工业物联网涉及哪些技术?

工业物联网涉及哪些技术?,第1张

工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节,可大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业的新阶段。物联网在工业领域的主要应用环保监测及能源管理、工业安全生产管理、制造业供应链管理、生产过程工艺优化、中国计算机报制图等等方面。物联网在工业应用领域的应用,构成了“工业物联网”,它是广域的物联网的具体化的实例,也是最容易被世人接受的物联网。工业物联网的核心理念是交叉学科的组合,涉及到信息安全、网络通信、自动化,是跨学科的,其特征为:嵌入式、互通和实时性、经济性和便利性。
工业用传感网络层:即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”或环境状态的识别以及感知信号的摄入;
传输网络层:即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网(1Pv6),实现数据的传输和计算,尤其是现在流行的概念:云计算:
应用网络层:即输入输出控制终端,包括电脑、手机等终端等等。
从整体上来看,物联网还处于起步阶段,而工业物联网的真正达到实用化、大规模应用,必须解决如下关键技术问题:
工业用传感器:工业用传感器是一种检测装置,能够测量或感知特定物体的状态和变化,并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。可以说,没有众多质优价廉的工业传感器,就没有现代化工业生产体系,更谈不上工业物联网。
工业无线网络技术:工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络,综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术,是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术,也是未来几年工业自动化产品新的增长点,已经引起许多国家学术界和工业界的高度莺视。
工业过程建模:没有模型就不可能实施先进有效的控制,传统的集中式、封闭式的仿真系统结构已不能满足现代工业发展的需要。工业过程建模是系统设计、分析、仿真和先进控制必不可少的基础。

市场研究机构IDC日前发布了中国制造业物联网市场预测报告,预计到2020年,中国制造业企业物联网支出将高达1275亿美元,未来五年年均复合增长率将为147%。其中软件和服务将会引领中国制造业物联网支出快速增长,二者所占市场份额将超过60%。而Gartner公司研究预测,全球目前已有约50亿个能够连接无线网络的各类产品和设备,这还不包括手机和电脑。到2020年,这个数字预计将高达210亿。这些互联产品所产生的海量数据将催生未来工业企业的新模式:生产服务。一直以来,传统工业关注如何制造产品,产品的销售在某种意义上意味着“结束”,而在未来,产品售出以后则是真正的“开始”——生产商基于产品被终端用户使用时所产生的数据了解其使用情况,提供后续运营与维护,并基于用户信息开发出其他服务。
物联网已经成为国家战略新兴产业,并写入“十三五”规划当中。而“中国制造2025”更是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。在中国政府政策与资金的支持下,推动智能制造发展、提升网络化协同制造水平、加快制造业向服务转型将成为制造业发展的主要方向,将会在未来3至5年推动制造业物联网支出保持较高增长。
中国物联网在制造业的发展虽然仍处于初期阶段,但是其应用的深度与广度在不断加强,新的应用场景不断涌现。随着新兴技术(如云计算、大数据和移动技术)与物联网的融合以及IT(信息技术)与OT(运营技术)集成,物联网技术的潜能将加速释放。IDC预计,未来两年,中国制造业物联网发展将呈现以下三大趋势。
——物联网平台竞争将日趋激烈。随着越来越多的企业部署物联网应用,IDC认为,制造业物联网平台将是代表智能制造变革与重塑的主要方向之一。未来的平台,既可以来自硬件领域,也可以来自软件领域。在硬件管理领域,主要是生产设备的连接管理;软件领域主要包含企业应用管理平台、企业信息显示与报告平台,以及企业数据分析与洞察平台。
——物联网应用将加速制造业创新。制造业物联网应用将引领制造业企业进入创新和变革的新时代。物联网应用的低成本感知、高效的数据收集、实时的数据记录、分布式计算和高级数据分析等优势,必将加速信息技术和制造业深度融合,创新企业的研发、生产、运营、营销和管理方式。此外,机械学习技术不断取得突破,也将促进制造业数据分析变得更加迅速和精确。
——边缘计算将成为下一个热点。随着物联网终端的大量部署,物联网产生数据将呈现几何式的增长,因此通过分散的终端设备和物联网网关进行数据过滤和处理,将是制造业物联网应用的重要发展方向。同时,数据将逐渐成为企业的重要资产,边缘的智能化,将在网络或者数据中心出现异常时,保证数据的安全,帮助企业规避风险。
IDC制造业高级研究经理王岳表示:“中国制造企业已纷纷开始部署物联网战略,旨在提高企业生产运营效率,并加速由生产向服务转型。随着智能制造的推进,信息技术与运营技术的快速融合,以及 数字化双胞胎 概念的普及,物联网技术将在制造业获得更大的发展空间。同时,物联网与云计算、移动技术、大数据等新兴数字技术的结合,将进一步释放物联网的潜能,为打造物联网生态闭环奠定了坚实的技术基础。相信未来,随着生态的逐渐成熟,基于物联网平台的行业与细分行业应用将迎来快速增长。”
物联网在工业领域的应用不仅使数据流、硬件、软件实现智能交互,更将从本质上颠覆传统工业模式,形成新的工业业态,而“软硬结合”将是未来工业企业在这一轮技术革命新浪潮中脱颖而出的核心竞争力。全方位整合的安全工业物联网解决方案能够为工业企业提供一站式服务,不仅能够实现设备与资产的智能互联、数据管理和现场控制,还可以实现大数据分析和智能协同,大幅提升生产力。这正是得益于物联网和大数据平台的构建。霍尼韦尔过程控制部的陈延表示:“传统制造业的工艺越来越精密化,工业设施和 *** 作过程也日益复杂,物联网在工业领域的应用未来不仅要着眼帮助提高生产效率,同时也要关注过程的安全性、可靠性。此外,物联网还将给工厂管理人员和工人带来全新的工作体验,蓝领和白领之间的界限未来将日渐模糊。”
此外,物联网和大数据平台的出现让工人也日益融入互联平台。例如,在未来的互联工厂里,作业人员的便携式设备可以实时地与指挥中心进行信息和数据交互,实时快捷地参与整个厂区的监测和 *** 控。万物互联时代,物联网对传统工业形成新的挑战,也带来新的机遇。对中国制造企业来说,软硬件相结合、效率和安全并重将成为未来工业企业的核心竞争力。
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10月27日,从无锡机场到湖滨饭店的轿车频繁穿梭,湖滨饭店及周围的宾馆入住率暴增,全国各地都来赶一场物联网的大集。28日,由工业和信息化部、国家发改委、科技部、中科院和江苏省人民政府共同举办的“2010中国国际物联网(传感网)大会”在无锡盛大开幕,同时举行的还有博览会和技术及商业应用高峰论坛,为期三天。八位部长级官员、三位院士、四十多位司局长和五十多位跨国公司高层及大型央企高层出席此次会议,是近年来中国物联网产业规模最大、层次最高、影响力最深远的行业盛会。这不仅是一次对物联网产业的检阅,也是一次集体思考,为下一步发展理清思路。

