工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用研究分析

上海眾達(dá)信息產(chǎn)業(yè)有限公司 姚鐘麟

伴隨著信息技術(shù)的不斷升級和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)行業(yè)的交叉互聯(lián)，能搭建更加合理且完整的工業(yè)現(xiàn)代化支撐結(jié)構(gòu)，提升信息交互和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范性水平，共同組成良好的工業(yè)運(yùn)營空間，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙贏。

一、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

（一）基本架構(gòu)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系在實(shí)際應(yīng)用中，基于M2M的架構(gòu)模式應(yīng)用最為廣泛，主要組成層級分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，涉及智能物流、智能工業(yè)自動化控制，甚至在國防軍事中也有所涉獵。

（二）技術(shù)要點(diǎn)

1.傳感器技術(shù)

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系中，傳感器技術(shù)是最為關(guān)鍵且基礎(chǔ)的技術(shù)模型之一，借助傳感器打造更加智能且高效地交互模式，維持信息和數(shù)據(jù)的兼容性，并且智能信息采集工作也在不斷升級，能為工業(yè)物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方案的全面進(jìn)步提供保障。

2.設(shè)備兼容技術(shù)

一般而言，企業(yè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系都是基于原有的工業(yè)系統(tǒng)建立兼容性更強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)控制模式，在這個(gè)過程中，兼容性的優(yōu)劣就是評估物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效果的主要指標(biāo)。在我國，較為常見的兼容模式就是協(xié)議和OPC協(xié)議等，能在應(yīng)用過程中兼顧傳感器的兼容性，并且打造完整的控制模式，對應(yīng)廠商也針對協(xié)議對控制器和傳感器予以研發(fā)處理[1]。

3.智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案主要分為有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模式是借助無線傳感器完成的數(shù)據(jù)傳輸和組網(wǎng)管理，從而保證功能擴(kuò)展效果切實(shí)有效，打造更加完整的信息交互處理機(jī)制。而對應(yīng)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無論是技術(shù)方案還是應(yīng)用狀態(tài)都較為成熟，實(shí)現(xiàn)了不同運(yùn)用場景的驗(yàn)證分析。

4.信息處理技術(shù)

在工業(yè)信息全面增多的背景下，要對工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)予以合理歸類管理。針對大數(shù)據(jù)的處理方式較多，利用用戶行為建模分析以及環(huán)境數(shù)據(jù)對比分析都是較為有效的處理機(jī)制，能打造更加和諧的人機(jī)互動、人人互動、機(jī)機(jī)互動體系，著重反映出工業(yè)生產(chǎn)過程中的細(xì)節(jié)變化情況，確保工業(yè)策略和指導(dǎo)工作等順利落實(shí)。

二、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體應(yīng)用

基于信息化數(shù)據(jù)應(yīng)用模式，匹配信息化專家、自動化智能設(shè)備后，共同打造更加和諧的智能工業(yè)化升級方案，確保工業(yè)企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和實(shí)際管理相匹配。

（一）打造安全工業(yè)環(huán)境

為了順應(yīng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用要求，要匹配對應(yīng)的元件和物聯(lián)網(wǎng)控制模塊，保證相關(guān)工作都能順利落實(shí)，提升聯(lián)結(jié)裝置的應(yīng)用效率。在企業(yè)工廠內(nèi)安裝危險(xiǎn)源感知測試裝置，建立工業(yè)現(xiàn)場分布式信息系統(tǒng)，從而保證信息收集和統(tǒng)一匯總的規(guī)范性[2]。并且，借助系統(tǒng)就能實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的可燃性氣體、粉塵濃度等參數(shù)，以保證綜合分析管控的規(guī)范性。例如，若是現(xiàn)場出現(xiàn)危險(xiǎn)，借助聲光控制元件、PC以及移動終端，就能及時(shí)完成信息匯總分析，從而在一定程度上減少現(xiàn)場事故的危害。

另外，在建立分布式監(jiān)測點(diǎn)預(yù)警機(jī)制的過程中，能對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境予以實(shí)時(shí)監(jiān)督和管理，若是預(yù)測工業(yè)現(xiàn)場區(qū)域可能會出現(xiàn)危險(xiǎn)或者是安全隱患，就會借助聲光短信及時(shí)通知相關(guān)搶修人員，保證智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并行環(huán)境中能有效利用自動控制模塊，對現(xiàn)場的氣源和通風(fēng)設(shè)備予以智能化啟停[3]。

（二）落實(shí)預(yù)測性維護(hù)

為了保證設(shè)備管理工作的基本水平，減少故障問題對其綜合應(yīng)用產(chǎn)生的影響，要打造更加合理且可靠性、穩(wěn)定性高的預(yù)測性維護(hù)項(xiàng)目管理模塊，以保證相關(guān)工作都能順利開展。圖1為某石化企業(yè)塑料事業(yè)部設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)圖，通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，為技術(shù)人員在線診斷提供及時(shí)可靠的信息，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)防性維護(hù)及數(shù)據(jù)深度分析奠定基礎(chǔ)。健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基于現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)通過OPC協(xié)議傳送的現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分析及預(yù)警，為設(shè)備技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)支持及分析，從而提高整個(gè)塑料部設(shè)備可用率及可靠性。該系統(tǒng)包括裝置和工業(yè)平臺構(gòu)建的相關(guān)信息，保證設(shè)備的健康管理預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的合理性。利用旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷和往復(fù)式機(jī)械故障診斷、模擬狀態(tài)分析診斷、振動與噪聲分析診斷等模塊，就能更好地提升設(shè)備管理效率，減少設(shè)備故障問題對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生的影響。

