工業網路時代的機遇與挑戰

作者:石旭   |   2015 / 06 / 04

文章來源:中云網   |   圖片來源:股感知識庫


雲端運算和大數據已經成為當今IT界最時尚的話題,作為資訊產業的第三次技術革命,雲端運算和大數據將會改變人們獲取、處理和保存訊息的方式。到2015年雲端運算相關產業將會達到引人注目的兆元規模,80%的數據、計算和​​應用都將被“雲化”。

數據和​​應用都將被雲端運算

現在我們可以利用雲端運算和大數據,為電商做精準的廣告推送,也可以為城市交通狀況作出預測,或者能夠提前預測流行疾病的爆發。隨著雲端運算和大數據的不斷發展,對數據的挖掘將不僅僅限於獲取數據中的潛在價值,而是通過數據的互聯互通賦予數據主動性和預測性,從而讓訊息智能化。

舉例來說:在醫療系統中,核磁共振成像掃描是觀察人體內部情況的最佳方式,很多人借助核磁共振技術幫助診斷多發性硬化症、腦部腫瘤、韌帶撕裂和中風,但核磁共振成像機產生的數據跟最需要它的人是斷裂開來的

掃描過程需要很多人合作完成:護士負責檢測需要的藥物或者造影劑,核磁共振成像機技師負責操作掃描儀,放射科醫生則需要甄別用到的成像序列並對圖像進行解譯。然後,這些訊息被交給護士,後者轉交給主治醫生查看,以便其採取相應治療方式。這些內容就是醫療系統的大數據,雖然可以在某種程度上幫助病人解決疾病檢查的問題,但它只是在很低的層次利用這些數據,並沒有使訊息變得更加智能

為了使訊息智能化,需要在大數據、機器與人這三者之間建立起新的鏈接,這樣大數據才能“知道”在何時、以何種方式前往何地、以何種內容展現給何人。如果核磁共振成像數據與機器、人更好地連接起來,那麼病患提交的核磁共振圖像就會自動尋找合適的醫師,這樣,情況就變成訊息尋找醫生,而不是醫生尋找訊息。此外,當合適的醫生查看了圖像之後,更進一步的連接可以使這些圖像“知道”自己需要被歸檔到病患的永久數位醫療記錄當中。

這類主動、路徑安全的大數據看起來可能像是工作流程的一種簡單升級,但事實上,它代表的東西可能是自工業革命以來意義最深遠的商業和技術的融合—我們稱之為工業網路(Industrial Internet),而它距離我們比你想像得更近。

工業網路來臨了

工業網路透過智能機器加上分析功能,通過網路移動的方式給生產力帶來革命性的提高。有了網路,全球數以百萬計的各種工業設備將實現突破性的互聯和互通,這種互聯互通不僅僅是形式上的,在更高的層次上,得益於不斷進步的數據挖掘技術,工業設備之間的數據得到了廣泛的利用。這些工業設備包括數萬種複雜機械的集群,從發電的電廠到運輸的飛機。也包括上千種複雜的機器網絡,從供電網到鐵路系統,這些網絡把機器和它們的集群聯繫起來。

工業網路整合了工業革命和網絡革命的優勢,將兩者有機的結合在一起。伴隨著互相的發展,兩者之間快速融合,並且以智能機器和高階分析這兩個全新的角度體現了工業網路的特點。

智能機器體現了現有的設備通過更先進的方式,例如通過Zigbee等互聯協議使得更多的設備可以連接成為一個更為廣泛的互聯網絡,設備之間可以不受某條鏈路失效的影響繼續進行互聯互通。這樣設備之間的連接更加趨近於神經網絡,連接不僅更加複雜,也更加多樣化。

高階分析技術在大數據技術基礎之上融合了更多的機器算法,包括各種分析算法、預測算法、語義分析等多種算法來分析智能機器之間的數據通信。隨著技術的進步,這種方式將為企業提供新的機遇。傳統的分析方法是基於歷史數據收集技術,這種方式通常將數據、分析和決策分隔開來。隨著系統監控和訊息技術成本的下降,工作效率大大提高,即時數據處理的規模得以大大提升。這些高頻率的即時數據為系統操作提供全新視野,高階分析技術則為分析流程開闢新維度。通過各種物理連接方式、產業特定領域的專業知識、訊息流的自動化與預測能力相互結合可與現有的整套“大數據”工具聯手合作。最終,工業網路將涵蓋傳統方式與新的混合方式,通過先進的特定產業分析,充分利用歷史與即時數據。

工業網路隨著智能機器和高階分析技術的不斷融合趨於成熟,目前來看在很多領域已經開始發揮作用。目前工業網路可以幫助醫療、航空、能源、水處理和石油天然氣產業的客戶提升生產率和運營效率。

