工业自动化领域物联网发展规划

物联网发展物联网发展战略战略规划规划工业领域工业领域中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所工业信息学实验室工业信息学实验室朱云龙朱云龙 主任主任/ /博导博导024-23970070024-23970070，工业产品、工业体系和工业能力之间的关系如同浮游在海面工业产品、工业体系和工业能力之间的关系如同浮游在海面上的冰山，人们所能看到的耀眼夺目的工业产品如同深埋在上的冰山，人们所能看到的耀眼夺目的工业产品如同深埋在海面之下的巨大冰基，而冰基所蕴含的巨大浮力就是工业能海面之下的巨大冰基，而冰基所蕴含的巨大浮力就是工业能力。若需要冰山越突出显赫，必然需要冰基越博大雄厚。力。若需要冰山越突出显赫，必然需要冰基越博大雄厚。工业体系和工业能力决定了工业产品的技术水平和质量，具工业体系和工业能力决定了工业产品的技术水平和质量，具有强大的工业能力和整体素质，生产什么产品都可以。像福有强大的工业能力和整体素质，生产什么产品都可以。像福特、宝马、三菱等公司在二战时期生产飞机、坦克、舰船等特、宝马、三菱等公司在二战时期生产飞机、坦克、舰船等武器。武器。一、物联网与工业领域一、物联网与工业领域/ /工业化的关系工业化的关系工业装备是一直处于工业体系的中心，为工业化提供关键支撑。工业装备是一直处于工业体系的中心，为工业化提供关键支撑。工作母机、重大设备和成套装备等工业装备的技术水平很大程工作母机、重大设备和成套装备等工业装备的技术水平很大程度上决定了工业体系所具有的工业能力和整体素质，体现了工度上决定了工业体系所具有的工业能力和整体素质，体现了工业化的进程和高度，使得机械化、规模化、自动化、智能化等业化的进程和高度，使得机械化、规模化、自动化、智能化等工业化的特征能够实现。工业化的特征能够实现。新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看不见的软装备。不见的软装备。新技术是基础：以传统的工业技术为基础，充分融合以信息技新技术是基础：以传统的工业技术为基础，充分融合以信息技术为代表，涵盖各种学科领域最新成果的高新技术，形成系统术为代表，涵盖各种学科领域最新成果的高新技术，形成系统性、工程性、综合性的先进工业技术。性、工程性、综合性的先进工业技术。新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看不见的软装备。不见的软装备。新能力是关键：既包括装备、技术、质量等构成的硬能力，也新能力是关键：既包括装备、技术、质量等构成的硬能力，也含有产品创新、资源获取、组织管理等软能力。含有产品创新、资源获取、组织管理等软能力。新产品是体现：生产出以信息技术为代表的高技术含量高、产新产品是体现：生产出以信息技术为代表的高技术含量高、产品附加值高、资源消耗低的新产品。品附加值高、资源消耗低的新产品。 信息技术是新型工业化的核心要素之一。作为倍增器信息技术是新型工业化的核心要素之一。作为倍增器的物联网不是简单的应用，需要融合渗透到工业化要素的物联网不是简单的应用，需要融合渗透到工业化要素之中。之中。 我们认为，物联网技术就是在新型工业化进程中，逐我们认为，物联网技术就是在新型工业化进程中，逐步使用信息、信息技术与传感技术，使之渗透到工业领步使用信息、信息技术与传感技术，使之渗透到工业领域相关环节（工业环节、工业装备、工业活动、工业产域相关环节（工业环节、工业装备、工业活动、工业产品）之中，大幅提升工业素质和工业能力的过程。品）之中，大幅提升工业素质和工业能力的过程。