工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及要解決問題淺析

1 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)是感知技術(shù)。當(dāng)前，國際上對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究主要有三個標(biāo)準(zhǔn)，即Wireless Hart、ISA100.11a 以及WIA-PA 標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究也十分活躍，中科院沈陽自動化研究所牽頭制定了WIA-PA 標(biāo)準(zhǔn)，使得我國在工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域里占據(jù)了一席地位，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)，北京科技大學(xué)等都在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域中做出了大量的研究成果。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN) 在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中起到了樞紐的作用。工業(yè)環(huán)境的特殊性，致使傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必須考慮大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應(yīng)，以及馬達(dá)、器械等運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，如何保證傳輸?shù)目煽啃允莻鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重點。

　　中科院沈陽自動化研究所牽頭指定的WIA-PA 標(biāo)準(zhǔn)，提出了一種自組織、自治愈的MESH 路由機(jī)制。所謂MESH 路由機(jī)制，就是指通過自組織的方式將Sensor 節(jié)點與Sink 節(jié)點相連接，該路由機(jī)制保證了鏈路在失效的情況下自動啟用備用鏈路，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院蛷?qiáng)穩(wěn)定性，它兼容了IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了短程的可靠通信。當(dāng)前，WIA-PA已應(yīng)用在石油開采、污水處理、冶金生產(chǎn)等行業(yè)。

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)過程參數(shù)對于最終產(chǎn)品的形成起非常重要的作用，某一個環(huán)節(jié)的參數(shù)變動可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品性能的改變，尤其在鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)過程中，整個工藝流程需要采集大量的參數(shù)數(shù)據(jù)，如何保證過程參數(shù)的準(zhǔn)確性是傳感器網(wǎng)絡(luò)在冶金工業(yè)應(yīng)用中最需要考慮的。是在工業(yè)生產(chǎn)過程中一個實時監(jiān)測系統(tǒng)某時刻的檢測結(jié)果，在顯示某時刻所獲得參數(shù)超過了閾值時，系統(tǒng)將根據(jù)生產(chǎn)過程中的需求來選擇傳感器重傳或者放棄該數(shù)據(jù)等不同操作。

　　工業(yè)環(huán)境的特殊性要求感知設(shè)備在其性能、體積、材質(zhì)等方面達(dá)到一定的指標(biāo)，當(dāng)前國內(nèi)外生產(chǎn)RFID 以及各類傳感器的廠商成千上萬。成熟的MEMS、SOC 以及新材料等技術(shù)使得傳感器滿足了多數(shù)行業(yè)的需求，而當(dāng)前工業(yè)所面臨的主要是成本控制以及性能高端傳感器的大量需求。RFID 作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的主角，其低廉的價格以及使用的便捷性得到了企業(yè)的廣泛應(yīng)用，當(dāng)前多數(shù)企業(yè)在庫存管理方面采用了RFID，管理員定期定時掃描庫存設(shè)備，摒棄了以前逐個檢查的方式，從而大大提高了工作效率。

　　設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)的基石，如何保證設(shè)備正常運行以及及時維修是企業(yè)保證生產(chǎn)正常運行的關(guān)鍵。例如，太原鋼鐵有限公司采用上海某公司研發(fā)的點檢系統(tǒng)，在各個需要點檢的設(shè)備部位安裝RFID，并且將該設(shè)備信息錄入到點檢系統(tǒng)中，點檢員定期通過手持PDA 設(shè)備獲取設(shè)備某部位的溫度、側(cè)移等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而為生產(chǎn)設(shè)備正常運行提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。當(dāng)前在冶金、石油、煤礦等高污染行業(yè)中均引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為環(huán)保監(jiān)測手段，以保證企業(yè)的和諧綠色發(fā)展。

　　環(huán)保作為21 世紀(jì)最受關(guān)注的民生產(chǎn)業(yè)之一，環(huán)保監(jiān)測和能源管理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理的各個環(huán)節(jié)指標(biāo)實現(xiàn)實時監(jiān)控。通常在各個重點排污企業(yè)的污染源口安裝無線傳感設(shè)備，實現(xiàn)了實時監(jiān)測排污數(shù)據(jù)，并且通過遠(yuǎn)程控制的方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程開啟、關(guān)閉排污口等功能，從而防止突發(fā)性的環(huán)境污染事件。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求大量的傳感設(shè)備，抗腐蝕性、高強(qiáng)度、耐高溫等特性的專用傳感器的發(fā)展將成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個推進(jìn)器。

　　兩化融合是世界工業(yè)化發(fā)展的一個趨勢，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給工業(yè)化帶動信息化、信息化促進(jìn)工業(yè)化提供了一個新的突破口。當(dāng)前，先進(jìn)制造企業(yè)基本上實行了信息化管理，如多數(shù)企業(yè)采用的基于ERP 的現(xiàn)代企業(yè)管理制度，基本上實現(xiàn)了信息共享、實時獲取生產(chǎn)經(jīng)營情況等功能。

　　ERP 作為當(dāng)前企業(yè)應(yīng)用最為成熟的現(xiàn)代化企業(yè)管理解決方案，及時、高效地獲取生產(chǎn)經(jīng)營情況是企業(yè)管理決策人員所希望的，而現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展、電子商務(wù)平臺的運用以及SCM 和CRM 等成熟解決方案的應(yīng)用，使得制造業(yè)從傳統(tǒng)的制造方式到真正實現(xiàn)了智造。

　　物聯(lián)網(wǎng)的提出給兩化融合的進(jìn)一步解決提供了一個新的突破口，新型制造業(yè)的發(fā)展是基于自動化技術(shù)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)自動化技術(shù)中被動的信息收集方式，實現(xiàn)了自動、準(zhǔn)確、及時地收集生產(chǎn)過程的生產(chǎn)參數(shù)。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(Machine to Machine) 的通信模式，實現(xiàn)了機(jī)器與機(jī)器間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過Things to Things 的通信方式實現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接，從而使得企業(yè)與客戶、市場的聯(lián)系更為緊密，企業(yè)可以感知到市場的瞬息萬變。例如在鋼鐵行業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)的存在，使得管理決策人員能夠?qū)崟r地掌握價格的漲幅變化以及原材料的變化，從而對生產(chǎn)做出準(zhǔn)確、合理的調(diào)節(jié);基于ERP 的管理理念使得管理理念得到了改變，從而提高了管理效率。

　　2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要解決的問題

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個跨學(xué)科的工程，它涉及自動化、通信、計算機(jī)以及管理科學(xué)等領(lǐng)域。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用還面臨著眾多的問題。

　　2.1 設(shè)備兼容問題

　　如何解決物聯(lián)網(wǎng)中所用的傳感器能夠與原有設(shè)備已應(yīng)用的傳感器相兼容是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)推廣所面臨的問題之一。設(shè)備兼容關(guān)鍵是標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，當(dāng)前工業(yè)無線的三大標(biāo)準(zhǔn)HART、ISA以及WIA-PA 均兼容了IEEE802.15.4 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，但是相互之間的兼容性還存在一定問題。

　　2.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　價格低廉、性能良好的傳感器是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基石，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求更準(zhǔn)確的、更智能的、更高.