智能制造背景下的工业物联网技术

智能制造背景下的工业物联网技术

王畋富

天津明匠智能系统工程有限公司天津300462

摘要：工业物联网是物联网在工业领域的垂直应用，是一个关于传统产业设备与IT融合的概念，其核心技术是大数据和物联网，其目的是通过设备、传感器、互联网、安全的云端数据和数据分析技术等，提高生产经营效率，重构重资产行业的价值。在全球范围内，其正在深刻地改变着制造业、运输业、建筑业、采矿和能源行业。因此文章就智能制造背景下的工业物联网技术展开略述。

关键词：智能制造；工业物联网；技术

关于传统制造业的转型，在国家战略层面，德国提出工业4.0，美国推出先进制造业发展计划，我国制定了“中国制造2025”战略。在技术层面，各国都不约而同提出了工业物联网IIoT（IndustrialInternetofThings）的概念，并对IIoT如何推动制造业转型升级开始了相当程度的实践。按照“中国制造2025”计划，制造业重点领域全面实现智能化，运营成本、产品生产周期和不良品率降低50%。要达到这一智能制造的目标，IIoT是手段也是必经的过程。为加速产业升级，建设制造强国，国家发布《物联网“十三五”规划》《中国制造2025》等多项政策，大力推动工业物联网建设。同时随着物联网技术成熟、安全保障加强以及传感器等设备成本下降，工业物联网进入发展的“快车道”。

一、工业物联网发展现状概述

（一）工业向数字智能化发展新阶段

工业物联网是工业系统各种元素包括机器、人与各类系统的全面互联和智能应用，是物联网等新一代信息科技与先进制造业深度融合形成的新兴业态与应用模式。工业物联网将使制造业进入智能制造时代，深刻变革传统工业的创新、生产、管理、服务方式，催生全新产业生态。工业物联网建设包含三大体系，网络体系、平台体系和安全体系。其中网络体系是基础，为各类工业设备随时连接提供解决方案。平台体系是核心，是工业资源配置、能力交易和生态建设的关键。安全体系是保障，使工业生产过程开放互联带来的，更甚于消费物联网的安全威胁得以有效控制。

（二）初步形成发展路径和应用场景

我国工业物联网发展成果显著，从建立工业互联网产业联盟，到构建我国工业物联网标准体系，逐步形成较健全的工业物联网产业体系。目前我国工业物联网发展路径有以下三方面：一是企业内部生产率提升和管理优化。通过设备互联采集数据和智能分析，对制造工艺、生产流程、质量管理、设备维护、能耗管理等进行提升。通过内外部数据协同分析实现供应链管理、生产管控、企业管理等运营决策优化。二是企业外部价值链延伸。打通内外部数据链和价值链，实现生产资源优化配置、供应链制造协同、产业能力交易等产业价值延伸，以及实现产品溯源、设备远程预测性维护、个性化定制等服务创新。三是面向开放生态的平台运营，在发展到一定阶段和水平后，以平台为纽带输出企业能力，整合产业链资源，实现平台化的生态运营能力。

二、工业物联网的关键技术

工业物联网的出现很大程度上推动的智能制造的发展，促进的工业的转型与升级，但是随着时代变化和技术的革新，智能制造对工业物联网也提出了越来越高的要求，因此对物联网的研究主要集中在以下三个方面。

（一）射频识别技术（RFID）

该技术通过射频信号空间耦合，不需要与被识别物品直接接触即可完成数据的输入和输出。因此RFID被广泛应用到物流，车辆管理，流水线作业，军事管理等领域，但是该技术在数据安全，隐私，可被复制方面面临着风险。

（二）网络通信问题

靠物联网连接在一起的机器，人，产品之间的信息传输有多种可以选择，尤其是无线传输对物联网互联互通的实现格外重要。而无线传输又以无线传感器网络（WSN）为主，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织系统，感知对象信息发给观察者，具有网络规模大，自组织性，动态性能好，可靠性高等一系列优点。但是目前的物联网传感器网络在智能化传感节点技术，自身检查诊断技术以及安全加密技术有待进一步的研究和加强。

（三）数据融合与智能技术

由于物联网上存在大量的传感器，在信息感知过程中，由于存在冗余信息，如果每个传感器单独传输数据至汇聚节点，那么会造成带宽和资源的浪费，必定影响信息收集的时效性，因此要对信息整合，得到用户满意的信息使得物体能够主动与用户沟通。由此可见，要真正实现物联网的智能，只有综合研究解决了感知技术，通信技术，融合技术，智能控制技术以及云计算技术这些问题，物联网才能得到市场的认可和接受。

三、智能制造背景下工业物联网应用实践

IIOT领域涉及广泛，其中牵扯到的跨行业技术更是数不胜数，西门子、GE、霍尼韦尔、施耐德等工业巨头也都只能各展所长，很难形成垄断的局面，赢家通吃几无可能。这样的好处显而易见，即市场的竞争会更加公平，每一家企业都可依据自己的专长分一杯羹。在中国，三一重工的IIoT实践也印证了这个道理。三一重工2008年成立中国最早的物联网平台，当时只是朴素地出于自身管理需求，希望通过平台将设备连接起来采集工业大数据，以制定智能化解决方案。2016年，这一内部平台正式独立出来成立股权架构开放的树根互联，基于三一重工多年积累的工业大数据处理和云计算能力，为转型升级中的本土工业企业构建开放、安全、实用的IIoT平台。云平台是IIoT的操作系统，类似于苹果的IOS系统或是谷歌的安卓系统。云平台只是工业物联网的基础，关键是在云上使用的技术手段，如海量数据分析、人工智能等都能由此展开，这也是制造企业转型升级的主要路径之一。此前，徐工集团携手阿里巴巴，打造了中国首个工业云平台——徐工工业云。该云平台根植于徐工集团工程机械行业实践经验，融合研发设计过程、生产制造过程、营销服务过程、供应链体系及产品运行过程等全生命周期进程。同时具备强大的终端接入与集成整合能力，目前平台已经接入设备超过40万台，采集5000余种工况，每天汇集超过5亿条数据。

四、工业物联网未来研究方向

结合工业物联网自身存在的问题和目前研究的现状，本文认为未来工业物联网的研究方向应该在以下两个方面展开：第一，异构网络融合。针对物联网络异构性、承载业务量大特点，开发统一的物理及MAC底层及其协议促进多种网络融合是发展趋势。第二，海量信息处理。目前的研究在一定程度上对数据做了有效的处理，但是实时性不高，因此未来对数据处理的研究重点由上层转移到下层，在感知层中找到数据处理方法是一种新思路。立足当前，着眼未来，加强工业物联网重点技术研究，对其存在关键问题进行突破，促使工业物联网形成产业化和规模化，推动智能制造向更高水平发展。

综上所述，在全球范围内，工业物联网正在深刻地改变着制造业、运输业、建筑业、采矿和能源行业。工业物联网的出现很大程度上推动的智能制造的发展，促进的工业的转型与升级，但是随着时代变化和技术的革新，智能制造对工业物联网也提出了越来越高的要求。因此在智能化制造背景下，工业物联网也许不断进行革新和完善，不断朝向异构网络融合和海量信息处理两个方向发展，更好地实现工业物联网助推工业制造发展目标。

参考文献：

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