考慮在製造業中使用物聯網？ 先讀這個

麥肯錫最近的一項調查顯示，在大流行之前成功過渡到工業 4.0 的製造商感覺更有能力應對危機。 實際上，94% 的受訪者承認，製造業中的物聯網以及其他技術在這些動盪時期保持其運營正常運行方面發揮了關鍵作用。

研究證明，實施物聯網解決方案和服務不僅可以幫助工業部門度過大流行後的危機，還可以將業務增長率提高約 25%。

繼續閱讀以發現製造業中的物聯網應用以及如果您下定決心為您的製造設施提供物聯網升級可能會遇到的挑戰。

物聯網在製造業中的採用數字

過去幾年，數字化在製造業中越來越受歡迎，預計這一趨勢將持續下去。 例如，智能製造市場預計將從 2021 年的 2500 億美元左右飆升至 2029 年的 6580 億美元。

智能工廠的概念當然不僅限於物聯網。 它還依賴於其他技術，例如人工智能 (AI)、計算機視覺、大數據和不同類型的自動化。 但即使我們只關注物聯網，我們也可以看到這項技術是有前途的。 麥肯錫預計，到 2025 年，工業物聯網行業將達到 5000 億美元（高於 2020 年的 2900 億美元）。

由於物聯網在製造業中的前景更加光明，思科認為該行業將在不久的將來成為物聯網的最大受益者之一，因為該技術將對該行業產生高達 3.9 萬億美元的影響。

但是製造商怎麼說？ 根據普華永道最近對工業公司進行的一項調查，91% 的受訪者正在投資數字工廠，近一半的受訪者預計五年後會獲得投資回報，而 3% 的受訪者希望在第一年內迅速收回投資。

製造業中的 6 大物聯網用例

物聯網從三個方面改變製造業：

1. 追踪工業資產
2. 確保安全
3. 啟用預測性維護
4. 試驗流程變更和產品設計
5. 了解製造供應鏈
6. 監控遠程和外包操作

追踪工業資產

信息技術與創新基金會 (ITIF) 報告稱，監控機器使用情況的物聯網解決方案可以將製造生產力提高多達 25%。

物聯網設備匯總來自工廠機器的數據並將其傳輸到雲端進行詳細分析，以深入了解機器的使用參數，例如設置時間、空閒時間和小停頓等。 這使機器操作員可以詳細了解性能並通知他們潛在的問題——例如，如果一台機器空閒時間過長，而另一台具有類似功能的機器被過度使用。

此外，員工可以在製造業中使用物聯網快速定位大型倉庫中的物品。 The Industrial Internet Consortium 執行董事 Richard Soley 強調了這個問題，他說：“客戶發現其員工將 47% 的時間用於尋找合適的工具，但通過 IIoT 解決方案，員工可以被告知他們需要的工具在他們身後 10 米的左側。”

對於實時資產可見性，您可以為物品配備 RFID 或藍牙標籤。 德勤數字公司首席技術專家羅伯特施密德報告說，他的一位客戶在為他們的設備安裝位置跟踪傳感器後，每年在每條生產線上節省了 300 萬美元。

確保安全

物聯網傳感器可以跟踪工作條件並檢測有害物質洩漏。 例如，氣體傳感器可以發現有毒煙霧，及時通知可以疏散員工並將損害降至最低的工作場所經理。

製造業用例中的另一個物聯網是保護員工。 美國勞工部僅在 2020 年就報告了 4,764 起與工作相關的致命傷害。 在工廠車間使用可穿戴設備可以幫助工廠解決這個令人生畏的問題。 可穿戴設備可以收集有關工人健康狀況的數據。 它們可以捕獲人們的生物特徵數據，例如心率和體溫，並檢測和報告任何異常模式。 這有助於輪班經理髮現那些感覺不舒服並且特別容易跌倒和其他傷害的工人。

製造業物聯網的一個例子來自廢物回收公司 Nation Waste, Inc.。 該公司敏銳地意識到有毒物質和重型機械對人類健康構成的危險。 Nation Waste 為其員工配備了 IBM Watson IoT 可穿戴解決方案，並在工作場所周圍安裝了傳感器。 這使管理人員能夠發現員工的任何疲勞、脫水和疲憊跡象，並根據這些信息採取行動。 這一舉措導致與傷害相關的成本降低了 60%。

