智能制造新模式及其應用

智能制造新模式及其應用——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）及其應用報告主題的任務工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）及其應用物聯(lián)網(wǎng)定義、特征、系統(tǒng)及其發(fā)展概況，基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感檢測技術與系統(tǒng)及其在智能制造中的應用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況及關鍵問題、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要應用場景和案例。0前言

當今時代，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，信息通信技術以前所未有的速度轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，深刻改變著全球經(jīng)濟格局、利益格局、安全格局。物聯(lián)網(wǎng)作為信息通信技術的典型代表，在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢。不同行業(yè)和不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應用的普及和逐漸成熟推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進入萬物互聯(lián)的新時代，可穿戴設備、智能家電、自動駕駛汽車、智能機器人等，數(shù)以百億計的新設備將接入網(wǎng)絡，預計到2020年全球聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將達到260億個。（數(shù)據(jù)來源：Gartner）主題物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)在智能制造中應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及發(fā)展總結工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用場景及案例OverviewofInternetofthingsApplicationofIoTinintelligentmanufacturingConnotationanddevelopmentofindustrialInternetScenariosandcaseofindustrialInternetSummary一、物聯(lián)網(wǎng)概述TheInternetofThings一、物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出，早期的物聯(lián)網(wǎng)是指依托射頻識別（RFID）技術和設備，按約定的通信協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相結合，使物品信息實現(xiàn)智能化識別和管理，實現(xiàn)物品信息互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡。ITUInternetreports2005：通過二維碼識讀設備、RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。一、物聯(lián)網(wǎng)概述European:IoTstrategicresearchroadmap（2009）：物聯(lián)網(wǎng)是未來網(wǎng)絡的整合部分，它是以標準、互通的通信協(xié)議為基礎，具有自我配置能力的全球性動態(tài)網(wǎng)絡設施，在這個網(wǎng)絡中，所有實質(zhì)和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性，通過智能接口無縫鏈接，實現(xiàn)信息共享。物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2011）：物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸，利用感知技術和智能裝置對物理世界進行感知識別、智能監(jiān)控，通過網(wǎng)絡傳輸互聯(lián)，進行數(shù)據(jù)計算、處理、知識挖掘和分析決策，實現(xiàn)物與物、人與物、人與人信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。一、物聯(lián)網(wǎng)概述狹義上的物聯(lián)網(wǎng)是指物品到物品連接的網(wǎng)絡，實現(xiàn)物品的智能化識別和管理。廣義上的物聯(lián)網(wǎng)則是信息空間與物理空間的融合，將一切事物數(shù)字化、網(wǎng)絡化，在物品之間、物品與人之間、人與現(xiàn)實環(huán)境之間實現(xiàn)高效信息交互，并通過新的服務模式使各種信息技術融入社會行為，是信息化在人類社會綜合應用達到的更高境界。一、物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡參考架構物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構（圖片來源：工信院，2011）一、物聯(lián)網(wǎng)概述感知層是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎物聯(lián)網(wǎng)感知層RFID標簽和讀寫器M2M終端和傳感器傳感器網(wǎng)絡和網(wǎng)關感知層實現(xiàn)方式攝像頭和監(jiān)控GPS/北斗定位授時智能家居網(wǎng)關感知層作用感知層突破方向標識物體采集和捕獲信息更敏感和更全面的感知能力解決低功耗的問題解決小型化和低成本問題RFID讀寫智能家居網(wǎng)關M2M終端傳感器網(wǎng)絡攝像頭GPS/北斗傳感器網(wǎng)關無線&有線一、物聯(lián)網(wǎng)概述網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)無處不在的前提物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層接入網(wǎng)：無線/光纖各種類型的接入形式核心網(wǎng)：統(tǒng)一IP協(xié)議上的大帶寬的可靠網(wǎng)絡業(yè)務支撐平臺：業(yè)務統(tǒng)一管理部署和運營支撐網(wǎng)絡層主要層次網(wǎng)絡層作用網(wǎng)絡層突破方向連接感知層和應用層隨時隨地的連接實現(xiàn)當前最成熟的部分擴展規(guī)模，以實現(xiàn)無處不在業(yè)務可擴展的管理運營能力簡化結構，上下層面融合IP統(tǒng)一協(xié)議有效降低實現(xiàn)成本規(guī)模擴展帶來IPv6的發(fā)展動力ONU接入網(wǎng)絡

