高偉強

(渤海大學(xué)工學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用與研究

高偉強

(渤海大學(xué)工學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

隨著信息化工程技術(shù)、微計算機技術(shù)、微處理技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展加深，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展越來越快，逐漸成為生活、生產(chǎn)中使用率極高、極為普遍的一種發(fā)展趨勢。本文通過對工業(yè)自動化的技術(shù)需求、行業(yè)發(fā)展模式等內(nèi)容進(jìn)行分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點與應(yīng)用現(xiàn)狀，對物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討，以便于能夠提高工業(yè)領(lǐng)域的自動化、智能化、科技化程度，同時也能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的提高和應(yīng)用推廣提供相應(yīng)的助力。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；工業(yè)發(fā)展；自動化；智能化；應(yīng)用與研究；科學(xué)技術(shù)

前言

在現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時代里，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用與提高已經(jīng)呈現(xiàn)出較為普遍化的趨勢，這項技術(shù)的運用不僅是對互聯(lián)網(wǎng)與物體之間的聯(lián)系，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸與發(fā)展，是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與開拓，更是因其具有包容性而成為各類高科技技術(shù)運用的具體表現(xiàn)，如智能感知、射頻識別、全球定位、紅外線感應(yīng)等信息傳遞設(shè)備的充分運用。因此，通過對物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)運用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合工業(yè)行業(yè)的自動化技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用情況，探討其在工業(yè)自動化生產(chǎn)運輸、智能化控制監(jiān)測等方面的運用，不僅能夠深入開拓物聯(lián)網(wǎng)甚至是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，還能夠?qū)I(yè)、制造業(yè)等行業(yè)的智能化、自動化發(fā)展起促進(jìn)作用，同時還能夠推動社會科學(xué)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長，增強綜合國力與國際競爭實力。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)、通過全球定位、紅外線感應(yīng)、激光掃描、射頻識別等方式按照設(shè)置好的約定協(xié)議將物品、互聯(lián)網(wǎng)串聯(lián)起來進(jìn)行信息的通訊、交換，以達(dá)到智能化識別、控制、管理、追蹤、定位等功能的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其相關(guān)行業(yè)發(fā)展中的外延延伸和拓展，由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層來進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)架，主要由無線通信網(wǎng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、運營支撐、傳感網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)來支撐。此技術(shù)包含了內(nèi)部的工業(yè)系統(tǒng)、移動終端、家庭智能設(shè)施、智能傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等設(shè)備及其系統(tǒng)和外部的智能化物件(如攜帶無線終端的車輛)、智能塵埃(如貼有射頻識別標(biāo)簽的資產(chǎn)等)兩大內(nèi)容，能夠在極大程度上保障信息運行的安全、促進(jìn)環(huán)保節(jié)能和高效。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也叫“智慧地球”，是由ASHTON教授(任職于MIT AUTO-ID中心)于1999年時在研究RFID技術(shù)時提出來的，經(jīng)歷了2005年ITU(國際電信聯(lián)盟)在同名報告中的定義和范圍的調(diào)整后，在2009年8月份的溫家寶總理的政府工作報告中被列為國家五大新興的、戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)之一，正式變?yōu)榱恕爸袊圃臁钡臍v程。從目前的技術(shù)領(lǐng)域和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐漸席卷了世界全球化的進(jìn)程。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡單來說就是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用到各類型物體、各行各業(yè)之中，從而形成狀如“蜘蛛網(wǎng)”類的物聯(lián)網(wǎng)，將物理系統(tǒng)與人類社會的生活生產(chǎn)整合起來，利用超級計算機群中的機械設(shè)備、人員、軟件編程等系統(tǒng)和設(shè)備來提高生產(chǎn)力水平，改善人們的生產(chǎn)方式和生活水平。物聯(lián)網(wǎng)在運行過程中的關(guān)鍵性技術(shù)主要存在于感知層，具備全面而精確的感知能力、能夠解決小型化、低成本、低功耗等問題，主要包含了傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等關(guān)鍵性技術(shù)。

(1)物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)

傳感技術(shù)既是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵性技術(shù)，更是計算機信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，物體之間、物體與網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換都需要利用傳感器來實現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號之間的輸入、轉(zhuǎn)換、輸出。例如RFID標(biāo)簽的運用，是RFID技術(shù)的一種具體表現(xiàn)形式，是嵌入式技術(shù)與無線射頻技術(shù)相融合后的一種表現(xiàn)，主要運用于物品物流管理、物品自動識別等環(huán)節(jié)領(lǐng)域中。

