在云端或本地使用软件的情形。这种商业模式和支付方式也可以涵盖整个系统,包括系统集成的工作。

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