啟用預測性維護

由於設備停機，大型製造商每年損失大約 323 個生產小時。 如果我們將收入損失和錯過最後期限的潛在經濟處罰相加，大型生產工廠與機械故障相關的成本可能達到每小時 532,000 美元。 在製造業中使用物聯網可以在早期發現設備故障，最大限度地減少停機時間，並且根據麥肯錫的說法，可以將維護成本降低約 40%。

安裝在工業設備上的物聯網傳感器將實時收集與性能相關的數據，包括壓力、振動等。 此信息被傳輸到網關或直接傳輸到雲端，並與機器的配置數據及其使用歷史相結合，以捕捉任何異常模式。 工廠車間經理將有權訪問分析並安排進一步的檢查和維護，以便對生產過程的影響最小化。

一個例子是支持物聯網的卡車輪胎，其中傳感器收集有關輪胎使用情況的數據以安排維護和更換，避免在運輸過程中輪胎爆炸、使車輛停止和延遲交付的情況。 沃爾沃為其卡車配備了物聯網傳感器，從而使診斷時間減少了 70%，維修時間減少了 25%。

除了減少停機時間外，預測性維護還能延長設備壽命、降低成本並降低事故風險。 它是一種更有效、更安全的替代傳統維護的定期檢查方法，特別是因為有時製造機器不容易接近，而且在它們周圍也不安全。

試驗流程變更和產品設計

製造業物聯網可以與人工智能和其他技術一起部署，以創建新產品和整個工廠的數字雙胞胎。 數字孿生是特定機器、流程或整個工廠車間及其所有設備和其他資產的計算機模型。 它模仿現實世界組件的狀態和交互。 管理人員和工程師可以使用這項技術進行實驗、測試新流程並觀察結果，然後再將這些變化應用到現實生活中。

數字雙胞胎可以幫助模擬新的生產線並檢測需要優化的區域、規劃倉庫設計、運行產品更新以及優化現有流程以消除低效率。 英國消費品製造商聯合利華在美國、歐洲和亞洲經營著八個數字孿生工廠。 與商業智能相結合，該技術使公司能夠將每天需要在工廠實際出現的警報數量減少 90%。

製造團隊還可以使用數字雙胞胎來試驗產品。 例如，福特通常為其每輛車開發七個虛擬模型。 每個模型涵蓋不同的生產方面。

了解製造供應鏈

物聯網驅動的供應鏈管理解決方案使製造商能夠訪問有關單個物品以及送貨卡車的位置和狀況的實時信息。 利益相關者還可以監控物品的存儲和交付情況，例如濕度、溫度等。在傳統的供應鏈中，管理人員可以看到物品只有在交付後才被損壞。 但是通過物聯網智能製造，可以在物品仍在過渡和触發條件調整時檢測到任何損壞或違反存儲建議的情況。

例如，假設一家製藥公司使用第三方驅動程序將訂單交付到配送中心。 對溫度敏感的物品被放置在一個裝有傳感器的容器中。 如果冷卻系統出現故障，傳感器將檢測到溫度升高，並立即通知製藥公司違反存儲條件。 該公司將聯繫司機，要求他們重置冷卻系統，從而防止潛在的藥物變質。

這種物聯網驅動系統的一個例子是 Efento Transport，它確保需要持續溫度監測的疫苗和藥物的安全運輸。 無線傳感器讀取和傳輸溫度數據。 如果讀數超過預定義的閾值，系統會監控這些值並提醒相關方。

製造商還可以在工廠車間放置物聯網傳感器，以了解正在製造哪些產品，以避免重複下單。 例如，愛立信在德克薩斯州的智能工廠定位了這種類型的資產跟踪器，並節省了高達 5% 的備件採購成本。

監控遠程和外包操作

根據德勤的數據，美國製造業高管報告稱，與 2018 年相比，如今在該行業找到合格候選人的難度增加了 36%。當地人才和能力的缺乏迫使製造商將其運營地點多樣化。 在收購不同城市的製造設施或將業務外包給第三方時，公司仍希望監控生產標準和速度。 物聯網傳感器可以將實時性能數據發送到總部，以評估生產效率和工廠狀況，並發現設備故障，而無需親自前往工廠。