用战略性眼光
务实布局

“物联网的‘泡泡糖’(PPT)时代已经过去,现在要演示的是真q实d。”张伟(某物联网公司CEO,化名)想起一年前跟用户交流时如是感叹,以前多数公司都是停留在方案构思和宣讲阶段,只能靠PPT(幻灯片)来展示物联网,而现在,用户不再满足于PPT了,要看实际案例。如果说,去年来到无锡,每次参观者接触到的示范项目都是“太湖鱼”,那么今年的无锡,则呈现出更多物联网的应用。
本届博览会就是一次大秀场。以传感器、RFID、网络设备、嵌入式终端制造等为代表的物联网制造业,以通信网络为代表的物联网基础设施服务业,和以软件集成、应用开发等为代表的物联网服务业等产业链条上的各个环节都参与了此次博览会。
无锡,整个城市都散发着浓郁的物联网氛围,从2009年8月以来,物联网概念的公司比肩接踵地成立,分布在无锡新区、滨湖区等地。新区设立了10亿元产业培育专项基金,主要用于重点支柱产业促进和新兴产业培育,尤其是包括物联网在内的战略性产业,核心企业入驻园区,新区都给予3年贷贴息或一定比例的注册资本金配套;滨湖区位于长江三角洲腹地,也在集聚各类资源,已累计引进物联网及相关企业200家以上,其中注册资本1000万元以上的企业35家。
无锡市市长毛小平介绍说,2009年8月7日温总理在视察无锡时提到建立感知中国中心,同年10月13日国务院批准同意建设无锡传感网实验区,无锡迅速开始创建物联网、传感网的示范区,技术研发事业培育、人才引进等配套技术相继出台。到今天,有156个物联网项目已经签约,即将开工建设。
去年11月12日,江苏省人民政府、中国科学院、无锡市人民政府签署了共建中国物联网研究发展中心协议,先期以江苏物联网研究发展中心和中国科学院物联网发展中心为运作载体,总部设在无锡。发展中心第一任主任为叶甜春。据叶甜春介绍,发展中心采用了市场化的运作方式,吸纳社会资本,与工业界紧密合作,推进科技成果产业化。发展中心目前设立了综合协调部、战略规划部、应用总体部和技术服务部四个部门。
叶甜春认为,物联网与现有传感网和信息化技术的差异是:更大规模的节点覆盖、更综合的系统集成和更智能的信息处理。“物联网作为‘战略性新兴产业’,更需要‘战略性眼光’,物联网的培育和发展不可能一蹴而就,而是需要一个相当长的过程,这其中核心技术的培育和掌握是关键中的关键。”叶甜春发自肺腑地说,如果没有重点地一哄而上、遍地开花,可以推进信息化,但做不成物联网,或者成为又一个缺乏核心竞争力的“打工产业”。
中国科学院在知识创新工程中,对传感网/物联网领域进行了战略性的前瞻布局,已开展了近10年工作。包括传感器与芯片、信息网络与传输技术、信息处理与存储、软件等,传感器与芯片方面包括声学、振动、压力、温度、湿度、生物、化学等传感器。

