物聯網在工業中的應用＊

陶 冶，殷振華

（1. 杭州電子科技大學管理學院，浙江 杭州 310018；2. 吳江市中等專業學校，江蘇 吳江 215200）

物聯網在工業中的應用＊

陶 冶1，殷振華2

（1. 杭州電子科技大學管理學院，浙江 杭州 310018；2. 吳江市中等專業學校，江蘇 吳江 215200）

工業是物聯網應用的重要領域，物聯網在工業領域的應用主要體現在制造業供應鏈管理、生產過程工藝優化、產品設備監控管理、環保監測及能源管理、安全生產管理和與先進制造技術相結合。

物聯網；工業；應用

物聯網是指通過信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。工業是物聯網應用的重要領域，具有環境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業生產的各個環節，可大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段，形成新的智能化的制造體系。物聯網在工業中的應用主要體現在以下一些領域：

1 制造業供應鏈管理

物聯網應用于企業原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。例如，波音公司和空中客車公司通過在供應鏈體系中應用傳感網絡技術，構建了全球制造業中規模最大、效率最高的供應鏈體系。

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的競爭中，兩家公司尋求 FRID的合作方案，共同設定相關產業標準，構建供應鏈體系。

波音和空中客車的共同解決方案是一種以互聯網為基礎的服務系統，叫做“Antenna天線”，當航空制造商配置RFID的技術時，他們可以方便的通過這個系統得到波音和空中客車在相關方面的標準和要求。Antenna是由西門子和一個相對較小的叫做Sopheon的產品生命周期管理軟件提供商合作開發的。這個服務系統是圍繞一個高級搜索引擎來運轉的，這個搜索引擎正是Sopoheon的PLM產品的一部分，西門子首先用這個搜索引擎開發了一種叫做“直接為你效勞”的服務產品，用來給制造商提供所需的信息，以確保產品符合工程設計要求和客戶要求。這個搜索技術可以幫助需求分析和管理人員在多種文件里進行字對字分析，它可以在兩方面幫助制造商，在產品設計中，它可以確保產品符合設計規格；在采購過程中，它確保供貨商的產品符合相關標準和規格。Antenna天線構建了波音和空中客車先進的供應鏈體系，見圖1。

圖1 Antenna天線構建的數據交換

2 生產過程工藝優化

物聯網技術的應用能提高工業生產線的過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平，有助于生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護，從而優化生產工藝，改進生產過程，提高產品質量。

例如，首鋼在鋼鐵生產過程中應用 RFID技術。鋼鐵企業在生產和運輸過程中有很多難點，鐵水的高溫對環境和電子設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行業對 RFID技術的特殊要求，2009年，首鋼通過對該技術的重新開發，成功實現了鐵水包的跟蹤，即“一包到底”工藝。該工藝是將高爐生產出來的鐵水，經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組織模式，直接兌入轉爐冶煉的鐵水運輸方式。與目前鋼鐵企業較普遍采用的魚雷罐車鐵水運輸方式相比，此項技術低碳環保、優勢明顯，是物聯網在鋼鐵企業生流程控制方面的有效應用。

3 產品設備監控管理

工業生產應用物聯網對產品設備監控管理是多方面的，例如，紡織業生產中，為了對設備的實時監控，在生產設備上安裝RFID，可隨時掃描監控設備的使用狀況，獲得運轉速度、使用效率、原材料消耗等信息，并傳輸至應用平臺，以便及時調整校驗。又如，光纖傳感器應用于石油測井。在天然氣開發過程中，壓力、溫度、流量等參數是油氣井下的重要數據。如何克服井下高溫、高壓、腐蝕、地磁干擾等惡劣的工作環境，運用先進設備及時獲取油氣井下信息，對石油工業具有極為重要的價值。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，同時，光纖傳感器橫截面積小，在油氣井中占據空間極小，具有分布式測量能力，可以測量井下參數的空間分布，給出剖面信息，能夠精確地測量井下環境的參數。

GE Oil & Gas集團在全球建立了13個面向不同產品的i－Cente（綜合服務中心），通過傳感器和網絡對設備進行在線監測和實時監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

