物联网在工业中的应用＊

陶 冶，殷振华

（1. 杭州电子科技大学管理学院，浙江 杭州 310018；2. 吴江市中等专业学校，江苏 吴江 215200）

物联网在工业中的应用＊

陶 冶1，殷振华2

（1. 杭州电子科技大学管理学院，浙江 杭州 310018；2. 吴江市中等专业学校，江苏 吴江 215200）

工业是物联网应用的重要领域，物联网在工业领域的应用主要体现在制造业供应链管理、生产过程工艺优化、产品设备监控管理、环保监测及能源管理、安全生产管理和与先进制造技术相结合。

物联网；工业；应用

物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。工业是物联网应用的重要领域，具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段，形成新的智能化的制造体系。物联网在工业中的应用主要体现在以下一些领域：

1 制造业供应链管理

物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。例如，波音公司和空中客车公司通过在供应链体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

美国波音公司和法国空中客车公司是竞争对手，在建造新一代大型超音速客机的竞争中，两家公司寻求 FRID的合作方案，共同设定相关产业标准，构建供应链体系。

波音和空中客车的共同解决方案是一种以互联网为基础的服务系统，叫做“Antenna天线”，当航空制造商配置RFID的技术时，他们可以方便的通过这个系统得到波音和空中客车在相关方面的标准和要求。Antenna是由西门子和一个相对较小的叫做Sopheon的产品生命周期管理软件提供商合作开发的。这个服务系统是围绕一个高级搜索引擎来运转的，这个搜索引擎正是Sopoheon的PLM产品的一部分，西门子首先用这个搜索引擎开发了一种叫做“直接为你效劳”的服务产品，用来给制造商提供所需的信息，以确保产品符合工程设计要求和客户要求。这个搜索技术可以帮助需求分析和管理人员在多种文件里进行字对字分析，它可以在两方面帮助制造商，在产品设计中，它可以确保产品符合设计规格；在采购过程中，它确保供货商的产品符合相关标准和规格。Antenna天线构建了波音和空中客车先进的供应链体系，见图1。

图1 Antenna天线构建的数据交换

2 生产过程工艺优化

物联网技术的应用能提高工业生产线的过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平，有助于生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护，从而优化生产工艺，改进生产过程，提高产品质量。

例如，首钢在钢铁生产过程中应用 RFID技术。钢铁企业在生产和运输过程中有很多难点，铁水的高温对环境和电子设备的要求极高就是其中比较突出的问题，不仅容易造成热量的损失，还会提高成本，降低效率。基于钢铁行业对 RFID技术的特殊要求，2009年，首钢通过对该技术的重新开发，成功实现了铁水包的跟踪，即“一包到底”工艺。该工艺是将高炉生产出来的铁水，经过必要工艺流程处理后，通过 RFID跟踪测距，以不更换铁水包的生产组织模式，直接兑入转炉冶炼的铁水运输方式。与目前钢铁企业较普遍采用的鱼雷罐车铁水运输方式相比，此项技术低碳环保、优势明显，是物联网在钢铁企业生流程控制方面的有效应用。

3 产品设备监控管理

工业生产应用物联网对产品设备监控管理是多方面的，例如，纺织业生产中，为了对设备的实时监控，在生产设备上安装RFID，可随时扫描监控设备的使用状况，获得运转速度、使用效率、原材料消耗等信息，并传输至应用平台，以便及时调整校验。又如，光纤传感器应用于石油测井。在天然气开发过程中，压力、温度、流量等参数是油气井下的重要数据。如何克服井下高温、高压、腐蚀、地磁干扰等恶劣的工作环境，运用先进设备及时获取油气井下信息，对石油工业具有极为重要的价值。光纤光栅传感器在井下具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、抗地磁干扰的特点，同时，光纤传感器横截面积小，在油气井中占据空间极小，具有分布式测量能力，可以测量井下参数的空间分布，给出剖面信息，能够精确地测量井下环境的参数。

GE Oil & Gas集团在全球建立了13个面向不同产品的i－Cente（综合服务中心），通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

4 环保监测及能源管理

物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。如工业环境监控物联网，它是由包含传感器网络的物联网节点、网关和监控中心或者与网关相联接的工业总线构成无缝连接的一体化网络，能够进行工业遥控遥测、工业现场环境监测，可自动化无线数据采集、自动仪表读取，可监控的信息量丰富，包括温度、压力、湿度、液位、流量、气体浓度、酸碱度等，其结构见图2。

图2 工业环境监控物联网网络结构

5 安全生产管理

把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

煤矿工人在井下作业时，矿井安全至关重要。作为物联网应用的一个重要领域，“感知矿山”可通过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智能化。物联网将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密结合，构成矿山人与人、人与物、物与物相联的网络，动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程。物联网可以避免重大事故的发生，保证煤矿可持续发展。例如，遇到瓦斯泄漏，“感知矿山”事前发出预报，在瓦斯囤积爆炸前，工人就能疏散脱离险境。

6 与先进制造技术相结合

物联网与未来先进制造技术相结合，将形成新的智能化的制造体系。概括起来，物联网与先进制造技术的结合主要体现在这些领域。

6.1 泛在感知网络技术

建立服务于智能制造的泛在网络技术体系，为制造中的设计、设备、过程、管理和商务提供无处不在的网络服务。目前，面向未来智能制造的泛在网络技术发展还处于初始阶段。

6.2 泛在制造信息处理技术

建立以泛在信息处理为基础的新型制造模式，提升制造行业的整体实力和水平。目前，泛在信息制造及泛在信息处理尚处于概念和实验阶段，各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施。

6.3 虚拟现实技术

采用真三维显示与人机自然交互的方式进行工业生产，进一步提高制造业的效率。目前，虚拟环境已经在许多重大工程领域得到了广泛的应用和研究。未来，虚拟现实技术的发展方向是三维数字产品设计、数字产品生产过程仿真、真三维显示和装配维修等。

6.4 人机交互技术

传感技术、传感器网、工业无线网以及新材料的发展，提高了人机交互的效率和水平。目前制造业处在一个信息有限的时代，人要服从和服务于机器。随着人机交互技术的不断发展，我们将逐步进入基于泛在感知的信息化制造人机交互时代。

6.5 空间协同技术

空间协同技术的发展目标是以泛在网络、人机交互、泛在信息处理和制造系统集成为基础，突破现有制造系统在信息获取、监控、控制、人机交互和管理方面集成度差、协同能力弱的局限，提高制造系统的敏捷性、适应性、高效性。

6.6 平行管理技术

未来的制造系统将由某一个实际制造系统和对应的一个或多个虚拟的人工制造系统所组成。平行管理技术就是要实现制造系统与虚拟系统的有机融合，不断提升企业认识和预防非正常状态的能力，提高企业的智能决策和应急管理水平。

6.7 电子商务技术

目前制造与商务过程一体化特征日趋明显，整体呈现出纵向整合和横向联合两种趋势。未来要建立健全先进制造业中的电子商务技术框架，发展电子商务以提高制造企业在动态市场中的决策与适应能力，构建和谐、可持续发展的先进制造业。

6.8 系统集成制造技术

系统集成制造是由智能机器人和专家共同组成的人机共存、协同合作的工业制造系统。它集自动化、集成化、网络化和智能化于一身，使制造具有修正或重构自身结构和参数的能力，具有自组织和协调能力，可满足瞬息万变的市场需求，应对激烈的市场竞争。

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

浙江省社会科学界联合会社科普及课题