無線接入：2G/3G/LTE/WLAN/WiMax有線接入：光纖（PON）和銅線（xDSL）

匯集承載：IP化傳輸網(wǎng)絡（PTN/CE）核心網(wǎng)絡&業(yè)務網(wǎng)關

統(tǒng)一IP協(xié)議的高效率的核心網(wǎng)絡/設備/接口

針對海量流量和高可靠性要求的拓撲和機制邊緣業(yè)務控制實現(xiàn)業(yè)務感知、控制和策略轉發(fā)CPE業(yè)務平臺鑒權平臺計費平臺經(jīng)營分析平臺業(yè)務支撐平臺提供終端和業(yè)務的通道和聯(lián)動控制邏輯

實現(xiàn)不同終端和業(yè)務統(tǒng)一管理、部署和擴展針對客戶提供用戶自定義業(yè)務環(huán)境和接口一、物聯(lián)網(wǎng)概述應用層是物聯(lián)網(wǎng)智能處理的核心物聯(lián)網(wǎng)應用層智能家居智能交通智能城管應用層主要應用方向應用層作用應用層突破方向信息技術與行業(yè)專業(yè)技術結合實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案集合信息技術與行業(yè)的深度融合信息的社會化共享和安全保障基于云計算的應用整體架構智能電力智能醫(yī)療智能通信服務云計算是應用大規(guī)模部署關鍵云計算資源云計算業(yè)務計算能力存儲能力SaaSPaaSIaaS云計算的意義適應業(yè)務量增長不確定性的彈性架構體系

適應海量數(shù)據(jù)計算和存儲的低成本曲線的架構適應開放式的應用提供和部署環(huán)境

IT架構和商業(yè)模式轉變的關鍵物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展六熱點大領域智能家居智能電力智能交通智能醫(yī)療智能城管智能通信服務六大熱點涵蓋了主要應用集和投資方向一、物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術體系物聯(lián)網(wǎng)技術體系（圖片來源：工信院，2011）標準化！1、感知關鍵技術2、網(wǎng)絡通信關鍵技術3、應用關鍵技術4、共性技術5、支撐技術一、物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的演進路線信息匯聚協(xié)同感知泛在聚合主要特征泛在的感知服務將海量信息進行聚合，產(chǎn)生出新的有應用價值的信息，即物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用于各個領域，實現(xiàn)任何人、任何物體、任何時間、任何地點的互聯(lián)互通，引發(fā)新的應用和服務模式。關鍵技術信息聚合理論、模糊控制技術、泛在異構網(wǎng)絡、人工智能、仿生傳感器、納米材料、生物芯片等。主要特征將分布于多區(qū)域的、利用多種感知技術手段所采集信息進行匯聚，通過通信網(wǎng)絡將感知信息匯聚到業(yè)務應用系統(tǒng)，集中進行信息的處理與共享，并提供信息應用服務。關鍵技術傳感器設計與實現(xiàn)、短距離無線傳輸技術、低功耗技術、電磁兼容技術等，以實現(xiàn)相關信息采集、匯聚設備的小型化、低功耗、低成本、國產(chǎn)化和綠色環(huán)保。主要特征以事件、任務和目標為驅(qū)動進行感知、網(wǎng)絡和應用各個層面的協(xié)同工作，系統(tǒng)具備分布式、跨層次、自學習的協(xié)同處理能力，提供智能、精確的多元化信息服務。關鍵技術任務驅(qū)動的大規(guī)模自治組網(wǎng)技術、上下文感知技術、移動通信網(wǎng)絡與無線傳感器網(wǎng)絡無縫融合技術、海量信息處理技術等。一、物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)是信息社會發(fā)展的必然趨勢2010我國將物聯(lián)網(wǎng)寫入政府工作報告2009歐盟發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》2005