(2)物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是傳感技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)、計算機硬件軟件、集成電路技術(shù)整合后的復(fù)雜性技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)像人們的神經(jīng)系統(tǒng)、傳感器就像人們的五官、嵌入式系統(tǒng)則可看做為人們的大腦。此項技術(shù)正隨著經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展的速度而不斷地改進(jìn)，在人們的生產(chǎn)生活中不斷地開拓領(lǐng)域。例如人們可隨身攜帶的智能終端產(chǎn)品(航天航空衛(wèi)星系統(tǒng)、MP3等)，也在國防建設(shè)、發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著積極的意義。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用現(xiàn)狀

從“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念的出現(xiàn)大現(xiàn)在的發(fā)展，在這個漫長的歷史長河中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用呈現(xiàn)出越來越廣泛的趨勢，例如在生產(chǎn)、物流、醫(yī)學(xué)、安防、污水處理等行業(yè)中的運用。其中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運用具體表現(xiàn)為在健康管理、醫(yī)療、老年健康照護(hù)等形式領(lǐng)域中，將病人、亞健康人、健康人、醫(yī)生、護(hù)士、藥品、醫(yī)療設(shè)備等物體之間的信息通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交換、傳輸，以便于能夠通過感知形成醫(yī)學(xué)服務(wù)對象、數(shù)據(jù)交換之間的無縫對接，達(dá)到在醫(yī)療、保健等服務(wù)時能夠采集實時監(jiān)測控制、連續(xù)跟蹤管理的相關(guān)數(shù)據(jù)并依此數(shù)據(jù)來進(jìn)行精確合理的健康醫(yī)療決策。在安防作業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用就表現(xiàn)在了傳感安全防護(hù)的設(shè)備使用等方面，如國家民航總局要求全國民用機場必須要選用國產(chǎn)的傳感網(wǎng)防入侵系統(tǒng)。而在污水處理過程中的應(yīng)用則為建立起污水處理的綜合運營管理平臺，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入此平臺中的安全管理、水質(zhì)化驗、日常辦公、生產(chǎn)運行、設(shè)備管理等環(huán)節(jié)之中，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝設(shè)計數(shù)據(jù)、相關(guān)管理數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計、分析，然后通過傳感器、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、交換，以得到資源整合后相關(guān)處理方案。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

2.1 工業(yè)自動化進(jìn)程的概述

(1)工業(yè)自動化的概述

工業(yè)自動化是一種以工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)為控制目的、利用自動化和機械化的設(shè)備來對過程進(jìn)行實時控制以減少人工操作的作業(yè)方式，簡單來說就是讓工業(yè)自動地進(jìn)行生產(chǎn)的過程，涉及到微電子、機械、機器視覺等相關(guān)技術(shù)，多被用于電力、制造業(yè)、建筑、信息技術(shù)等領(lǐng)域。從目前工業(yè)自動化的優(yōu)化過程中可以發(fā)現(xiàn)，其在國際上的自動化程度不一，例如在德國啟動工業(yè)4.0時，主要在電氣工程、機械制造等領(lǐng)域中的自動化給其創(chuàng)造了條件，而至今在工業(yè)領(lǐng)域德國也大多選用“嵌入式系統(tǒng)”。它在工業(yè)作業(yè)過程中將會起到提高作業(yè)安全性、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本(減少作業(yè)中的能源、原材料的損耗)等作用。傳統(tǒng)的工業(yè)作業(yè)自動化主要是針對生產(chǎn)過程和設(shè)備進(jìn)行控制，采用的是機電一體化系統(tǒng)，硬件部分(測試傳感部分、本體部分、驅(qū)動部分、動力部分、執(zhí)行機構(gòu)、信號控制處理單元等)在電子電路邏輯、軟件程序的有目的性引導(dǎo)、集成、融合、協(xié)調(diào)信息流，在能量、物質(zhì)的有序運動后形成自動化產(chǎn)品；而現(xiàn)代化的工業(yè)自動化則是依托于工業(yè)控制機系統(tǒng)(對工業(yè)作業(yè)過程、工藝裝備、機電設(shè)備進(jìn)行控制與測量的自動化技術(shù)工具)，用包含計算機在內(nèi)的廣義機器來部分或者完全替代人工的一種方式。

