物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用＊

陶 冶，殷振華

（1. 杭州電子科技大學(xué)管理學(xué)院，浙江 杭州 310018；2. 吳江市中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 吳江 215200）

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用＊

陶 冶1，殷振華2

（1. 杭州電子科技大學(xué)管理學(xué)院，浙江 杭州 310018；2. 吳江市中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 吳江 215200）

工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在制造業(yè)供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理、環(huán)保監(jiān)測及能源管理、安全生產(chǎn)管理和與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合。

物聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)；應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術(shù)的計(jì)算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，可大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段，形成新的智能化的制造體系。物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下一些領(lǐng)域：

1 制造業(yè)供應(yīng)鏈管理

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷售等領(lǐng)域，通過完善和優(yōu)化供應(yīng)鏈管理體系，提高了供應(yīng)鏈效率，降低了成本。例如，波音公司和空中客車公司通過在供應(yīng)鏈體系中應(yīng)用傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了全球制造業(yè)中規(guī)模最大、效率最高的供應(yīng)鏈體系。

美國波音公司和法國空中客車公司是競爭對手，在建造新一代大型超音速客機(jī)的競爭中，兩家公司尋求 FRID的合作方案，共同設(shè)定相關(guān)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建供應(yīng)鏈體系。

波音和空中客車的共同解決方案是一種以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的服務(wù)系統(tǒng)，叫做“Antenna天線”，當(dāng)航空制造商配置RFID的技術(shù)時(shí)，他們可以方便的通過這個(gè)系統(tǒng)得到波音和空中客車在相關(guān)方面的標(biāo)準(zhǔn)和要求。Antenna是由西門子和一個(gè)相對較小的叫做Sopheon的產(chǎn)品生命周期管理軟件提供商合作開發(fā)的。這個(gè)服務(wù)系統(tǒng)是圍繞一個(gè)高級搜索引擎來運(yùn)轉(zhuǎn)的，這個(gè)搜索引擎正是Sopoheon的PLM產(chǎn)品的一部分，西門子首先用這個(gè)搜索引擎開發(fā)了一種叫做“直接為你效勞”的服務(wù)產(chǎn)品，用來給制造商提供所需的信息，以確保產(chǎn)品符合工程設(shè)計(jì)要求和客戶要求。這個(gè)搜索技術(shù)可以幫助需求分析和管理人員在多種文件里進(jìn)行字對字分析，它可以在兩方面幫助制造商，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，它可以確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)規(guī)格；在采購過程中，它確保供貨商的產(chǎn)品符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格。Antenna天線構(gòu)建了波音和空中客車先進(jìn)的供應(yīng)鏈體系，見圖1。

圖1 Antenna天線構(gòu)建的數(shù)據(jù)交換

2 生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能提高工業(yè)生產(chǎn)線的過程檢測、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，有助于生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)，從而優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改進(jìn)生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

例如，首鋼在鋼鐵生產(chǎn)過程中應(yīng)用 RFID技術(shù)。鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中有很多難點(diǎn)，鐵水的高溫對環(huán)境和電子設(shè)備的要求極高就是其中比較突出的問題，不僅容易造成熱量的損失，還會提高成本，降低效率?；阡撹F行業(yè)對 RFID技術(shù)的特殊要求，2009年，首鋼通過對該技術(shù)的重新開發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)了鐵水包的跟蹤，即“一包到底”工藝。該工藝是將高爐生產(chǎn)出來的鐵水，經(jīng)過必要工藝流程處理后，通過 RFID跟蹤測距，以不更換鐵水包的生產(chǎn)組織模式，直接兌入轉(zhuǎn)爐冶煉的鐵水運(yùn)輸方式。與目前鋼鐵企業(yè)較普遍采用的魚雷罐車鐵水運(yùn)輸方式相比，此項(xiàng)技術(shù)低碳環(huán)保、優(yōu)勢明顯，是物聯(lián)網(wǎng)在鋼鐵企業(yè)生流程控制方面的有效應(yīng)用。

3 產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理

工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)對產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理是多方面的，例如，紡織業(yè)生產(chǎn)中，為了對設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在生產(chǎn)設(shè)備上安裝RFID，可隨時(shí)掃描監(jiān)控設(shè)備的使用狀況，獲得運(yùn)轉(zhuǎn)速度、使用效率、原材料消耗等信息，并傳輸至應(yīng)用平臺，以便及時(shí)調(diào)整校驗(yàn)。又如，光纖傳感器應(yīng)用于石油測井。在天然氣開發(fā)過程中，壓力、溫度、流量等參數(shù)是油氣井下的重要數(shù)據(jù)。如何克服井下高溫、高壓、腐蝕、地磁干擾等惡劣的工作環(huán)境，運(yùn)用先進(jìn)設(shè)備及時(shí)獲取油氣井下信息，對石油工業(yè)具有極為重要的價(jià)值。光纖光柵傳感器在井下具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、抗地磁干擾的特點(diǎn)，同時(shí)，光纖傳感器橫截面積小，在油氣井中占據(jù)空間極小，具有分布式測量能力，可以測量井下參數(shù)的空間分布，給出剖面信息，能夠精確地測量井下環(huán)境的參數(shù)。

GE Oil & Gas集團(tuán)在全球建立了13個(gè)面向不同產(chǎn)品的i－Cente（綜合服務(wù)中心），通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并提供設(shè)備維護(hù)和故障診斷的解決方案。

