工业物联网项目中有一个重复的模式，任何进入职业生涯几年的自动化工程师都会认识到：试点工作。十个传感器进行传输，仪表板实时显示数据，工厂经理很兴奋并授权扩建。六个月后，安装了 200 个传感器后，系统开始丢失数据，延迟增加，警报无法在正确的时间到达，IT 团队正在与自动化团队争夺谁负责基础设施的哪一部分。扩张摊位。该项目仍处于悬而未决的状态。投资未带来预期回报。能够扩展工业物联网的公司与那些陷入试点的公司的区别不是技术，而是在安装第一个传感器之前做出的架构决策。
试点未透露的网络问题
工业环境旨在与 OT（运营技术）网络配合使用，这些网络在物理上和逻辑上与企业 IT 网络分离。这种分离具有历史合理性：SCADA 系统、PLC 和现场网络（例如 Profibus 和 Modbus）是为电磁干扰环境中的确定性可靠性而设计的，而不是为了与外界进行 IP 连接。结果是，大多数工业工厂都拥有运行多年没有问题的 OT 网络，以及连接计算机、打印机和管理系统的企业 IT 网络。工业物联网需要两者进行对话，而这个过程是大多数项目开始遇到问题的地方。
OT/IT 融合不是电缆和交换机。它是一个安全、治理和架构项目，涉及有关哪些数据可以跨越两个环境之间的边界、以什么频率、使用哪种转换协议以及使用哪种身份验证系统的决策。在拥有 10 个传感器的试点中，可以创建一种解决方法 - 一个网关，获取传感器数据并将其发布到 IT 网络，而无需接触 OT 网络。从规模上看，这种解决方法会产生 OT 和 IT 团队都不想管理的单点故障、延迟问题和攻击面。
正确的决定发生在试点之前：定义目标规模的完整网络架构，包括分段模型、层间通信协议以及谁操作什么的治理模型。大多数公司在试点后做出此决定，此时 OT/IT 分歧双方已经存在最后期限压力和内部阻力。
数据量：何时何地处理什么
高频轴承振动传感器每小时可生成 5 到 50 兆字节的数据。用于质量检查的计算机视觉相机每小时可以生成千兆字节的数据。在一个拥有数百个监控点的项目中，将数据传输到中央云的数学很快就变得不可行——无论是在带宽成本方面还是在需要实时响应的应用程序的延迟方面。
在扩展基础设施之前决定在哪里处理需要做的事情。大规模工作的通用模型将处理分布在三个层上：在设备本身或本地网关上，进行过滤和预处理，消除冗余数据并检测需要立即采取行动的事件。在边缘层（工厂车间或技术仓库中的服务器），进行最复杂的分析处理，不需要发送到云端，包括需要低延迟的异常检测模型。中央云包含历史记录、模型训练、多个工厂之间的关联以及执行仪表板。
当这样描述时，这种划分似乎很明显，但大多数试点都被设计为将所有内容发送到云端，因为这是演示该概念的最简单方法。当项目规模扩大，云发票上出现数据传输成本，或者响应延迟不满足运营要求时，架构重新设计的成本将是从头开始的两倍。
设备管理：随着平方增长的问题
安装一百个传感器是一个工程项目。在三年内管理一百个传感器只是一项操作。两者之间的区别在于演示中没有出现的一系列挑战：在不中断操作的情况下更新现场设备上的固件，在不丢失配置上下文的情况下更换有缺陷的设备，在可接受的时间内配置新设备，以及监控设备组的运行状况以在数据丢失之前检测到故障。
在没有适当管理平台的情况下覆盖数千台设备的项目发现，维护设备组的运营成本超过了项目应提供的分析的收益。在拥有 1000 个传感器的工厂中，每年 5% 的缺陷率（对于工业环境中的硬件来说是保守的）意味着每年需要更换 50 个传感器。如果更换过程涉及手动配置每个设备，则工程师的时间不在预算之内。
IoT 设备管理平台（AWS IoT Device Management、Azure IoT Hub 或用于嵌入式 Linux 环境的 Balena 等解决方案）正是为了解决这个问题而存在的。但从试点阶段就采用它们的决定所产生的实施成本很少包含在概念验证预算中。结果是，试点使用手动配置和自制脚本，当项目规模扩大时，必须使用现场已有的设备迁移到合适的平台，这比从头开始实施平台要复杂得多。
OT 环境中的安全性：与企业 IT 不同的问题
OT 网络的安全性历来是通过物理隔离来解决的——无法从外部访问的内容就无法从外部受到攻击。工业物联网将该环境与外部世界连接起来，而添加到 OT 环境中的设备很少采用与现有工业设备相同的安全严格性进行设计。具有过时固件、可通过 IP 访问的温度传感器是十年前不存在的攻击媒介。
其影响是具体的。 2021 年针对 Colonial Pipeline 的攻击并未直接损害 OT 系统，但由于缺乏对网络完整性的可见性和信心，该公司先发制人地关闭了系统。在巴西，发电厂、供水系统和能源分配随着将更多设备连接到工业环境而受到越来越多的关注。 OT 安全事件的代价不仅仅是生产停机，而是对历史数据完整性的信心丧失，这使得 IIoT 项目生成的所有分析都无效。
工业物联网的安全模型需要包括限制受感染设备影响半径的网络分段、通过证书或令牌进行设备身份验证以防止未经授权的设备进入网络，以及检测非标准设备行为的异常流量监控。这在原则上与企业 IT 安全模型没有什么不同——在执行上有所不同，因为 OT 协议、安全扫描的可接受延迟以及可用工具是特定于工业环境的。
可扩展的架构模式：成功公司的不同做法
成功扩展工业物联网规模的公司都有一个特点：他们在安装第一个传感器之前做出完整的架构决策，并将试点视为架构的验证，而不是技术能力的展示。飞行员并不是要证明传感器有效——这是众所周知的。该试点旨在验证所选的网络架构、处理、设备管理和安全性是否能够满足目标规模。
另一个共同元素是明确决定由谁来操作系统的每一层。在工业环境中，IT 和 OT 之间的界限不仅是技术界限，也是文化界限。如果项目没有明确定义哪个团队负责什么——也没有为两个团队之间的冲突创建升级模型——大规模地发现问题不是技术，而是治理。谁负责振动传感器？边缘网关由谁管理？当数据没有到达仪表板时，诊断过程是什么？工单在什么时候从一个团队传递到另一个团队？
这些问题似乎是行政性的。它们是技术。他们的答案决定了工业物联网项目是否会实现预期回报，或者是否会成为另一个从未达到全面规模的成功试点。
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