國際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨

1999MIT首次提出Internetofthings概念一、物聯(lián)網(wǎng)概述20082009IBM公布了“智慧地球（SmartPlanet）”戰(zhàn)略，并得到美國政府的大力扶持奧巴馬簽署生效的《經(jīng)濟復蘇和再投資法案》，提出通過能源、科技、醫(yī)療等多方面鼓勵物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展2005美國國防部將“智能塵埃（SmartDust）”項目正式列為重點發(fā)項目2011美國政府先后發(fā)布了先進制造伙伴計劃、創(chuàng)新伙伴計劃，將CPS列為扶持重點2012“美國制造業(yè)復興計劃”，提出制造業(yè)復興戰(zhàn)略，數(shù)字制造、大數(shù)據(jù)等先進制造技術以及下一代寬帶網(wǎng)絡將成為美國制造業(yè)復興的重點美國逐步將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和重塑美國制造優(yōu)勢計劃結合以期重新占領制造業(yè)制高點！一、物聯(lián)網(wǎng)概述20072009200520102013歐盟委員會公布了I2010-Initiative，注重ICT的創(chuàng)新和研發(fā)投入及其對國民經(jīng)濟發(fā)展的影響啟動了歐盟第七框架計劃（FP7），重點推進ICT技術發(fā)展，并設立了IoT-A、IoT6等一系列項目對物聯(lián)網(wǎng)相關領域進行探索研究歐盟發(fā)布了世界第一個物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略——《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》,以及《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》歐盟委員會推出《數(shù)字議程》（DigitalAgenda）五年行動計劃，并作為《歐盟2020戰(zhàn)略》七項核心舉措之一歐盟通過了“地平線2020”科研計劃，物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)重點集中在傳感器、架構、標識、語義互操作等方面歐盟建立了相對完善的物聯(lián)網(wǎng)政策體系，積極推動物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)！一、物聯(lián)網(wǎng)概述20102011《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的決定》，將物聯(lián)網(wǎng)提升到國家戰(zhàn)略高度工業(yè)和信息化部制定了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，到2015年我國要初步形成創(chuàng)新驅(qū)動、應用牽引、協(xié)同發(fā)展、安全可控的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展格局2006國務院發(fā)布《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，將無線傳感器網(wǎng)絡列為我國科技發(fā)展的“重大專項”和“前沿領域”2013國務院發(fā)布《關于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導意見》，同時成立物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專家咨詢委員會2014與歐盟共同簽訂《中歐物聯(lián)網(wǎng)架構共同申明》以及《中歐物聯(lián)網(wǎng)標識白皮書》二、物聯(lián)網(wǎng)在智能制造中應用工藝參數(shù)物料流程模具識別動態(tài)排程質(zhì)量記錄工時記錄應用需求：工序轉換、工時統(tǒng)計刀具/磨具/夾具管理產(chǎn)品狀態(tài)質(zhì)量在線監(jiān)測設備狀態(tài)監(jiān)測與節(jié)能應用1制造過程監(jiān)控與管理預期效果：生產(chǎn)周期縮短45%，減少導致生產(chǎn)誤操作80％，減低運營成本13％～