例如，屋頂上的傳感器可以檢測和報告煙霧和火災，而入口處的物聯網驅動攝像頭可以監控員工出勤情況並報告未經授權的訪問。

遠程監控的一個例子來自便攜式衛生產品製造商 Armal。 該公司注意到其遠程生產工廠的照明和製冷能耗過多。 問題之一是他們的遺留機器。 Armal 聘請了一名顧問，幫助該公司將其設備數字化並在製造中部署物聯網以促進實時監控，從而將生產和能源成本降低了 30%。

物聯網解決方案對製造業的業務影響

在製造業中使用物聯網有很多好處。 以下是最突出的：

降低成本

物聯網可以通過多種方式降低製造成本，最顯著的是通過實現預測性維護和能耗監控。

收入損失的主要原因之一是意外的設備停機時間延長。 一項研究表明，這樣的障礙可能會使大型工廠每小時損失高達 260,000 美元。 正如我們上面建立的，物聯網傳感器可以發現故障甚至設備過載，並提醒可以解決這個問題的經理，而不是等到機器在生產過程中發生故障。

在工廠部署物聯網解決方案也有助於優化能源消耗。 成都西匯水環境有限公司生產經營污水處理廠。 在其設備上安裝物聯網傳感器後，該公司可以將消耗與能源價格關聯起來，並利用非高峰時段，將能源成本降低 10%。

做出明智的決定

位於工廠周圍的物聯網傳感器持續傳輸實時數據，這些數據在定制的儀表板上方便地進行聚合、分析和投影。 領導團隊將在需要時隨時掌握所有重要的及時見解。 如果沒有物聯網和分析，管理人員就不可能對工廠的需求有如此深入的了解。

創造安全的工作環境

與工作有關的傷害非常普遍。 美國的研究表明，每七秒就有一名員工在工作中受傷。 這相當於每小時 540 人受傷。 此外，製造業是造成殘疾的傷害最多的五個職業之一。

將物聯網解決方案用於製造業有助於改善這些嚴峻的統計數據。 物聯網設備可以跟踪員工的健康狀況，並在員工出現疲勞、脫水或任何其他增加犯錯可能性的情況時通知上級。 接下來，傳感器可以監控機器並發現可能導致事故的異常行為。 此外，連接的設備可以監控工作環境並通知氣體洩漏、火災和其他危險。 如果發生事故，物聯網可以通過例如指示工人被困的區域來促進救援行動。

簡化生產流程

物聯網設備可以幫助工作人員快速定位大型倉庫中的物品，而不是花費數小時四處漫遊。 可以使用數字雙胞胎對新產品線進行虛擬測試，而不是開始生產並失敗。 傳感器有助於監控運輸貨物的狀況以避免變質，這將延遲生產，因為管理人員將不得不放置新的貨物並等待它。 這些只是在製造業中使用物聯網如何促進生產的幾個例子。

普華永道最近的一項調查顯示，超過 80% 的工業製造商在聯網設備的幫助下設法提高了運營效率。

提供後期製造支持

在傳統的製造環境中，供應商在銷售產品後會失去與客戶的聯繫。 除非客戶提出投訴，否則他們不會知道他們的產品表現如何。 借助製造業中的物聯網，生產人員可以在部署後收集有關其產品的信息，並將更正內容整合到新版本中。 如果設備出現故障，他們還可以通過提供及時和更明智的客戶支持來建立忠誠度。

物聯網和製造：實施過程中的挑戰

安全

物聯網設備極易受到安全漏洞的影響。 根據卡巴斯基的數據，2021 年上半年有 15 億次物聯網漏洞，這已經是 2020 年全年的兩倍多。以下是總部位於紐約的網絡安全公司 Lifars 的首席執行官 Ondrej Krehel 的描述物聯網安全問題，“世界上沒有任何設備可以 100% 安全地抵御所有外部威脅。 任何地方的任何連接互聯網的設備都容易受到某種類型的攻擊。 然而，考慮到物聯網設備的互連性，一個簡單的漏洞可能是災難性的，並將問題暴露給整個設備網絡[整個企業]，而不僅僅是一個。”