借力运营商

物联网与互联网经常被相提并论,虽然两者的本质、内涵及应用模式都有差别,但发展路线却是可以作一定借鉴的。启明创投董事总经理邝子平认为,互联网发展初期,要感谢运营商,因为他们在互联网还没有明确形态时,就大力投入组建了骨干网,进行了一系列改造和完善,促进了互联网的快速发展。如今,物联网来了,运营商又开始摩拳擦掌。
中国电信所关注的领域包括节能减排、民生工程、防灾减灾等。中国电信副总工程师靳东滨透露,中国电信已经在着手建立物联网的企业标准。“因为国家物联网标准组有一些标准并没有出来,在这种情况下,中国电信建立了企业标准。目前,中国电信已经出台了七个关于M2M的标准,包括终端、平台设备和服务协议等。”
中国移动通信研究院副院长杨志强认为,TD-SCDMA的独特优势为物联网的规模发展提供了网络平台,TD的优势是:国家自主知识产权标准保障了通信的安全可靠;频谱效率更高、客户为每比特数据传输支付费用低;根据网络需求,可自行配置上下行资源,特别适合监控等非对称性数据传输业务。杨志强指出,物联网与TD结合有利于我国两大基础创新技术发挥协调作用。“TD与物联网都属于产业链形态的集群性创新模式,由于这种集群性和链条性,使得这两大基础创新在芯片、终端、测试、系统及应用等各个环节具有高度的重合和协同性,将会充分发挥基础协调作用。”杨志强介绍说。
据悉,中国移动M2M业务已经超过了500万终端,2009年,M2M业务收入超过7个亿,2010年,M2M终端用户超过500万,年增长率66%。M2M产业从分布上来看,电力行业占终端总数的35%多,主要应用为电力远程抄表、电力输配变设备监控;交通行业占终端总数的30%,主要应用为车辆定位管理。
中国移动在无锡物联网研究院建设完善了研发试验环境,拥有总面积达1050平米的基础实验室和支持2G和3G的应用开发测试系统;并建立了中国移动物联网体系架构。其目标是把每一个人、每一辆车、每一个家庭、每一个城市接入物联网。
事实上,物联网产业应该借力于运营商及大企业的投入,给物联网一个初始推动,逐步渗透入行业。