圖1 基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備管理平臺

（1）邊緣計(jì)算模塊。主要是提取故障特征值，并且配合機(jī)械物理信號預(yù)處理實(shí)現(xiàn)綜合管理，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)域分析和設(shè)備數(shù)據(jù)小波分析，保證計(jì)算結(jié)果能為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)性應(yīng)用管理提供保障[4]。

（2）信號采集和信息數(shù)據(jù)處理模塊主要是應(yīng)用對應(yīng)的元件完成信息的集中管理。

（3）傳感器匹配模塊可適配不可廠家的振動、溫度、壓力等傳感器，從而減少投資，保障系統(tǒng)的兼容性。

（4）專家?guī)旌凸收献R別模塊要結(jié)合狀態(tài)識別和專家系統(tǒng)建立故障問題的集中分析，并且有效維持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性，打造更加完整的信息管控平臺。與此同時(shí)，配合機(jī)械設(shè)備自回歸模型實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)督。

（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是建立工業(yè)通訊單元、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管單元以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布管理單元。

（6）云服務(wù)模塊使用云存儲技術(shù)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的預(yù)測維護(hù)分析以及設(shè)備的健康管理。

（三）“軟件+機(jī)器”工業(yè)模式

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中，能真正意義上實(shí)現(xiàn)柔性制造線的管理，借助對應(yīng)的關(guān)鍵系統(tǒng)就能替代超過60%的人力作業(yè)，配合加工中心、自動化物流技術(shù)以及信息控制軟件技術(shù)等維持綜合管理的效果。

與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人+視覺”處理系統(tǒng)，也能為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案中建立物流自動化產(chǎn)品管理機(jī)制提供保障。

（四）數(shù)據(jù)可視化模式

對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展工作而言，建立完整的數(shù)據(jù)分析和信息交互平臺，能為工業(yè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層作出更加合理高效地決策提供保障，打造精準(zhǔn)管理模式，配合實(shí)時(shí)性O(shè)EE以及MES等單元，打造完整的可視化控制平臺，優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果。

第一，生產(chǎn)管理。主要是對設(shè)備在線進(jìn)度以及對應(yīng)的派工、排程等環(huán)節(jié)予以分析，建構(gòu)完整的資源管理機(jī)制，維持綜合管控效果。并且能建立上下線回報(bào)單元和過程數(shù)量匯總單元，及時(shí)管理進(jìn)度[5]。

第二，系統(tǒng)資源管理。要匹配資源應(yīng)用率的分析和管控工序，及時(shí)進(jìn)行設(shè)備預(yù)測維護(hù)和系統(tǒng)資源實(shí)時(shí)性監(jiān)督等。

第三，建構(gòu)生產(chǎn)數(shù)據(jù)云端整合分析模式，確保智慧預(yù)測的規(guī)范性。例如，廠務(wù)能源管理、設(shè)備自動化、設(shè)備監(jiān)視診斷和效益優(yōu)化、MES整合、機(jī)臺監(jiān)診和預(yù)防保養(yǎng)等，共同實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用管理結(jié)構(gòu)。

第四，建立智慧工廠模式。（1）實(shí)現(xiàn)端對端集成處理，配合產(chǎn)品全生命周期，維持獨(dú)立產(chǎn)業(yè)鏈，一般呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)存在一定的難度。（2）實(shí)現(xiàn)橫向集成處理，從企業(yè)所在的產(chǎn)業(yè)鏈入手，確保能更好地維系企業(yè)——供應(yīng)商——經(jīng)銷商——客戶的產(chǎn)業(yè)鏈條，維持?jǐn)?shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用效果。（3）實(shí)現(xiàn)縱向集成，從企業(yè)邊界入手，打造更加合理的智能化處理模式，維持?jǐn)?shù)字化企業(yè)和智能化工業(yè)發(fā)展的平衡[6]。

三、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式也將實(shí)現(xiàn)多元發(fā)展目標(biāo)，建構(gòu)更加合理且高效地應(yīng)用體系，從而提升經(jīng)濟(jì)效益。

（一）生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面應(yīng)用在工業(yè)體系中，不僅能對常規(guī)化運(yùn)營予以管理，還能將其應(yīng)用在生產(chǎn)過程中，匹配數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程監(jiān)測模塊，維持更加合理的資源應(yīng)用結(jié)構(gòu)。提升人力資源利用率的同時(shí)，還能減少生產(chǎn)過程中資源的浪費(fèi)，為成本優(yōu)化提供保障。生產(chǎn)過程中，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行全方位監(jiān)督管理，可保證生產(chǎn)過程更加優(yōu)化。

（二）制造業(yè)供應(yīng)鏈智能化管理

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中融合大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能更好地掌握相關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)信息，配合物聯(lián)網(wǎng)信息管理模式，有效制定預(yù)測分析方案，預(yù)測商品價(jià)格的市場走向以及市場供應(yīng)要求，保證客戶滿意度得以提升。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，能為制造業(yè)供應(yīng)鏈體系的全面發(fā)展提供支持。

（三）環(huán)保監(jiān)測

工業(yè)發(fā)展和環(huán)保管理工作一直受到廣泛關(guān)注，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能建構(gòu)完整的產(chǎn)業(yè)鏈管理結(jié)構(gòu)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和環(huán)保設(shè)備予以實(shí)時(shí)互聯(lián)，就能對企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的有害物質(zhì)以及排放量等予以實(shí)時(shí)性監(jiān)測分析，減少環(huán)境污染問題造成的負(fù)面影響。

四、結(jié)束語

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面推廣和應(yīng)用具有非常重要的時(shí)代意義和價(jià)值，要著重發(fā)揮各個(gè)模塊的應(yīng)用優(yōu)勢，共同引領(lǐng)工業(yè)向智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展，在科研技術(shù)和管理水平全面進(jìn)步的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、社會效益的共贏。