除了在上面提到的工業網路在醫療系統的應用之外,也可以在每個人的身邊發揮作用。例如可以實現冰箱自動下單,冰箱可以通過產品包裝上的條碼或二維碼等標識來感知這一產品的存量(此時,冰箱就相當於一個機器節點,通過條碼掃描設備獲取了產品訊息),當存量低於設定值之後(比如沒有牛奶了),就會通過網路向相關的企業下單購買,從而在沒有人的干預下,完成了一個自動補充相關物品的操作。這樣,為用戶帶來的體驗是更進一步的,而傳統的方式可能是冰箱通知用戶沒有牛奶,但是購買牛奶的行為還是由用戶自己完成。現在變成了冰箱(機器)與企業(牛奶企業)之間直接聯繫,工業系統中的各種設備、功能組件有機的互聯起來,讓每台工業機器成為一個節點,將它們各自的相關訊息,通過相應的通信傳送手段互通,從而形成了一個特殊的互聯網。

工業網路帶來的機遇

工業網路需要技​​術不斷的創新,首先需要解決感測器及全面互聯問題。不斷加大對感測器及全面互聯技術的研發投入,必將大力推動工業網路的全面發展。現代訊息技術離不開感測器技術,我們每天的生活和工作也離不開感測器。當我們走進現代化氣息濃厚的辦公大樓,自動門會自動打開;當我們回到家,樓梯裡的照明會自動亮起;當我們使用手機的時候,各種距離感測器、動感測器、方向感測器都為我們帶來了無數的便捷。所以說感測器是新技術革命和訊息社會的重要技術基礎,是現代科技的開路先鋒

感測器是重要技術基礎,是現代科技的開路先鋒

適合於工業網路的感測器技術更強調如下幾個方面:

1、價格低廉,只有更低的價格才能獲得更廣泛的應用
例如條形碼技術,是隨著電腦與訊息技術的發展和應用而誕生的,它是集編碼、印刷、識別、數據採集和處理於一身的新型技術。一般所熟知的商品條碼,最早是由名叫John Kermode性情古怪的發明家發明的,他異想天開地想對郵政單據實現自動分撿。但是當第一個系統進入市場後,包括列印和辨識設備在內的全套設備大約要5000美元。此後不久,隨著LED、微處理器和激光二極管的不斷發展,迎來了新的標識符號和其應用的大爆炸,人們稱之為“條碼工業”。今天很少能找到沒有直接接觸過條碼的公司或個人。由於在這一領域的技術進步與發展非常迅速,並且每天都有越來越多的應用領域被開發,各種類型的條碼也不斷湧現,使我們每一個人的生活都變得更加輕鬆和方便。為了更方便的購物、結賬,我們發明了電子標籤,隨著電子技術的不斷發展,電子標籤的成本也逐漸下降,今後可能會取代條碼技術成為人們生活中的重要組成部分。

工業網路需要更多的感測器能夠在更低的價格下發揮更大的作用,所以如何通過更先進的技術、工藝、材料降低感測器的成本將成為今後的一個發展方向。

2、感測器微型化
為了能夠了解更多的訊息,需要在機器、設備中植入更多種類的感測器,這時候需要我們不斷的減小感測器的體積、微型化。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的,MEMS的發展,把感測器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在微電子技術基礎上,內置微處理器,或者把微感測器和微處理器及相關集成電路等封裝在一起。

3、感測器網絡化
現在的很多感測器需要依賴所附著的設備進行網絡連接,這樣就大大限制了感測器採集信號的可用性。隨著感測器技術及無線網絡技術的進一步融合,無線感測器將有著十分廣泛的應用前景。它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值,在未來還將在許多新興領域體現其優越性,如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見,將來無線感測器網絡將無處不在,將完全融入我們的生活。比如微型感測器網可以將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連,實現遠距離追踪,家庭採用無線感測器網絡負責安全調控、節電等。無線感測器網絡將是未來一個無孔不入十分龐大的網絡,其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域,需要各種技術支撐。但是,我們還應該清楚的認識到,無線感測器網絡才剛剛開始發展,它的技術、應用都還還遠談不上成熟,企業應該抓住商機,加大投入力度,推動整個產業的發展。

今後,隨著CAD技術、MEMS技術、訊息理論及數據分析算法的繼續向前發展,未來的感測器系統必將向著微型化、智能化、多功能化和網絡化的方向發展。在各種新興科學技術呈輻射狀廣泛滲透的當今社會,作為現代科學“耳目”的感測器系統,作為人們快速獲取、分析和利用有效訊息的基礎,必將進一步得到社會各界的普遍關注。

工業網路的發展也離不開更加廣泛的互聯技術,除了感測器的網絡化之外,構建各種機器、設備的廣泛互聯也是推動工業網路進一步發展的重要環節。上一波互聯網浪潮中,互聯網在全球連接起數十億人,同時也造就了Google、亞馬遜這樣的互聯網巨頭。全球70億人,平均每個人至少對應有十個機器,包括裝置、儀器和車輛,如果把機器連接起來的話,全球完全有可能有700億個機器接入。可以想像,未來將會出現比消費互聯網更龐大的工業網路生態系統。

在不遠的未來,預計會有一個開放的、全球的網絡組織,高度智能的機器通過這個組織和人類連接、通訊、協作。工業網路並不代表一個要由機器來運作的世界,而是要把世界最先進的科技整合起來,解決我們最大挑戰,使用經濟綠色可持續的能源、治癒曾經的不治之症,讓我們的基礎設施和城市為未來一百年做好準備。