传感技术传感技术MEMSMEMS技术：技术：制造装备技术能力的提升制造装备技术能力的提升制造制造装备装备制造制造系统系统企业企业管理管理智能智能装备装备感知感知制造制造系统系统实时实时企业企业管理管理（1 1）物联网技术将推动工业信息化进入新阶段物联网技术将推动工业信息化进入新阶段：q泛在网络泛在网络+ +传感器传感器+ +智能计算智能计算泛在感知信息化（感泛在感知信息化（感知、智能特征）；知、智能特征）；q以泛在网络为基础、以泛在感知为核心、以泛在服以泛在网络为基础、以泛在感知为核心、以泛在服务为目的、以泛在智能拓展和提升为目标；务为目的、以泛在智能拓展和提升为目标；q基于物联网的新一代信息化制造和自动化技术（基于物联网的新一代信息化制造和自动化技术（u- u- manufacturingmanufacturing）。）。（2 2）变革工业生产、经营和管理模式：）变革工业生产、经营和管理模式：q人机和谐智能制造系统发展的新历史阶段人机和谐智能制造系统发展的新历史阶段 m企业与客户、市场的联系更为密切；企业与客户、市场的联系更为密切；m管理的扁平化；管理的扁平化；m生产组织柔性化；生产组织柔性化；q支持先进制造的支持先进制造的5 5 大功能系统方面将会发生新的变化大功能系统方面将会发生新的变化m制造装备、制造系统制造装备、制造系统 、装备智能化系统、装备智能化系统 、企业管理信息系统、企业管理信息系统 、电子商、电子商务系统。务系统。（3 3）为工业生产过程管理控制提供技术支撑：）为工业生产过程管理控制提供技术支撑：q制造资源的实时跟踪与定位；制造资源的实时跟踪与定位；q综合生产状态的动态监测；综合生产状态的动态监测；q实现管理的协同化、精益化与质量可追溯性；实现管理的协同化、精益化与质量可追溯性；q实现管理与控制过程的智能决策。实现管理与控制过程的智能决策。 （4 4）提升制造业供应链一体化运营能力提升制造业供应链一体化运营能力：q促进供应链智能化、一体化体系的形成，实现协同运作促进供应链智能化、一体化体系的形成，实现协同运作；q实现供应链运作过程的透明化、集成化，提升全程服务水平实现供应链运作过程的透明化、集成化，提升全程服务水平；q提供产品全生命周期管理与追溯、促进循环经济发展提供产品全生命周期管理与追溯、促进循环经济发展；（5 5）满足我国低碳工业发展的迫切要求满足我国低碳工业发展的迫切要求：q美国能源部（美国能源部（DOEDOE）20042004年发布的年发布的“未来工业计划未来工业计划”（IOFIOF）中指出：基于低成本无线技术的新一代测控系统是实现到中指出：基于低成本无线技术的新一代测控系统是实现到20202020年美国工业整体能耗降低年美国工业整体能耗降低5 5目标的主要手段目标的主要手段；q美国总统科技顾问委员会在美国总统科技顾问委员会在“面向面向2121世纪的联邦能源研究与世纪的联邦能源研究与发展规划发展规划”中指出：低成本无线技术的广泛应用将使工业生中指出：低成本无线技术的广泛应用将使工业生产效率提高产效率提高1010，并使排放和污染降低，并使排放和污染降低2525。 ；企业神经系统：实时企业的基础设施企业神经系统：实时企业的基础设施经销数据中心 (后台) 分枝客户供应商制造运送呼叫中心Web 销售商金融预测企业神经系统企业神经系统数据中心（后台）分支经销客户供应商制造运送呼叫中心Web 销售商金融预测理想的灵活系统严格的现实性1998200820132003实时企业实时企业不连贯的企业不连贯的企业通过通过IT达成的达成的商务灵活性商务灵活性消息为导向的中间件商务活动监视商务流程管理门户和应用平台套件基于部件的应用服务器集成（Integration Broker）商务流程融合Web服务和Web服务网络转变转变复杂事件管理物联网：改变了企业的物联网：改变了企业的ITIT基础设施基础设施物联网物联网: :制造模式的转变制造模式的转变2003200720092005应用迷宫应用迷宫广泛采用面向服务体系结构的应用软件大量流程创新 早期面向服务体系结构，标准和应用开发工具 面向服务体系结构标准，模式的广泛集成 早期融合应用 (内部和厂商) 将面向服务体系结构完整集成到体系结构当中类型 A类型 B类型 C广泛采用融合应用软件采用高峰： 下一代应用，体系结构和流程下一代应用，体系结构和流程流程执行和流程执行和价值价值商务灵活性商务灵活性（1 