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制造業(yè)智能變革之道 — 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

企業(yè)已掀起工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用熱潮

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的核心基礎(chǔ)，它是利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物品等通過(guò)新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)，從而最大限度地提高機(jī)器效率以及整個(gè)工作的吞吐量。隨著智能制造戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)以及企業(yè)轉(zhuǎn)型的逐漸深入，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用價(jià)值愈發(fā)凸顯。企業(yè)已經(jīng)清楚的認(rèn)識(shí)到，要想實(shí)現(xiàn)智能化決策和自動(dòng)化生產(chǎn)離不開(kāi)人機(jī)物的全面互聯(lián)。當(dāng)前，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)熱潮遍布神州大地，已成為政府、制造企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)公司、物聯(lián)網(wǎng)公司、電信運(yùn)營(yíng)商、IT和自動(dòng)化廠商等各方關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)IDC報(bào)告，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)總體支出將同比增長(zhǎng)16.7%，略高于8000億美元。報(bào)告預(yù)計(jì)，到2021年，全球物聯(lián)網(wǎng)支出將達(dá)到1.4萬(wàn)億美元。其中包括企業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)硬件、軟件、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)連接的投資。以不同行業(yè)來(lái)看，制造業(yè)和運(yùn)輸業(yè)仍將是獲得投資最多的行業(yè)，分別為1830億和850億美元。

對(duì)大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)存在了數(shù)十年之久，但其應(yīng)用范圍僅限于運(yùn)營(yíng)活動(dòng)，數(shù)據(jù)的潛能沒(méi)有在企業(yè)中得到充分釋放。隨著連接技術(shù)、大數(shù)據(jù)管理、商務(wù)分析和云技術(shù)的發(fā)展，我們現(xiàn)在能夠?qū)⑦\(yùn)營(yíng)技術(shù)與信息技術(shù)融合在一起，打造更智能的機(jī)器，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)端到端數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)可分為四層，實(shí)體層包括各類(lèi)智能產(chǎn)品及嵌入式軟件和芯片等;傳感層則是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，用于識(shí)別物體，采集信息，包括條碼、二維碼標(biāo)簽和讀卡器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS等;網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，用于信息傳遞和處理，包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心和信息處理中心等;應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會(huì)分工”，即與行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)及需求實(shí)現(xiàn)深度融合，最終實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化。在物聯(lián)網(wǎng)各層之間，信息不是單向傳遞的，也有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，這其中關(guān)鍵是物品的信息，包括在特定應(yīng)用系統(tǒng)范圍內(nèi)能唯一標(biāo)識(shí)物品的識(shí)別碼和物品的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)則包括：

傳感器技術(shù)：信息的泛在化對(duì)工業(yè)的傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。

微型化：元器件的微小型化，節(jié)約資源與能源。

智能化：自校準(zhǔn)、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策、自適應(yīng)和自組織等人工智能技術(shù)。

低功耗與能量獲取技術(shù)：電池供電，用陽(yáng)光、風(fēng)、溫度、振動(dòng)。

通信技術(shù)：具體包括：調(diào)制與編碼技術(shù)、自適應(yīng)跳頻技術(shù)、信道調(diào)度技術(shù)、通信協(xié)議多樣性、多標(biāo)準(zhǔn)有線及無(wú)線技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：

組網(wǎng)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)、互聯(lián)技術(shù)、共存技術(shù)、跨層設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)管理與基礎(chǔ)服務(wù)技術(shù)：低開(kāi)銷(xiāo)高精度的時(shí)間同步技術(shù)、快速節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視與預(yù)警技術(shù)、工業(yè)數(shù)據(jù)的分布式管理技術(shù)。

信息處理技術(shù)：

海量信息處理：工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，構(gòu)建集海量感知信息，獲取、高效融合、特征提取和內(nèi)容理解為一體。

實(shí)時(shí)信息處理：工業(yè)流程監(jiān)視與控制需求。

新型制造模式：多源異構(gòu)感知信息融合。

泛在信息處理服務(wù)與協(xié)同平臺(tái)：設(shè)計(jì)、制造、管理過(guò)程中人-人之間、人-機(jī)之間和機(jī)-機(jī)之間的行為感知、環(huán)境感知、狀態(tài)感知的綜合性感知能力。

安全技術(shù)：具體包括工業(yè)設(shè)備控制、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全，阻止非授權(quán)實(shí)體的識(shí)別、跟蹤和訪問(wèn)，非集中式的認(rèn)證和信任模型，能量高效的加密和數(shù)據(jù)保護(hù)，異構(gòu)設(shè)備間的隱私保護(hù)技術(shù)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的應(yīng)用

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各行業(yè)的生產(chǎn)流程以及制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，促進(jìn)各個(gè)工業(yè)企業(yè)在節(jié)能減排、提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)效益提升等方面的改善。在應(yīng)用上，通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以幫助企業(yè)分析各類(lèi)設(shè)備或產(chǎn)品的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常狀態(tài)的預(yù)警或報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，避免非計(jì)劃停機(jī);還有助于幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品性能、幫助企業(yè)降低能耗、保障安全等。比如在哈雷戴維森的新制造工廠中，每臺(tái)機(jī)器都是互聯(lián)設(shè)備，每個(gè)變量都在不斷接受測(cè)量和分析。這樣，在機(jī)器出現(xiàn)故障之前，設(shè)備就能提供相關(guān)性能數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，從而最大限度地減少工作流中斷的情況。同時(shí)，制造系統(tǒng)在某個(gè)組件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)向車(chē)間經(jīng)理發(fā)送警報(bào)。哈雷戴維森甚至還能測(cè)量建筑內(nèi)的溫度、濕度以及通風(fēng)設(shè)備每分鐘的轉(zhuǎn)速(PRM)，他們會(huì)持續(xù)分析所有這些數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)有助于提高效率和產(chǎn)量的因素。全球最大的空氣壓縮系統(tǒng)供應(yīng)商之一凱撒空壓機(jī)公司通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶壓縮空氣站中的各項(xiàng)參數(shù)，比如功耗、運(yùn)營(yíng)可用性與安全性以及壓縮空氣質(zhì)量，并將它們與最小容許值和最大容許值進(jìn)行比較。服務(wù)工程師無(wú)需拜訪客戶所在地，只需通過(guò)門(mén)戶就能分析上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步有針對(duì)性的制定維護(hù)策略，從而確保壓縮機(jī)持續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，確保了客戶能夠?qū)崿F(xiàn)可靠、高效的運(yùn)營(yíng)。公司也實(shí)現(xiàn)了從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變。

此外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還可應(yīng)用于優(yōu)化物流，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛的數(shù)據(jù)采集，可以掌握車(chē)輛運(yùn)行的位置，以及運(yùn)輸貨品的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)制造商、第三方物流和貨主的信息交互，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸資源的充分應(yīng)用。還可以用于對(duì)污染物的監(jiān)控、對(duì)無(wú)人值守的設(shè)備、對(duì)石油管道的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷等。在消費(fèi)品行業(yè)，也有很多基于物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，例如智能家居。通過(guò)對(duì)各種設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備租賃和服務(wù)電商。