4 環保監測及能源管理

物聯網與環保設備的融合實現了對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。在重點排污企業排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發性環境污染事故的發生。電信運營商已開始推廣基于物聯網的污染治理實時監測解決方案。如工業環境監控物聯網，它是由包含傳感器網絡的物聯網節點、網關和監控中心或者與網關相聯接的工業總線構成無縫連接的一體化網絡，能夠進行工業遙控遙測、工業現場環境監測，可自動化無線數據采集、自動儀表讀取，可監控的信息量豐富，包括溫度、壓力、濕度、液位、流量、氣體濃度、酸堿度等，其結構見圖2。

圖2 工業環境監控物聯網網絡結構

5 安全生產管理

把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

煤礦工人在井下作業時，礦井安全至關重要。作為物聯網應用的一個重要領域，“感知礦山”可通過各種感知、信息傳輸與處理技術，實現對真實礦山整體及相關現象的可視化、數字化及智能化。物聯網將礦山地理、地質、礦山建設、礦山生產、安全管理、產品加工與運銷、礦山生態等綜合信息全面數字化，將感知技術、傳輸技術、信息處理、智能計算、現代控制技術、現代信息管理等與現代采礦及礦物加工技術緊密結合，構成礦山人與人、人與物、物與物相聯的網絡，動態詳盡地描述并控制礦山安全生產與運營的全過程。物聯網可以避免重大事故的發生，保證煤礦可持續發展。例如，遇到瓦斯泄漏，“感知礦山”事前發出預報，在瓦斯囤積爆炸前，工人就能疏散脫離險境。

6 與先進制造技術相結合

物聯網與未來先進制造技術相結合，將形成新的智能化的制造體系。概括起來，物聯網與先進制造技術的結合主要體現在這些領域。

6.1 泛在感知網絡技術

建立服務于智能制造的泛在網絡技術體系，為制造中的設計、設備、過程、管理和商務提供無處不在的網絡服務。目前，面向未來智能制造的泛在網絡技術發展還處于初始階段。

6.2 泛在制造信息處理技術

建立以泛在信息處理為基礎的新型制造模式，提升制造行業的整體實力和水平。目前，泛在信息制造及泛在信息處理尚處于概念和實驗階段，各國政府均將此列入國家發展計劃，大力推動實施。

6.3 虛擬現實技術

采用真三維顯示與人機自然交互的方式進行工業生產，進一步提高制造業的效率。目前，虛擬環境已經在許多重大工程領域得到了廣泛的應用和研究。未來，虛擬現實技術的發展方向是三維數字產品設計、數字產品生產過程仿真、真三維顯示和裝配維修等。

6.4 人機交互技術

傳感技術、傳感器網、工業無線網以及新材料的發展，提高了人機交互的效率和水平。目前制造業處在一個信息有限的時代，人要服從和服務于機器。隨著人機交互技術的不斷發展，我們將逐步進入基于泛在感知的信息化制造人機交互時代。

6.5 空間協同技術

空間協同技術的發展目標是以泛在網絡、人機交互、泛在信息處理和制造系統集成為基礎，突破現有制造系統在信息獲取、監控、控制、人機交互和管理方面集成度差、協同能力弱的局限，提高制造系統的敏捷性、適應性、高效性。

6.6 平行管理技術

未來的制造系統將由某一個實際制造系統和對應的一個或多個虛擬的人工制造系統所組成。平行管理技術就是要實現制造系統與虛擬系統的有機融合，不斷提升企業認識和預防非正常狀態的能力，提高企業的智能決策和應急管理水平。

6.7 電子商務技術

目前制造與商務過程一體化特征日趨明顯，整體呈現出縱向整合和橫向聯合兩種趨勢。未來要建立健全先進制造業中的電子商務技術框架，發展電子商務以提高制造企業在動態市場中的決策與適應能力，構建和諧、可持續發展的先進制造業。

6.8 系統集成制造技術

系統集成制造是由智能機器人和專家共同組成的人機共存、協同合作的工業制造系統。它集自動化、集成化、網絡化和智能化于一身，使制造具有修正或重構自身結構和參數的能力，具有自組織和協調能力，可滿足瞬息萬變的市場需求，應對激烈的市場競爭。

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

浙江省社會科學界聯合會社科普及課題