4 環(huán)保監(jiān)測及能源管理

物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在重點(diǎn)排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設(shè)備，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠(yuǎn)程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。電信運(yùn)營商已開始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實(shí)時(shí)監(jiān)測解決方案。如工業(yè)環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，它是由包含傳感器網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控中心或者與網(wǎng)關(guān)相聯(lián)接的工業(yè)總線構(gòu)成無縫連接的一體化網(wǎng)絡(luò)，能夠進(jìn)行工業(yè)遙控遙測、工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測，可自動化無線數(shù)據(jù)采集、自動儀表讀取，可監(jiān)控的信息量豐富，包括溫度、壓力、濕度、液位、流量、氣體濃度、酸堿度等，其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 工業(yè)環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5 安全生產(chǎn)管理

把感應(yīng)器嵌入和裝備到礦山設(shè)備、油氣管道、礦工設(shè)備中，可以感知危險(xiǎn)環(huán)境中工作人員、設(shè)備機(jī)器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨(dú)立、單一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、準(zhǔn)確辨識、快捷響應(yīng)、有效控制。

煤礦工人在井下作業(yè)時(shí)，礦井安全至關(guān)重要。作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，“感知礦山”可通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智能化。物聯(lián)網(wǎng)將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計(jì)算、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成礦山人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程。物聯(lián)網(wǎng)可以避免重大事故的發(fā)生，保證煤礦可持續(xù)發(fā)展。例如，遇到瓦斯泄漏，“感知礦山”事前發(fā)出預(yù)報(bào)，在瓦斯囤積爆炸前，工人就能疏散脫離險(xiǎn)境。

6 與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合

物聯(lián)網(wǎng)與未來先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，將形成新的智能化的制造體系。概括起來，物聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合主要體現(xiàn)在這些領(lǐng)域。

6.1 泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

建立服務(wù)于智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，為制造中的設(shè)計(jì)、設(shè)備、過程、管理和商務(wù)提供無處不在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。目前，面向未來智能制造的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展還處于初始階段。

6.2 泛在制造信息處理技術(shù)

建立以泛在信息處理為基礎(chǔ)的新型制造模式，提升制造行業(yè)的整體實(shí)力和水平。目前，泛在信息制造及泛在信息處理尚處于概念和實(shí)驗(yàn)階段，各國政府均將此列入國家發(fā)展計(jì)劃，大力推動實(shí)施。

6.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

采用真三維顯示與人機(jī)自然交互的方式進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)一步提高制造業(yè)的效率。目前，虛擬環(huán)境已經(jīng)在許多重大工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和研究。未來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展方向是三維數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)過程仿真、真三維顯示和裝配維修等。

6.4 人機(jī)交互技術(shù)

傳感技術(shù)、傳感器網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)以及新材料的發(fā)展，提高了人機(jī)交互的效率和水平。目前制造業(yè)處在一個(gè)信息有限的時(shí)代，人要服從和服務(wù)于機(jī)器。隨著人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將逐步進(jìn)入基于泛在感知的信息化制造人機(jī)交互時(shí)代。

6.5 空間協(xié)同技術(shù)

空間協(xié)同技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是以泛在網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、泛在信息處理和制造系統(tǒng)集成為基礎(chǔ)，突破現(xiàn)有制造系統(tǒng)在信息獲取、監(jiān)控、控制、人機(jī)交互和管理方面集成度差、協(xié)同能力弱的局限，提高制造系統(tǒng)的敏捷性、適應(yīng)性、高效性。

6.6 平行管理技術(shù)

未來的制造系統(tǒng)將由某一個(gè)實(shí)際制造系統(tǒng)和對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)虛擬的人工制造系統(tǒng)所組成。平行管理技術(shù)就是要實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)的有機(jī)融合，不斷提升企業(yè)認(rèn)識和預(yù)防非正常狀態(tài)的能力，提高企業(yè)的智能決策和應(yīng)急管理水平。

6.7 電子商務(wù)技術(shù)

目前制造與商務(wù)過程一體化特征日趨明顯，整體呈現(xiàn)出縱向整合和橫向聯(lián)合兩種趨勢。未來要建立健全先進(jìn)制造業(yè)中的電子商務(wù)技術(shù)框架，發(fā)展電子商務(wù)以提高制造企業(yè)在動態(tài)市場中的決策與適應(yīng)能力，構(gòu)建和諧、可持續(xù)發(fā)展的先進(jìn)制造業(yè)。

6.8 系統(tǒng)集成制造技術(shù)

系統(tǒng)集成制造是由智能機(jī)器人和專家共同組成的人機(jī)共存、協(xié)同合作的工業(yè)制造系統(tǒng)。它集自動化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化于一身，使制造具有修正或重構(gòu)自身結(jié)構(gòu)和參數(shù)的能力，具有自組織和協(xié)調(diào)能力，可滿足瞬息萬變的市場需求，應(yīng)對激烈的市場競爭。

Thing Networking in Industry Application

Tao Ye，Yin Zhenhua

The industry is the thing networking application important domain, the thing networking mainly manifests in the industrial field application in the manufacturing industry supply chain management, the production process craft optimizes, the product equipment monitoring management, the environmental protection monitor and the energy management, the peaceful entire production management and unifies with the advanced technique of manufacture.

thing networking; industry; using

F124

A

1000－8136（2010）36－0001－02

浙江省社會科學(xué)界聯(lián)合會社科普及課題