从集中走向分布

运营商所擅长的基础设施是一个方面,物联网最后落地,必然是在行业应用中。物联网应用的一个最普遍特点是从集中走向分布,突出表现在智能安防和制造业等领域。
本土著名安防企业博康集团总裁李璞认为,物联网可实现分布式的智能,分布于全系统内的智能化使人与物、物与物得以通信对话,从而自动获取物的动态特征、关联特征,实现所有物征动态信息互通共享。物联网为智能安防带来了一套完整可参照的“技术体系框架”,改变了现在安防领域局部智能、局部互通的限制。经过海量数据存储、处理及多传输通信技术,实现事前的分析预警、事发的实时报警和事后的侦查取证。
西门子中国研究院院长徐亚丁也认为物联网技术为自动化领域带来了更好的分布式解决方案。“制造业面临的大趋势是个性化定制需求、全球化的采购和生产。发达国家的现状是机器密集型,发展中国家的现状是劳动力密集型,两者都向大机器分布式模块化制造转变。”徐亚丁介绍说,采用物联网技术可以使生产自动化从集中走向分布,能够自动调整工序、灵活增减工序。物联网架构使模块可重用性得以提高,可进行重新配置组合以适应生产需要,减少资源浪费,还可以调整就业人口,使受良好教育的劳动力从事高附加值的模块设计维护。“分布式模块化生产系统的关键技术就是物联网,物联网技术使每个模块智能化,能够承担灵活多样的生产任务;使模块内部集成,实现机电/人机一体化。”可见,要深化物联网的应用,必须吃透其技术特性和优势,才能找准应用切入点。

资本市场冷静观望

在中国国际物联网(传感网)大会的投融资高峰论坛上,来自德同资本、红杉资本、启明创投、美国风投协会等风险投资领域的专家,围绕“风险资本如何孵化伟大企业”这一焦点话题畅所欲言。面对火热的物联网概念,资本市场的态度显得很冷静。
邝子平认为,物联网重点在B2B的市场,物联网早期的发展,更多仍然还是给集团客户解决其所需要解决的一些问题,而不是给最终用户提供一个娱乐或者个性化的平台。“不同于互联网,互联网更多关注B2C市场,物联网的商业模式跟互联网将非常不一样,进入的门槛不一样,它的销售周期也会不一样。”邝子平分析说,B2B业务在中国所面临的不确定性非常大,例如为行业用户或政府部门服务的物联网企业,要有能力协调好各方的关系。旷子平认为第一批成功的物联网企业很可能是做系统集成的,即整合各方的物联网资源,提供综合物联网解决方案,而并非纯技术型企业。
中国科学院院士何积丰在谈到物联网时也提醒产业界,物联网刚刚起步,对其期望值不要太高,实际上产业界对物联网领域,从技术和体制上都还没完全做好准备。
何积丰建议,物联网产业在上项目的时候要考虑“先民生后重大基础设施”,在“十二五”规划中一个重要的元素是关注民生,他建议在无锡先做一些跟民生相关的项目,如教育、医疗试点等。
除了要撬动资本市场外,国家在整个物联网产业的发展中也起着重要的作用,包括早期的示范及推动、行业标准及法则法规的确定,特别是在营造良性竞争环境、降低产品成本方面,从国家层面的协调与布局将起到很大的作用。

今年8月,中国传感网国际创新园在太湖国际科技园内建成启用,中国物联网研究发展中心等多个研发中心成为首批入驻单位。
“2010中国国际物联网(传感网)博览会”掠影
2010中国国际物联网(传感网)博览会以“感知科技、感知未来”为主题,围绕信息的感知、传输、处理、应用四大核心领域,集中展示物联网产业链各个关键环节的国内外新技术、新产品、新装备、新工艺和新的解决方案,突出展示物联网在工业、农业、电力、交通、物流、环保、水利、安保、家居、教育、医疗、园区等12个领域应用所带来的高品质生活、高效率管理和高科技网络。博览会展示总面积15000平方米,参展及出席单位包括中国移动、中国联通、中国电信、IBM、微软、华为、航天信息、清华同方、大唐电信、CETC、东软集团、国网信通、美新半导体、长电科技、华润微电子等众多业内知名企业,共200多家来自世界各地的物联网产业链企业参加了展览。参展企业涵盖了产业链上游的芯片和传感器制造商,中游的应用设备提供商、软件与系统集成商、软件与应用开发商,以及下游的海量数据处理和信息管理服务提供商。

物联网疫苗冷链运输车。要使民众用上放心安全的疫苗,疫苗冷链运输环节至关重要。近期,宁波凯福莱特种汽车有限公司正式推出了历时三年研发的我国首款物联网疫苗冷链运输车。在疫苗运输前能预先了解冷藏车状态,对运输的整个过程实时监控、记录,避免车辆内冷冻机组、箱体密封问题引起的故障。该特种车实现了疫苗运输工具的智能化、感知化、网络化,使传统的冷藏车变成了具有物联网功能的专业网络信息终端。

