物聯(lián)網傳感器技術在工業(yè)領域的應用

　　盡管社會各界對傳感網、物聯(lián)網、泛在網的概念眾說紛紜，但人們普遍認為，物聯(lián)網是指通過各類傳感器實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析和使用。

　　物聯(lián)網的關鍵環(huán)節(jié)可以歸納為全面感知、可靠傳送、智能處理。全面感知是指利用射頻識別(RFID)、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網絡等感知、捕獲、測量的技術手段，隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。可靠傳送是指通過各種通信網絡、互聯(lián)網隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。智能處理是指對海量的跨部門、跨行業(yè)、跨地域的數據和信息進行分析處理，提升對物理世界、經濟社會各種活動的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。相比互聯(lián)網具有的全球互聯(lián)互通的特征，物聯(lián)網具有局域性和行業(yè)性特征。

　　工業(yè)是物聯(lián)網應用的重要領域。具有環(huán)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(yè)生產的各個環(huán)節(jié)，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(tǒng)工業(yè)提升到智能工業(yè)的新階段。

　　1、物聯(lián)網在工業(yè)領域的幾方面應用

　　從當前技術發(fā)展和應用前景來看，物聯(lián)網在工業(yè)領域的應用主要集中在以下幾個方面。

　　制造業(yè)供應鏈管理物聯(lián)網應用于企業(yè)原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。空中客車(Airbus)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(yè)中規(guī)模最大、效率最高的供應鏈體系。

　　生產過程工藝優(yōu)化物聯(lián)網技術的應用提高了生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平。生產過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業(yè)應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現(xiàn)對加工產品的寬度、厚度、溫度的實時監(jiān)控，從而提高了產品質量，優(yōu)化了生產流程。

　　產品設備監(jiān)控管理各種傳感技術與制造技術融合，實現(xiàn)了對產品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監(jiān)控。GEOil&Gas集團在全球建立了13個面向不同產品的i-Center，通過傳感器和網絡對設備進行在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。

　　環(huán)保監(jiān)測及能源管理物聯(lián)網與環(huán)保設備的融合實現(xiàn)了對工業(yè)生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。在重點排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。電信運營商已開始推廣基于物聯(lián)網的污染治理實時監(jiān)測解決方案。

　　工業(yè)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(huán)境中工作人員、設備機器、周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，將現(xiàn)有分散、獨立、單一的網絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放、多元的綜合網絡監(jiān)管平臺，實現(xiàn)實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。

　　2、物聯(lián)網與先進制造技術結合體現(xiàn)的領域

　　與未來先進制造技術相結合是物聯(lián)網應用的生命力所在。

　　物聯(lián)網是信息通信技術發(fā)展的新一輪制高點，正在工業(yè)領域廣泛滲透和應用，并與未來先進制造技術相結合，形成新的智能化的制造體系。這一制造體系仍在不斷發(fā)展和完善之中。概括起來，物聯(lián)網與先進制造技術的結合主要體現(xiàn)在8個領域。

　　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(fā)展還處于初始階段。

　　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(yè)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(fā)展計劃，大力推動實施。

　　虛擬現(xiàn)實技術采用真三維顯示與人機自然交互的方式進行工業(yè)生產，進一步提高制造業(yè)的效率。目前，虛擬環(huán)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(xiàn)實技術的發(fā)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。

　　人機交互技術傳感技術、傳感器網、工業(yè)無線網以及新材料的發(fā)展，提高了人機交互的效率和水平。目前制造業(yè)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(fā)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。

　　空間協(xié)同技術空間協(xié)同技術的發(fā)展目標是以泛在網絡、人機交互、泛在信息處理和制造系統(tǒng)集成為基礎，突破現(xiàn)有制造系統(tǒng)在信息獲取、監(jiān)控、控制、人機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、適應性、高效性。

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

　　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(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制造業(yè)中的電子商務技術框架，發(fā)展電子商務以提高制造企業(yè)在動態(tài)市場中的決策與適應能力，構建和諧、可持續(xù)發(fā)展的先進制造業(yè)。

　　系統(tǒng)集成制造技術系統(tǒng)集成制造是由智能機器人和專家共同組成的人機共存、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(xié)調能力，可滿足瞬息萬變的市場需求，應對激烈的市場競爭。

　　虛擬現(xiàn)實技術采用真三維顯示與人機自然交互的方式進行工業(yè)生產，進一步提高制造業(yè)的效率。目前，虛擬環(huán)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(xiàn)實技術的發(fā)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。

　　人機交互技術傳感技術、傳感器網、工業(yè)無線網以及新材料的發(fā)展，提高了人機交互的效率和水平。目前制造業(yè)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(fā)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。

　　空間協(xié)同技術空間協(xié)同技術的發(fā)展目標是以泛在網絡、人機交互、泛在信息處理和制造系統(tǒng)集成為基礎，突破現(xiàn)有制造系統(tǒng)在信息獲取、監(jiān)控、控制、人機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、適應性、高效性。

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

　　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(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制造業(yè)中的電子商務技術框架，發(fā)展電子商務以提高制造企業(yè)在動態(tài)市場中的決策與適應能力，構建和諧、可持續(xù)發(fā)展的先進制造業(yè)。

　　系統(tǒng)集成制造技術系統(tǒng)集成制造是由智能機器人和專家共同組成的人機共存、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(xié)調能力，可滿足瞬息萬變的市場需求，應對激烈的市場競爭。

