工業物聯網和工業4.0均是描述工業大環境中技術趨勢的術語。這兩個術語經常被使用，沒有明確的區分，有時甚至是互換的，它們代表著整個制造業正在進行的新的革命。

幾乎所有的經濟活動中都有物聯網的痕跡，且側重于跨類別連接和互操作性的技術后端。工業物聯網(IIoT)是指工業資產與互聯網相連的重工業，如制造業、能源、石油、天然氣和農業等。不同的細分市場有著不同程度的工業性質，而以制造業為重點的互聯產業則處于最工業化的一邊，如以下所示：圖1.

圖1：物聯網細分，由少到多工業化

連接產業是物聯網中最大的細分市場，在2017年占據了30%以上的市場份額。連接產業與整個工業4.0市場重疊，但工業4.0的范圍更廣，它旨在優化整個制造價值鏈，并且包括其他配套技術，如AR、VR以及協作機器人技術。

圖2：物聯網和工業4.0在工業和技術范圍方面的比較

工業4.0要素
　　工業4.0可以從五個不同的角度來看待。

圖3：工業4.0的元素

1.工業4.0組成部分，連接和分析設備數據所必需的技術包括：
　　硬件，如芯片、傳感器或網關
　　連接協議和服務
　　軟件組件，包括基礎設施、物聯網平臺和分析
　　構建在軟件層之上的應用程序
　　2.更新的技術：現有的技術和標準(如傳統的五層自動化金字塔)將被4.0技術所改變或取代。
　　3.配套技術：配套技術不是IIoT堆棧的一部分，但經常與IIoT技術一起部署，并支持工業4.0關鍵用例。
　　4.關鍵用例：用例實現IIoT和配套技術，以改善運營，并更好地為客戶服務。
　　5.改變戰略的利益方：原始設備制造商(OEM)工廠和工業自動化供應商都在使用工業4.0技術來在市場上脫穎而出。西門子、羅克韋爾自動化、通用電氣、 ABB和施耐德電等主要的工業自動化公司正在制定以IIoT和I4.0為基礎的戰略，而前瞻性思維工廠和原始設備制造商則在使用4.0技術來改進業務，創造差異化的產品和服務。

　　工業4.0市場
　　工業4.0的可尋址市場是細分化的市場，這些細分市場包括物聯網的連接行業和工業4.0技術支持的市場。

　　圖4：工業4.0可尋址市場的定義

　按照工業4.0的上述定義，目前整個市場估值為650億美元，預計到2023年將達到3380億美元，復合年均增長率（CAGR）為39%(見圖5).

　　圖5：工業4.0市場的預期增長

　　工業4.0解決方案的市場增長，很大程度上是由工業4.0用例中獲得的三種類型的價值驅動的：
　　1.整個組織的效率提高：許多工業組織估計，投資工業4.0技術使生產率提高了25%。Fanuc和思科最近合作創建了一個支持IIoT的預測維護平臺，該平臺通過避免意外停機來提高客戶的整體設備效率（OEE）。一位Fanuc客戶使用此連接平臺消除停機時間，獲得了4000萬美元的收益。
　　2.新的收入來源：原始設備制造商（OEM）正在使用IIoT技術來創建新的服務業務模式。這些按需付費的商業模式可激勵原始設備制造商致力機器正常運行，從而使原始設備制造商與客戶的目標趨于一致。機床OEM Heller使用西門子MindSphere平臺，允許客戶按小時付費使用機器。OEM Kaeser壓縮機也采用這種方式，允許其客戶按立方米支付壓縮空氣費用。
　　3.縮短上市時間：工業4.0技術使制造商能夠在產品開發的各個階段更加靈活的進行。沃爾沃建筑的工程師最近采用了3D打印技術來快速成型新零件。通過使用3D打印代替傳統的工裝方法，沃爾沃零件的開發時間和成本都減少了90%。

　　自動化金字塔技術標準的重塑
　　五層自動化金字塔技術架構是信息技術(IT)和操作技術(OT)幾十年融合的產物，被廣泛認為是制造業中的標準高層架構。
　　在制造業的物理世界中，OT通常用于計算機處理技術，包括可編程控制器(PLC)、集散控制系統(DCS)和監控與數據采集(SCADA)。這些技術被用于孤立的垂直應用程序，并在專有協議的幫助下被本地控制。另一方面，它已應用于行政和管理，例如企業資源規劃(ERP)、客戶關系管理(CRM)或制造執行系統(MES)。

