基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理研究綜述

李昕洋， 李玉光

（華北理工大學(xué)管理學(xué)院， 河北 唐山 063210）

0 引言

近幾年網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、射頻技術(shù)、傳感技術(shù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也日趨成熟，隨著“中國(guó)制造2025”概念的提出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用也迎來(lái)了飛速的發(fā)展[1]。特別是在新冠疫情的影響下，居家辦公的工作模式促使越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始注重遠(yuǎn)程運(yùn)維、遠(yuǎn)程設(shè)備管理等場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)。尤其是連續(xù)型生產(chǎn)的鋼鐵行業(yè)，通過(guò)線(xiàn)上管理模式實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析等功能，管理人員能夠利用遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程登陸等方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線(xiàn)故障診斷，節(jié)省了故障快速判斷和處理的時(shí)間，為設(shè)備管理提供了新的思路與方法。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)是以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)為基礎(chǔ)的，實(shí)現(xiàn)信息采集、傳遞和處理等功能的技術(shù)總稱(chēng)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)可分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[2]。感知層是指對(duì)物體狀態(tài)的采集，通過(guò)傳感器技術(shù)、RFID 技術(shù)、定位技術(shù)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)行環(huán)境的采集、身份信息的識(shí)別，位置信息的確認(rèn)等全方位的感知。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將獲得的物體狀態(tài)進(jìn)行傳遞，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是作為媒介將感知層和應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)通，把數(shù)據(jù)的分析處理從本地化向網(wǎng)絡(luò)云端發(fā)展。通過(guò)云端的處理，能夠使管理者同步獲得本地物體的各種狀態(tài)，這對(duì)于整個(gè)工業(yè)發(fā)展的方向變革來(lái)說(shuō)是革命性的。應(yīng)用層主要是分析數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)，并形成有效的策略反饋給管理者去指導(dǎo)實(shí)踐。在云計(jì)算、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展下，應(yīng)用層的功能更加豐富和可靠，這也為智能制造領(lǐng)域提供了更具實(shí)用性的解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐，對(duì)整個(gè)鋼鐵行業(yè)在智能制造領(lǐng)域起到了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用，也將帶動(dòng)企業(yè)對(duì)資源的有效分配和對(duì)管理方式進(jìn)行變革，使一切更加人性化和智能化[3]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理研究方向的解析

盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)都有了應(yīng)用的案例，但主要還是在智能家居、醫(yī)療監(jiān)控、服務(wù)業(yè)等行業(yè)發(fā)展較快，對(duì)于工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展較晚，許多具有實(shí)質(zhì)性意義的應(yīng)用還在探討與嘗試中，目前工業(yè)行業(yè)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要分為以下方面內(nèi)容，如表1所示。

表1 工業(yè)行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要在設(shè)備管理方面，一是對(duì)設(shè)備全生命周期的管理模式，通過(guò)建立設(shè)備檔案，完成對(duì)設(shè)備從采購(gòu)、上線(xiàn)、維護(hù)以及下線(xiàn)的全面監(jiān)控。設(shè)備管理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)大量設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出針對(duì)性較強(qiáng)的管理策略，從而改善企業(yè)的設(shè)備管理模式，提高整體的設(shè)備管理水平；而另一方面，則是針對(duì)某個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的獨(dú)立監(jiān)控，這些系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、上傳、模型分析等方面的功能比較完善，管理人員能夠通過(guò)系統(tǒng)的App 或小程序?qū)崟r(shí)了解其運(yùn)行的狀態(tài)和重要的參數(shù)變化，對(duì)于設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)決策有較大的意義，但各種系統(tǒng)之間往往不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，無(wú)法形成數(shù)據(jù)信息的共享與聯(lián)動(dòng)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理的發(fā)展歷程與技術(shù)特點(diǎn)

回顧近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的歷程，其理論和實(shí)踐的創(chuàng)新離不開(kāi)基礎(chǔ)技術(shù)的提升。

1）網(wǎng)絡(luò)速度的提升。自2010 年以來(lái)，隨著4G、5G技術(shù)的相繼投入使用，廣域網(wǎng)的速度正逐步實(shí)現(xiàn)從MB 級(jí)向GB 級(jí)的跨越式發(fā)展[15]。更快的網(wǎng)絡(luò)速度和更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳遞，增加了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可應(yīng)用性，促使其在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)施方面有了更多的可能性。將分散在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)集合化，是未來(lái)數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)決策發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)本地與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步功能，是一切云計(jì)算、云服務(wù)的基礎(chǔ)。

2）傳感器技術(shù)的發(fā)展。傳感器是感知層的主要設(shè)備，由多樣化采集和控制模塊組成[16]。通過(guò)傳感器設(shè)備作為采集物體狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，其在重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、偏移、線(xiàn)性等方面的性能都得到了較大的提升，成為越來(lái)越可靠的過(guò)程控制、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段。在工業(yè)行業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)感知從傳統(tǒng)的手持式設(shè)備已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驅(qū)y(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的遠(yuǎn)傳式傳感器，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的連續(xù)測(cè)量功能。而在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的結(jié)合下，新型的傳感器能夠?qū)⑿盘?hào)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)匯聚端，通過(guò)PLC 編程解碼將數(shù)據(jù)通過(guò)組態(tài)編程顯示在本地計(jì)算機(jī)中或上傳到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行共享。傳感器能夠幫助生產(chǎn)、設(shè)備管理人員更加便捷地感知物體，全方位地了解生產(chǎn)狀況以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)工業(yè)控制的精確性、即時(shí)性和可操作性帶來(lái)了極大的提升。