如何面對工業網路時代廣泛互聯的要求,成為今後網絡互聯的熱點話題。同時我們也看到網絡也在不斷的進步和發展,也有利於我們更廣泛的把各種設備連接起來。互聯技術的發展特點包括:

  1. 低功耗:隨著用於互聯的設備或者模組的小型化以及工藝更加先進,互聯標準的進步,傳輸同樣的數據所需要的功耗約來越低。在設備或者機器的生命週期內,都可以進行網絡互聯而不需要進行電池更換。
  2. 低成本:隨著工藝的進步、新材料的研製以及規模效應的顯現,網絡互聯的成本已經不能成為阻礙工業互聯的關鍵問題。
  3. 時延短:隨著網路頻寬不斷增加,各種新的通信協議的推出,通信時延已經進入到毫秒甚至微妙級別,因此更加適用於對時延要求苛刻的工業控制場合。
  4. 網絡容量大:隨著IP技術的進步,以及IPv6不斷應用,今後將可以做到任意設備都可以接入網絡,不會存在地址空間不足的問題。
  5. 可靠:隨著網路的進一步普及,網絡將發展成為類似於神經網絡的連接方式,通路的冗餘度將大大提高,避免衝突和競爭。
  6. 安全:網路安全性將大幅提高,網絡互聯將更加可信。

工業網路的到來,為我們提供了更多的機遇,感測器及網路技術僅僅是裡面的兩個主要環節和關鍵技術。圍繞著工業網路的周邊,我們可以看到有更多的技術和產品有待於發展。今後,我們可以為每個工業設備打上節點的標識、安裝感測器、將設備的運轉情況訊息化,甚至可以對設備的關鍵組件進行狀態追踪,再對生產與製造環境進行監控收集。通過工業網路將這些來自於數萬,甚至是成百上千萬感測器發出的訊息匯總,然後基於大數據平台,根據相應的指標、規則予以過濾、分析,為我們的社會創造出更大的價值。

工業網路面臨的挑戰

工業網路面臨兩方面的挑戰,首先是更高效的分析支撐技術,保證各種互聯技術能夠被解釋,能夠及時發揮作用,而不是成為僅僅存放在那裡。其次是製定統一的標準,讓各種設備之間的協議統一,數據格式統一,只有在統一的標準之下,才能夠更為快速地推廣,產生效益。

工業網路面臨大數據

工業網路面對的將是海量的數據,需要更高效的分析技術,才能夠充分發揮作用。對於一家商業零售公司來說,能夠發現消費者數據之間的關聯就已經足夠,例如,著名的啤酒尿布理論。在這種初接應用中,目前標準的機器學習算法就能夠勝任。但是對於復雜的物理系統來說,數據模型還需要能夠解釋關聯背後的原因。

面對海量數據,基礎架構需要選擇大數據作為平台支撐,利用分佈式分析的優勢,能夠在短時間內對獲取的數據進行分析和處理,從而在用戶可接受的時間範圍內給出相應。這種處理機制在目前的數據量下是沒有問題的,但是隨著工業網路應用的不斷推廣,數據向ZB規模發展,大數據平台是否依然能夠發揮效果,可能會​​打上問號。

但是我們相信大數據技術也是不斷進步的,面對工業網路不斷湧現的海量數據,我們可以不斷的在算法、架構等方面進行調整,從而適應更大量數據的分析需求。

同時,我們也看到,隨著機器種類的不斷增多、互聯的方式也多樣,如何讓這些數據不僅能夠互聯,也能互通?所以,需要在工業網路剛剛發展的前期進行相應標準的製定。

在發展的前期,更多的是不同廠商之間各自標準的百家爭鳴,這其中,商業利益與行業標準間如何平衡就顯得尤為重要,也是不小的挑戰。就像網路標準促進網路的普及和發展一樣,未來工業網路的標準也同樣重要。而標準化意味著需要更多的企業參與其中,求同存異,制定一個開放的標準。但目前的現狀是,無論是在中國、歐洲還是美國都存有不同的標準,這對於工業網路的進一步普及和發展無疑是不利的。

工業網路的未來

工業網路的價值著眼點在於工業效率的提升,通過新的互聯實體(機器、應用、業務運營)之間的數據挖掘帶來更多的商業價值。它的價值體現,需要相關產業一定程度發展水平相配套,感測器領域、互聯網領域、大數據及雲端運算領域,都需要在現有基礎上大幅度的提升。

我們也看到,在相關領域,技術的發展是日新月異的。雲端運算已經在智慧城市、產業雲、公有雲、私有雲中廣泛被使用,也日臻完善。大數據也有很多成功的商業案例,不僅僅能夠處理一些簡單的數據儲存或者查詢,也能夠對海量數據進行深度的數據挖掘。隨著各種大數據算法不斷推陳出新,大數據必將成為主導今後技術發展的主流。(天地超雲 石旭)

中云網授權轉載》

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