平安城市。联通结合WCDMA网络和视频终端采集系统,利用现代信息通信技术,提供公共场所以及重要场所的视频监控、移动执法等多种综合管理信息服务,系统前端数据通过视频监控系统采集并传输到市、区监督指挥调度中心,实时监控并对紧急事件做出快速响应和应对,防范和处理危害城市公共安全的行为。

食品溯源。消费者只要用手机拍摄食品包装标签上的二维码,就可查询到相关食品的原材料和生产程序等,这种产品可溯源功能大大方便了消费者,为消费者放心消费提供了保障。

感知健康。无锡矽丰展示的基于物联网和云服务技术的感知健康体验中心及健康管理服务平台,用以达到提高人们健康水平的目的。

瑞孚特感知停车。车辆电子标签技术为保安、停车及进出管理提供独立、不间断的系统设备,可以实现对商业区及社区的方便管理,确保只有经过许可的车辆进入。系统还可以提供车辆定期出入及停车费用管理数据。掌握车辆动态情况,分析车辆运行规律,采取有效防范措施,实现车辆调度派遣无纸化、进出场区识别自动化。

物联网比特实验室。无锡爱睿芯电子有限公司把目光放在了物联网教育市场。实验室主要面向青少年开展物联网方面的宣传、培训和体验等活动。通过数字化的实验、积木化的游戏、个性化的作业和整合化的展示等方式,使学生在互动式、体验式的快乐氛围中,找到适合自己特点的发展方向,更快地接受最新的科技知识,锻炼自主学习的能力。

物联网起源于传媒领域,是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。 

在物联网应用中有三项关键,分别是感知层、网络传输层和应用层。

相关介绍

1、物联网即万物相连的互联网,是互联网基础上的延伸和扩展的网络,将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,实现在任何时间、任何地点,人、机、物的互联互通。

2、在物联网上,每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结,在物联网上都可以查出它们的具体位置。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制,也可以对家庭设备、汽车进行遥控,以及搜索位置、防止物品被盗等,类似自动化 *** 控系统。

同时透过收集这些小事的数据,最后可以聚集成大数据,包含重新设计道路以减少车祸、都市更新、灾害预测与犯罪防治、流行病控制等等社会的重大改变,实现物和物相联。

3、物联网将现实世界数字化,应用范围十分广泛。物联网拉近分散的信息,统整物与物的数字信息,物联网的应用领域主要包括以下方面:运输和物流领域、工业制造、健康医疗领域范围、智能环境(家庭、办公、工厂)领域、个人和社会领域等,具有十分广阔的市场和应用前景。

球知名的未来学家Thomas Frey预测,到2022年,85%的物联网平台将使用某种数字孪生技术进行监控,并且在智能家居管理中心、工业设备监控、远程 *** 控、智慧城市管理、现实世界 探索 、 健康 监测与管理、大脑活动的监控与管理等七个方面极大改变现有的工作和生活方式。

此套《数字孪生技术与工程实践》课件非常 系统全面, 值得收藏学习!

资源目录

第1章:数字孪生的发展

11 物理孪生和数字孪生

12 数字孪生的概念

13 数字孪生的特征

14 数字孪生体的生命周期

15 数字孪生的应用

16 数字孪生的发展

第2章:数字孪生相关技术和一般架构

21 数字孪生的技术基础

22 数字孪生推动力——新兴信息技术

23 数字孪生系统的一般架构

第3章:面向智能制造的数字孪生生态

31 智能制造与智能工厂

32 基于数字孪生的智能制造

33 制造数字孪生生态

第4章:数字工厂和数字孪生工厂

41 数字化工厂规划与数字化工厂建设

42 工厂数字孪生系统中的模型和数据

43 工厂数字孪生系统的特点与结构

44 工厂数字孪生系统的构建

第5章:基于数字孪生的智能建造与智慧城市

51 基于数字孪生的智能建造

52 基于数字孪生的智慧城市

53 数字孪生城市应用案例

第6章:数字孪生的智能化应用

61 知识及其表达

62 模型和数据双驱动的优化

62 模型和数据双驱动的优化

64 基于数字孪生的装配优化

65 基于数字孪生的设备维护

第7章:数字孪生系统开发和应用案例

71 利用Unity开发数字孪生应用的准备

72 智能车间数字孪生系统实施案例

73 数字孪生生产系统中VR/AR可视化应用

资料共计287页,受篇幅限制,每章仅展示部分


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