1）冶金工业：）冶金工业：q能源管理：针对冶金生产过程中处于运动、旋转状态的高能能源管理：针对冶金生产过程中处于运动、旋转状态的高能耗设备，以及多测点、多变量的能源监测耗设备，以及多测点、多变量的能源监测；q测控系统测控系统 ：为降低能耗、物耗，提高产量、稳定质量，生产：为降低能耗、物耗，提高产量、稳定质量，生产过程需采集大量的过程参数、设备参数以及产品质量参数过程需采集大量的过程参数、设备参数以及产品质量参数；q设备维护设备维护 ：存在提高故障诊断的及时性，降低附加诊断设备：存在提高故障诊断的及时性，降低附加诊断设备安装成本和难度等需求。安装成本和难度等需求。（2 2）石化工业：）石化工业：q油气勘探：新型无线遥测地震仪开发；油气勘探：新型无线遥测地震仪开发；q钻井现场：设备众多、流动性大、生产危险性大钻井现场：设备众多、流动性大、生产危险性大 ，难于布，难于布线、成本高，而且可靠性较差，不易维护；线、成本高，而且可靠性较差，不易维护；q管道输送：传统的管道监测方法采用有线方式连接，成本管道输送：传统的管道监测方法采用有线方式连接，成本高、易损坏；高、易损坏； q炼油化工：存在大量的炼油化工：存在大量的DCSDCS控制系统、现场仪表和执行装控制系统、现场仪表和执行装置，成本高、布线困难，且很多信息不能实时监测；置，成本高、布线困难，且很多信息不能实时监测；q储存运输：针对运输工具的追踪监测储存运输：针对运输工具的追踪监测 、大型储备库储罐检、大型储备库储罐检测（液位、压力、温度、可燃气体浓度等参数测（液位、压力、温度、可燃气体浓度等参数 ）。）。（3 3）汽车制造：）汽车制造：q零部件库存：面向零部件库存：面向JITJIT模式的零部件管理；模式的零部件管理；q生产线控制系统：需满足冲压、焊装、涂装和总装等过程生产线控制系统：需满足冲压、焊装、涂装和总装等过程的检测与控制；的检测与控制；q设备监测：装配过程中机械、液压或电气故障的在线诊断设备监测：装配过程中机械、液压或电气故障的在线诊断与监测；与监测； q物流跟踪：满足大批量并线生产过程的客户化定制需求。物流跟踪：满足大批量并线生产过程的客户化定制需求。（4 4）制造业供应链：）制造业供应链：q采购采购生产生产配送配送销售销售服务服务 回收；回收；m智能化采购智能化采购m智能化资产管理智能化资产管理 m智能化库存管理智能化库存管理m智能化销售管理智能化销售管理m产品全生命周期维护产品全生命周期维护m产品回收产品回收/ /再利用（逆向物流）再利用（逆向物流）（1 1）新型传感器与传感装置）新型传感器与传感装置 ：q无线传感技术与系统的微型化技术无线传感技术与系统的微型化技术q智能无线传感技术智能无线传感技术 q能量获取技术能量获取技术 （2 2）工业无线网络技术：）工业无线网络技术：q通信与组网技术通信与组网技术 q基础服务与网络管理技术基础服务与网络管理技术q网络规划与部署技术网络规划与部署技术（3 3）工业感知信息智能处理与知识挖掘：）工业感知信息智能处理与知识挖掘：q 基础理论与共性技术基础理论与共性技术m综合性感知信息处理技术综合性感知信息处理技术m跨模态、跨尺度感知信息融合设计、运行理论与优化技术跨模态、跨尺度感知信息融合设计、运行理论与优化技术 m基于感知数据的工业过程建模、控制、优化技术基于感知数据的工业过程建模、控制、优化技术m基于感知和知识挖掘的健康诊断与预测维护基于感知和知识挖掘的健康诊断与预测维护 技术技术m跨时空复杂事件语义建模技术跨时空复杂事件语义建模技术 q 软件平台软件平台m基于感知数据的语义中间件平台基于感知数据的语义中间件平台m基于感知数据的智能信息处理平台基于感知数据的智能信息处理平台 m工业集成服务代理总线技术工业集成服务代理总线技术m基于感知数据的知识挖掘软件平台基于感知数据的知识挖掘软件平台 m工业情境感知中间件等工业情境感知中间件等设备状态信息设备状态信息物流信息物流信息工艺质量信息工艺质量信息环境信息环境信息原油原油 