　　圖6：IT和OT的融合

　　傳統金字塔架構是建立在所有層都托管在私有局域網上的假設之上的。如今，OT和IT系統正越來越多地遷移到云托管環境，而SCADA，MES和ERP供應商正在通過堆棧上下移動來發展業務。工業網關用于將傳統設備連接到這個新的云主機架構，新的輸入/輸出和PLC硬件開始對云連接協議的原生支持。雖然這種新架構還有待觀察，但很明顯它與今天的五層架構不同。該報告確定了金字塔中的三個變化的區域：

　　圖7：MES和ERP系統的融合

遷移到云端
　　IDC在2015年的一項調查發現，66％的制造公司使用公共云來托管應用程序，68％的公司使用私有云。 
　　雖然IT運營仍然是云基礎設施的主要支持者，但新技術有望解決許多技術限制，這些限制阻礙了云采用更多面向OT的應用，如MES和SCADA。 許多SCADA和MES供應商正在利用這些新技術，并提供基于云的解決方案以及傳統的內部部署解決方案。
　　微軟和亞馬遜等IIoT平臺供應商已在應用程序遷移到云的過渡中獲益，這在很大程度上歸功于它們提供基礎架構即服務（IaaS）和物聯網平臺即服務的能力。
　　應用程序是否應該托管在云中取決于應用程序和行業需求。通常情況下，應用程序堆棧越高，與邊緣設備之間的低延遲、雙向和高可用通信的重要就越低。

　　邊緣連接要求

　　基于云的基礎設施一直難以解決延遲、雙向性和可用性這三個因素，也就限制了SCADA和MES系統在重要行業(例如在制造業環境中)向云端的遷移。然而，新技術正在解決這些問題，使越來越多的最終用戶更有可能轉向云端：

云架構
　　一旦制造公司決定將其從內部部署解決方案遷移到基于云的SCADA / MES應用程序，就有許多架構可供選擇。傳統的SCADA和MES供應商會提供現成的云托管SCADA / MES產品，這些產品通常采用以下云架構之一：
　　1.應用程序+基礎設施即服務(App+IaaS)：運行在云中托管的虛擬機上的獨立應用程序。
　　2.應用程序+服務平臺(App+PaaS)：應用程序建立在一個特定的物聯網云平臺（如Azure IoT或AWS IoT）之上，并與之緊密耦合.
　　3.服務軟件(SaaS)：多租戶、端到端的云應用程序不是構建在PaaS之上，而是托管在租賃或現有的IT基礎設施上。

　　物聯網云基礎架構和服務平臺供應商
　　微軟和亞馬遜是基礎設施即服務領域的佼佼者，分別占市場份額的29%和28%。微軟與工業自動化公司的合作可追溯到20世紀90年代初開放平臺通信(OPC)工業通信標準時期，該標準在創建時需要Windows3.0操作系統支持，有很多著名的工業自動化公司與微軟Azure合作主辦其IIoT平臺。Azure似乎正在成為IIoT終端用戶和工業自動化提供商的首選基礎設施供應商。

　　案例研究：工業4.0與云
　　JD Norman是一家成熟的機械和鑄造金屬零件的制造商，該公司的市場戰略包括收購多家國際公司，以此擁有一個可擴展的、基于云的MES/erp系統，從而能夠快速地將新工廠與現有系統集成在一起。
　　他們收購了云ERP / MES供應商Plex。通過利用Plex提供的高度可擴展的SaaS模型，JD Norman避免了在全球各地的工廠中安裝和管理內部部署的MES解決方案。PLEX合作伙伴Kors提供解決方案的系統集成和機器連接部分，使JD Norman能夠收集和分析基于云的PLEX平臺中的性能數據。

　　結語
　　工業4.0是IIoT終端用戶使用相關技術，以改善運營的一場技術革命。早期的工業4.0技術采納者已經享受到該技術帶來的運營及競爭方面的效益，已經準備好迎戰快速增長的市場需求。
　　新技術，如機器到云集成，正在重塑現有的行業技術，使各種規模的制造商更容易連接互聯網并實現工業4.0的愿景。