3）應(yīng)用功能的不斷豐富。從現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集到最終實(shí)現(xiàn)云端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，基于云服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字孿生、視覺(jué)處理等技術(shù)使設(shè)備管理更加多元化。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物與物，人與物之間的無(wú)障礙通信，且能夠適應(yīng)多種終端特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行的拓展和延伸[17]。設(shè)備管理人員通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端、互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，查看設(shè)備運(yùn)行情況、維護(hù)人員對(duì)工作的執(zhí)行情況，甚至是單臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，以及根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)獲得最佳的維修建議。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理在鋼鐵行業(yè)的改革現(xiàn)狀分析

我國(guó)的鋼鐵行業(yè)正在經(jīng)歷著由傳統(tǒng)工作模式向智能制造轉(zhuǎn)變的過(guò)程。但由于傳統(tǒng)工業(yè)具有大型化、穩(wěn)定為主等行業(yè)特點(diǎn)，智能制造的推進(jìn)存在整體技術(shù)能力薄弱、國(guó)產(chǎn)設(shè)備落后、投資規(guī)模較大等一系列問(wèn)題[18]。

1）技術(shù)能力不完善。在云計(jì)算方面仍需要加強(qiáng)與現(xiàn)場(chǎng)工藝、設(shè)備的有效結(jié)合，使功能的開(kāi)發(fā)更貼近于現(xiàn)場(chǎng)管理。目前一些已經(jīng)投入使用的設(shè)備管理系統(tǒng)，僅僅能夠完成數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的監(jiān)控，查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析。究其原因，還是技術(shù)體系的構(gòu)建不夠完善[19]，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2）投資規(guī)模過(guò)大。鋼鐵企業(yè)采用的技術(shù)以穩(wěn)定為主，有些功能不具備網(wǎng)絡(luò)上傳甚至是不具備本地網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的功能。因此推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的全面發(fā)展是需要技術(shù)和資金的支撐。當(dāng)前已有很多企業(yè)開(kāi)始了探索和應(yīng)用，如寶鋼冷軋車(chē)間積極推進(jìn)無(wú)人化智能生產(chǎn)車(chē)間、倉(cāng)儲(chǔ)車(chē)間的應(yīng)用。柳鋼利用智慧物流云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸定位監(jiān)管、物流管理服務(wù)等功能。多家鋼鐵企業(yè)正在建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的生產(chǎn)管控平臺(tái)[20]。

3）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。數(shù)據(jù)共享是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，無(wú)論是設(shè)備故障本身還是程序的漏洞，都有可能被黑客攻擊造成信息的泄露，甚至是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備帶來(lái)災(zāi)難性的影響。因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推進(jìn)需要嚴(yán)控風(fēng)險(xiǎn)，一方面要精研技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步，一方面要提高物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的信息安全認(rèn)知度，樹(shù)立風(fēng)險(xiǎn)管理意識(shí)[21]。

5 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備管理發(fā)展難點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者或企業(yè)管理人員對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用正在積極推進(jìn)。特別是在工業(yè)設(shè)備管理方面，在智能制造的引領(lǐng)下，擁有了較快的發(fā)展空間，但仍然存在幾個(gè)難點(diǎn)：

1）盡管工業(yè)企業(yè)對(duì)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了大量的嘗試，但是在以改造為主的企業(yè)，仍然面臨著例如系統(tǒng)兼容性差、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率低以及數(shù)據(jù)分析不夠深入等問(wèn)題需要解決。

2）對(duì)于新建的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)，具備了較好的建設(shè)基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)規(guī)劃，但從項(xiàng)目的投控角度而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于附加性功能，往往在初設(shè)階段被忽略或分配投資額較低，導(dǎo)致整體設(shè)備選型較差，功能不全面。

3）在整體規(guī)劃方面，往往能夠滿(mǎn)足現(xiàn)階段的使用功能，但缺乏統(tǒng)籌性和前瞻性的規(guī)劃。存在測(cè)量點(diǎn)布局不夠，數(shù)據(jù)采集機(jī)配置較低，數(shù)據(jù)功能單一等問(wèn)題，因此從管理角度提高規(guī)劃能力，增加橫向技術(shù)交流也十分重要。

6 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)管理人員和設(shè)備維護(hù)人員更好地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)本地設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)數(shù)據(jù)變化提早做出應(yīng)對(duì)、決策或?qū)收系脑蜃龀龇治龊吞幚?，是學(xué)者和企業(yè)人員需要不斷嘗試與探索的。這對(duì)于工業(yè)行業(yè)而言，特別是鋼鐵等連續(xù)型運(yùn)轉(zhuǎn)行業(yè)意義重大。