[論文レビュー] Industrial Internet of Things Intelligence Empowering Smart Manufacturing: A Literature Review

Yujiao Hu, Qingmin Jia+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2023

Digital Transformation in Industry被引用数 8

ひとこと要約

包括的な文献レビューがIIoT知性を定義し、五層階層アーキテクチャを提案し、スマート製造変革を推進する七つの技術を特定します。

ABSTRACT

The fiercely competitive business environment and increasingly personalized customization needs are driving the digital transformation and upgrading of the manufacturing industry. IIoT intelligence, which can provide innovative and efficient solutions for various aspects of the manufacturing value chain, illuminates the path of transformation for the manufacturing industry. It's time to provide a systematic vision of IIoT intelligence. However, existing surveys often focus on specific areas of IIoT intelligence, leading researchers and readers to have biases in their understanding of IIoT intelligence, that is, believing that research in one direction is the most important for the development of IIoT intelligence, while ignoring contributions from other directions. Therefore, this paper provides a comprehensive overview of IIoT intelligence. We first conduct an in-depth analysis of the inevitability of manufacturing transformation and study the successful experiences from the practices of Chinese enterprises. Then we give our definition of IIoT intelligence and demonstrate the value of IIoT intelligence for industries in fucntions, operations, deployments, and application. Afterwards, we propose a hierarchical development architecture for IIoT intelligence, which consists of five layers. The practical values of technical upgrades at each layer are illustrated by a close look on lighthouse factories. Following that, we identify seven kinds of technologies that accelerate the transformation of manufacturing, and clarify their contributions. The ethical implications and environmental impacts of adopting IIoT intelligence in manufacturing are analyzed as well. Finally, we explore the open challenges and development trends from four aspects to inspire future researches.

研究の動機と目的

• 製造業の変革の必然性を説明し、中国産業の実践から実用的な教訓を導く。
• IIoT知性を定義し、製造機能、運用、導入、適用にわたる価値を説明する。
• IIoT知性の階層的開発アーキテクチャを提案し、灯台工場の洞察を通じて利点を示す。
• IIoT知性の普及を加速する七つの技術を特定し、それぞれの貢献を明確にする。
• デジタル制御、決定論的応答、低コスト導入、普及の課題と将来動向を論じ、将来の研究を導く。

提案手法

• IIoT知性を、サプライチェーン全体の技術、方法、生産、プラットフォームとして定義する。
• 五層階層開発アーキテクチャを提案する：設備、ネットワーク、ソフトウェア、モデリング、分析＆最適化。
• 灯台工場の事例を用いて、各層での実践的価値を示す。
• 七つの技術カテゴリを特定し、IIoT知性の加速における役割を説明する。
• デジタル制御、決定論的応答、コストに優しい導入、普及という観点から、オープンな課題と将来動向を総合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IIoT知性とは何で、スマート製造に何ができるのか。
• RQ2 IIoT知性の開発アーキテクチャは何か。
• RQ3 IIoT知性の開発を加速する技術は何か。
• RQ4 IIoT知性のオープンな課題と将来の動向は何か。

主な発見

• IIoT知性は、製造バリューチェーン全体でデジタル接続、認知、知的分析、認識、リアルタイム意思決定を可能にする。
• 五層の階層アーキテクチャ（設備、ネットワーク、ソフトウェア、モデリング、分析＆最適化）は、IIoT知性がスマート製造をどう具現化するかを明確化する。
• 七つの技術がIIoT知性を加速する：産業用ロボット、機械ビジョン、ネットワーキング、デジタルツイン、深層学習、スマートハードウェア、クラウド/エッジコンピューティング。
• 灯台工場は、アーキテクチャ全層にわたるアップグレードの実践的価値とリターンを示す。
• オープンな課題と将来動向は、デジタル制御、決定論的応答、導入コスト、IIoT知性の普及に関して特定されている。