常减压装置常减压装置气分重整碱洗（1）尿脱碱洗（2）催化糠醛精制丙脱焦化重催氧沥减粘聚丙稀MTBE炭5拨头油三苯溶剂油航煤液腊柴油汽油柴油组分油石蜡蜡下油轻脱油重脱油沥青汽油柴油重油焦炭汽油柴油沥青燃油213456789101112液化气汽油常一常三常四减一减二减三减四减渣5678934常二原油原油原油原油原油的物性原油的物性作业参数作业参数产品产品/ /副产品副产品组分、产量组分、产量外界环境外界环境储罐状态储罐状态能耗、排放量能耗、排放量状态关联与状态关联与变化趋势变化趋势（4 4）智能供应链管理技术：）智能供应链管理技术：q供应链网络感知与事件处理技术供应链网络感知与事件处理技术q供应链定位与可视化管理技术供应链定位与可视化管理技术 q供应链网络协同运作技术等供应链网络协同运作技术等（5 5）物联网信息服务技术：）物联网信息服务技术：q编码解析服务编码解析服务q检索与跟踪服务检索与跟踪服务 q物品信息服务物品信息服务q目录服务目录服务q信息分发服务信息分发服务移动设备移动设备RDCRFID/条码条码读写器读写器仓库仓库CallerCaller打印机打印机港口港口物流物流复杂事件探测复杂事件探测任务提交任务提交云计算平台云计算平台复杂模式库复杂模式库事件存储库事件存储库规则数据库规则数据库EPC 信息服信息服务器务器对象命名服务对象命名服务器器PML服务器服务器数据中心数据中心（6 6）制造业生产物流管理监控：）制造业生产物流管理监控：q物联网环境下物流管理应用模式和应用系统体系结构物联网环境下物流管理应用模式和应用系统体系结构 q面向制造过程的在制品状态分析面向制造过程的在制品状态分析q在制品的质量跟踪与追溯在制品的质量跟踪与追溯q生产物流实时管理与协同优化策略生产物流实时管理与协同优化策略 q物联网环境下生产过程数据采集及与控制系统集成物联网环境下生产过程数据采集及与控制系统集成 等等（1 1）在冶金流程行业中的示范应用：）在冶金流程行业中的示范应用：q电机能耗监测电机能耗监测 q连续煺火炉监测系统连续煺火炉监测系统 q高炉炉壁温度与气体排放监测高炉炉壁温度与气体排放监测 q恶劣环境下运动旋转设备监测恶劣环境下运动旋转设备监测 （活套、天车、轧机（活套、天车、轧机 ） （2 2）在石化行业中的示范应用：）在石化行业中的示范应用：q油田地面生产远程监控系统（抽油井系统油田地面生产远程监控系统（抽油井系统 、注水系统、注水系统 和集输系统等）和集输系统等） q井下生产控制系统（高压、高温和腐蚀性环境下的数井下生产控制系统（高压、高温和腐蚀性环境下的数据采集与传输）据采集与传输）q化工厂排放监测化工厂排放监测 q管道腐蚀监测管道腐蚀监测q油气管道自动巡检油气管道自动巡检 （3 3）在汽车制造工业中的示范应用）在汽车制造工业中的示范应用 ：q基于基于AGVAGV的物料搬运系统的物料搬运系统q汽车仪表盘装配汽车仪表盘装配q设备故障诊断与预警设备故障诊断与预警 q在制品状态监测与追溯在制品状态监测与追溯 qATOATO模式下的智能供应链管理模式下的智能供应链管理 q基于物联网的产品全生命周期管理基于物联网的产品全生命周期管理 （1 1）完成典型行业调研：）完成典型行业调研：q钢铁冶金钢铁冶金q石化勘探石化勘探q装备制造装备制造（2 2）完成需求报告撰写：）完成需求报告撰写：针对过程监控、制造资源管理、生产针对过程监控、制造资源管理、生产组织、节能减碳、供应链管理、产品全生命周期管理等方面组织、节能减碳、供应链管理、产品全生命周期管理等方面需求与应用模式探索；需求与应用模式探索；（3 3）开展面向工业领域的共性关键技术分析：）开展面向工业领域的共性关键技术分析：感知、传输、处感知、传输、处理等方面；理等方面；（4 4）开展工业物联网相关战略新型产业分析：）开展工业物联网相关战略新型产业分析：新型装置、传感新型装置、传感器、仪表、芯片、中间件；器、仪表、芯片、中间件；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