Ondrej 提到的威脅包括：

• 控制工業環境的高級惡意程序
• 殭屍網絡和分佈式拒絕服務 (DDoS) 攻擊
• 數據盜竊
• 可以操縱機器的勒索軟件

當傳統工廠在製造業中部署物聯網時，它們會變成一個基於 IP 的系統，其中每個連接的設備都容易受到攻擊，並可能危及整個網絡。 歷史提供了許多公司遭受與物聯網相關的安全漏洞的可怕例子。 例如，大型跨國鋁製造商 Norsk Hydro 成為 LockerGora 勒索軟件的受害者。 該公司不得不關閉其許多生產工廠，並將剩餘的工廠下線。 整個考驗使 Norsk Hydro 損失了大約 7500 萬美元。

另一個倒霉的製造商是在國防領域運營的 Visser Precision。 該公司的基礎設施被 DoppelPaymer 勒索軟件滲透。 在試圖清理這次攻擊的後果時，研究人員發現黑客公開發布了敏感文件，包括 Visser Precision 與 SpaceX 和特斯拉的未公開協議。

為了最大限度地降低網絡攻擊風險，關注物聯網的公司應採用“設計安全”範式。 安全團隊需要以限制他們參與 DDoS 和其他攻擊的方式配置連接的設備，並利用可靠的硬件和軟件組件。 不過，設備安全性不是一次性投資。 專門的團隊將需要監控網絡，以確保軟件不斷更新以跟上新出現的威脅，並捕捉早期攻擊跡象。

此外，處理數據也很重要。 物聯網傳感器收集大量信息。 這一切都必須在不違反機密性和隱私的情況下安全地收集、傳輸和存儲。

大量初始投資

另一個使製造商猶豫不決的因素是財務方面。 您需要投入大量資金在製造業中建立物聯網，而投資回報可能需要數年時間。 支出包括硬件，如傳感器、網關等、軟件、雲或其他存儲單元、連接性和技術支持。

您可以從我們最近關於物聯網成本的文章中更好地估算所需預算。

改造工廠或倉庫時無法避免支出，但有辦法將這些支出降至最低。 例如，您可以租用帶有內置傳感器的設備。 在這種情況下，您不必一次性支付所有費用，供應商將繼續參與其中。 他們將監控設備並確保它收到及時更新。

互操作性問題

另一個重要的問題是在缺乏物聯網標準化和競爭性通信協議的情況下，如何將所有物聯網設備整合到公司的基礎設施中。 如果您在供應商、物流公司和其他參與者的生態系統中工作，情況可能會變得更加困難，並且還需要與他們進行互操作。

為了繞過這個問題，決策者需要與所有相關合作夥伴進行溝通，並與不斷發展的物聯網標准保持同步。 此外，始終選擇常用的物聯網通信協議，因為它們通常具有強大的安全功能，並且更有可能與合作夥伴的技術進行互操作。

與遺留系統集成

遺留系統在阻礙集成和工廠數字化方面也發揮著重要作用。 在 Forrester Consulting 進行的製造商調查中，53% 的低成熟度受訪者承認他們的舊系統根本無法與其餘資產進行通信。

並非總是可以用更易於連接的替代品替代舊系統，但工廠仍然可以在製造過程中使用物聯網升級這些機器。

一種選擇是為孤立的機器配備智能傳感器，這些傳感器可以收集有關設備性能的數據並將其發送到雲端或本地服務器。 另一個更全面的解決方案是使用包含物聯網傳感器以及預測分析等其他功能的改裝套件。 其中一些套件是由供應商為特定機械類型生產的。 其他人可以使用不同的遺留系統。 對前 IoT 時代開發的設備進行現代化改造的另一種可能性是使用網關。 它不僅將遺留資產連接到系統的其餘部分，還將提供額外的功能，例如安全性。

總結一下

製造業中的物聯網可以為您的設施帶來許多好處，並幫助您駕馭大流行後的世界。 改造你的工廠很昂貴，但如果你留下來，你最終可能會付出更大的代價。

如果您有興趣了解其他技術如何徹底改變工業領域，請查看我們最近關於製造業中的人工智能的文章。

如果您想了解更多關於物聯網的信息，我們已經發布了一篇關於物聯網架構和設計技巧的詳細文章。

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最初於 2022 年 6 月 2 日在 https://itrexgroup.com 上發布。