(2)工業(yè)自動化進(jìn)程的現(xiàn)狀

工業(yè)自動化的發(fā)展可以分為三個階段，第一階段是在40年代至60年代初期，工業(yè)自動化的發(fā)展進(jìn)程緩慢，時間少，但是還是呈現(xiàn)了許多單機自動化的加工設(shè)備，如運用硬件數(shù)控系統(tǒng)來加工的數(shù)控式機床；第二階段是在60年代中期至70年代初期，歷經(jīng)幾十年的技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備改革，最終形成了在單機自動化基礎(chǔ)上的自動化生產(chǎn)線，一些數(shù)控的軟件系統(tǒng)慢慢投入進(jìn)機床之中，如銑、鉆等自動加工的生產(chǎn)線；第三階段是70年代中期至今，在市場環(huán)境的推動下形成了以CIM哲理為指導(dǎo)理念的自動化經(jīng)營、工作模式，集成了單元自動化技術(shù)，如在CIMS工廠中經(jīng)常運用到的FMS(柔性制造系統(tǒng))。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

(1)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動化中的關(guān)鍵技術(shù)

在工業(yè)自動化發(fā)展進(jìn)程中所運用到的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越多，主要是在人們各類應(yīng)用和社會中原有的集成上形成新維度、新高度的集成和通信，而在此過程中起著關(guān)鍵性作用的主要有信號、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、架構(gòu)技術(shù)、識別技術(shù)等。其中物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)的運用，主要是在工業(yè)的銷售、生產(chǎn)等過程中，在遵循語義可互相操作性的規(guī)則里，利用其識別、架構(gòu)技術(shù)，將其所有的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行分析、和處理(分化、輸出等)。

(2)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安全生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用分析

安全生產(chǎn)時工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)作業(yè)中最基本、最重要的一條規(guī)范，其在發(fā)展自動化的過程中尤為重要，這就要求了在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平下，工業(yè)自動化進(jìn)程中必須考慮到生產(chǎn)安全、運輸安全。而因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有智能感知、全球定位、紅外線感知等優(yōu)點將其與工業(yè)自動化進(jìn)行相結(jié)合，不僅能夠極大程度上地提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性能，還能夠?qū)ιa(chǎn)的環(huán)境、人員素質(zhì)有著“沙丁魚效應(yīng)”。例如，在工業(yè)作業(yè)的機械設(shè)備、作業(yè)人員身上等位置配置具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的防護(hù)設(shè)備、定位裝置等物體，這將會提高對工業(yè)作業(yè)的監(jiān)控質(zhì)量、檢測結(jié)果、診斷隱患情況的精準(zhǔn)度，有利于提高作業(yè)的安全系數(shù)，減少作業(yè)事故。

(3)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造過程中的應(yīng)用越來越廣泛，在其每一個環(huán)節(jié)都有具體的表現(xiàn)。例如在生產(chǎn)的相關(guān)機械設(shè)備中，選用嵌入式系統(tǒng)或者安裝與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)，用信號、數(shù)據(jù)技術(shù)來對生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，用識別技術(shù)和架構(gòu)技術(shù)來對作業(yè)中能源與原材料損耗、進(jìn)庫等環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)測，對產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，這樣既能因其自動化管理生產(chǎn)的流程而提高工作效率，減少成本的投入，還能夠促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的自動化水平和核心競爭力的提高。

(4)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流自動化中的應(yīng)用分析

在貨物運輸、儲存等物流過程中，其自動化程度因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛運用而越來越高，最為突出的就是射頻識別技術(shù)(如快遞票據(jù)讓的射頻標(biāo)簽)、架構(gòu)技術(shù)(如智能化物流流水運輸線)等技術(shù)的運用，表現(xiàn)得最為具體的就是自動化物流倉庫的建立。自動化倉庫的運行流程主要包含了自動尋址、自動識別系統(tǒng)(如圖一)、監(jiān)控系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)(如圖二)等環(huán)節(jié)。在自動尋址環(huán)節(jié)中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的紅外傳感器，并將其安裝在倉庫內(nèi)各個巷道的堆垛機上，以便于能夠及時有效地采集物體的具體地址等信息，再通過中央計算機的監(jiān)管系統(tǒng)對輸入信號進(jìn)行處理，然后將處理結(jié)果輸出。

圖一 自動識別系統(tǒng)

圖二 物流管理系統(tǒng)

結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展過程中，越來越多的行業(yè)、領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)都將會極大力度地引入進(jìn)去，特別是在工業(yè)自動化進(jìn)程的推進(jìn)中，更是如此。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用在工業(yè)自動化過程中的生產(chǎn)領(lǐng)域、制造領(lǐng)域、流通領(lǐng)域、經(jīng)營管理等領(lǐng)域中，不僅能夠減少企業(yè)的生產(chǎn)、銷售、運營成本，還能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和自動化程度，更能形成工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的正面形象，對提高工業(yè)企業(yè)的核心競爭力和品牌效應(yīng)有著積極的作用，對工業(yè)自動化的各個行業(yè)的競爭力都有著極大的促進(jìn)作用。

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