　　3、解決工業(yè)領域物聯(lián)網應用面臨的關鍵技術問題

　　從整體上來看，物聯(lián)網還處于起步階段。物聯(lián)網在工業(yè)領域的大規(guī)模應用還面臨一些關鍵技術問題，概括起來主要有以下幾個方面。

　　工業(yè)用傳感器工業(yè)用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態(tài)和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業(yè)用傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產品達到最好的質量。

　　可以說，沒有眾多質優(yōu)價廉的工業(yè)傳感器，就沒有現(xiàn)代化工業(yè)生產體系。

　　工業(yè)無線網絡技術工業(yè)無線網絡是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節(jié)點組成的網狀(Mesh)網絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協(xié)同、異構互連的特點。工業(yè)無線網絡技術是繼現(xiàn)場總線之后工業(yè)控制系統(tǒng)領域的又一熱點技術，是降低工業(yè)測控系統(tǒng)成本、提高工業(yè)測控系統(tǒng)應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業(yè)自動化產品新的增長點，已經引起許多國家學術界和工業(yè)界的高度重視。

　　工業(yè)過程建模沒有模型就不可能實施先進有效的控制，傳統(tǒng)的集中式、封閉式的仿真系統(tǒng)結構已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。工業(yè)過程建模是系統(tǒng)設計、分析、仿真和先進控制必不可少的基礎。

　　此外，物聯(lián)網在工業(yè)領域的大規(guī)模應用還面臨工業(yè)集成服務代理總線技術、工業(yè)語義中間件平臺等關鍵技術問題。

　　4、從垂直和聚合兩個方面推動物聯(lián)網在工業(yè)領域的應用

　　物聯(lián)網的發(fā)展進程是一個規(guī)模龐大的復雜技術革新過程，可以從垂直和聚合兩個方面推動其應用。

　　垂直應用是指企業(yè)結合自身的特點、行業(yè)的特點進行生產過程的控制。垂直應用與行業(yè)生產和業(yè)務流程緊密結合，通過提供集成化的行業(yè)解決方案，為行業(yè)內企業(yè)的生產管理提供各種服務。如在汽車行業(yè)中，產業(yè)鏈環(huán)節(jié)中的企業(yè)各自建立物聯(lián)網應用系統(tǒng)，感知車輛實時狀態(tài)，車載控制模塊匯聚和發(fā)送車輛信息，完成對車輛的控制。

　　物聯(lián)網的應用可以服務于生產流程和設備管理等輔助支持管理，同時高效支撐倉儲和物流供應鏈管理。

　　聚合應用是跨行業(yè)的應用，是基于公共服務平臺的信息化服務。聚合應用是運營商和解決方案提供商以行業(yè)用戶、家庭用戶和個人用戶為重點，規(guī)模化推廣和普及基于物聯(lián)網的相關業(yè)務和服務。如集成應用車載傳感網、GPS定位、通信等技術的汽車，可以提供全方位和全天候的檢測、導航、娛樂、呼救等信息服務，再通過公共服務平臺完成信息維護和綜合服務運營。消費者、整車廠、維修商、車輛管理機構均可共享信息和服務，從而進一步完善整車和零部件的設計和工藝流程，實現(xiàn)車輛全生命周期管理。

　　5、物聯(lián)網應用必須堅持以業(yè)務驅動為主，找準工業(yè)領域關鍵環(huán)節(jié)的切入點

　　我國工業(yè)領域行業(yè)眾多，推進物聯(lián)網應用必須堅持以業(yè)務驅動為主，找準工業(yè)領域關鍵環(huán)節(jié)的切入點。

　　當前，可在部分需求迫切、技術成熟、效益明顯、帶動性強的工業(yè)領域，圍繞關鍵環(huán)節(jié)開展物聯(lián)網的應用試點，催生和推進中國智能工業(yè)的發(fā)展。

　　裝備制造業(yè)供應鏈管理借助射頻識別等物聯(lián)網技術實現(xiàn)對裝備產品的數字化物流管理，推動上下游協(xié)作廠商共同應用先進物流管理技術，建設一個相互支持的裝備制造現(xiàn)代物流群，提高整個供應鏈的協(xié)調性，實現(xiàn)現(xiàn)代物流與裝備制造的聯(lián)動發(fā)展。

　　食品安全追溯體系發(fā)揮物聯(lián)網在貨物追蹤、識別、查詢、信息等方面的作用，推進物聯(lián)網技術在農業(yè)養(yǎng)殖、收購、屠宰、加工、運輸、銷售等各個環(huán)節(jié)的應用，實現(xiàn)對食品生產全過程關鍵信息的采集和管理，保障食品安全追溯，實現(xiàn)對問題產品的準確召回。

　　石化設備智能測控將物聯(lián)網技術推廣應用到石油勘探、開采、運輸等環(huán)節(jié)，建立油井生產智能遠程測控系統(tǒng)，實現(xiàn)對石化生產設備的智能測控和管理，促進化工企業(yè)的安全生產和科學管理。

　　煤礦安全生產管理重點應用傳感器、無線射頻識別、移動通信等技術實現(xiàn)水、火、頂板、瓦斯等煤礦重大危險源的識別與監(jiān)測，建設和完善安全監(jiān)測網絡系統(tǒng)，提升煤礦安全生產過程的監(jiān)控和應急響應水平。

　　工業(yè)排污實時監(jiān)控在化工、輕工等部分高污染行業(yè)，支持其智能排污監(jiān)控系統(tǒng)的建立與完善，實現(xiàn)智能排污自動監(jiān)控裝置、水質數據監(jiān)控裝置、水質參數檢測儀等設備的集成應用，對重點排污監(jiān)控企業(yè)實行實時監(jiān)測、自動報警，遠程關閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故的發(fā)生。