25％。二、物聯(lián)網(wǎng)在智能制造中應用應用2智能物流預期效果：減少盜竊損失40%～50%；提高送貨速度10%；貨車車輛自動調(diào)度，節(jié)省人力成本約52%，減少車輛擁堵18%。應用需求：提高物流流通效率，降低庫存特殊貯藏要求的貨品在線監(jiān)測與防偽物流貨品及時跟蹤倉庫清點產(chǎn)品配送車輛調(diào)度車輛跟蹤物流監(jiān)控物流結算三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及發(fā)展“物聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)”到底有什么區(qū)別？“物聯(lián)網(wǎng)”是在“互聯(lián)網(wǎng)”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種概念?；ヂ?lián)網(wǎng)著重信息的互聯(lián)互通和共享，解決的是人與人的信息溝通問題；物聯(lián)網(wǎng)則是通過人與人、人與物、物與物的相聯(lián)，解決的是信息化的智能管理和決策控制問題。“物聯(lián)網(wǎng)”和“工業(yè)互(物)聯(lián)網(wǎng)”是什么關系？（“人控自控”）工業(yè)互(物)聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域中應用，但是又不僅僅等同于“工業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)”如此簡單。首先工業(yè)控制系統(tǒng)為工業(yè)互(物)聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通奠定基礎，其次工業(yè)軟件系統(tǒng)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用開發(fā)提供支撐，另外惡劣工業(yè)環(huán)境為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡技術帶來挑戰(zhàn)，因此工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將會具有更加豐富的內(nèi)涵。三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義：通過工業(yè)資源的網(wǎng)絡互連、數(shù)據(jù)互通和系統(tǒng)互操作，實現(xiàn)制造原料的靈活配置、制造過程的按需執(zhí)行、制造工藝的合理優(yōu)化和制造環(huán)境的快速適應，達到資源的高效利用，從而構建服務驅(qū)動型的新工業(yè)生態(tài)體系。（來源：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)白皮書，中國電子技術標準化研究院，2017）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)：以機器、原材料、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、產(chǎn)品以及人之間的網(wǎng)絡互聯(lián)為基礎，通過對工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析，實現(xiàn)智能控制、運營優(yōu)化和生產(chǎn)組織方式變革。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定位：是支撐智能制造的一套使能技術體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)典型特征：智能感知(基礎)、泛在連通(前提)、數(shù)字建模(方法)、實時分析(手段)、精準控制(目的)和迭代優(yōu)化(效果)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理論難題：包括智能化問題、數(shù)字化問題、可靠性問題、可控性問題以及安全性問題。

（來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念和模型分析，沈蘇彬，2015）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相較于傳統(tǒng)工業(yè)自動化有四個特點：數(shù)據(jù)收集范圍（整個生命周期）、互聯(lián)互輸、智能處理、自組織與自維護。三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺參考架構來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2017三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及發(fā)展2012年11月，美國通用電氣公司發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機器的邊界》白皮書。2013年4月，德國政府在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其研究核心為信息物理系統(tǒng)（CPS）。2015年5月，國務院印發(fā)了《中國制造2025》，指出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”與智能制造等發(fā)展熱點密切的關聯(lián)，明確指出加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施建設規(guī)劃與布局。2016年8月、2017年9月，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）、中國電子技術標準化研究院逐步發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構（版本1.0）》、《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書》、《工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)白皮書》。2017年11月27日，國務院發(fā)布了關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見。主要任務：夯實網(wǎng)絡基礎、打造平臺體系、加強產(chǎn)業(yè)支撐、促進融合應用、善生態(tài)體系、強化安全保障、推動開放合作。四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用場景及案例應用案例：海爾工廠依托COSMOPlat平臺實現(xiàn)生產(chǎn)流程優(yōu)化1、基本情況及問題：在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，海爾一個成品在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過OMS（訂單管理系統(tǒng)）、OES（原裝配件供應商管理）、APS（高級生產(chǎn)計劃排程）、ERP、MES、WMS（倉庫管理系統(tǒng)）、LES（物流執(zhí)行系統(tǒng)）等多套系統(tǒng)。由于系統(tǒng)間信息互聯(lián)互通不充分，導致如下問題：生產(chǎn)過程中對資源制約因素無法量化或可視化；從訂單排程到生產(chǎn)制造中間有多個環(huán)節(jié)需要人工溝通，造成時間上的浪費和信息的不對稱；生產(chǎn)過程中的異常，上層系統(tǒng)無法做出實時響應，導致異常停線時間超預期；物料信息不匹配，無法支持智能拉料；上游供貨信息與生產(chǎn)信息不對稱，間接導致提前備料，增加庫存成本等。（平臺：http:///#/dashboard）案例來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書，2017.四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用場景及案例應用案例：海爾工廠依托COSMOPlat平臺實現(xiàn)生產(chǎn)流程優(yōu)化2、項目方案：1）、工廠數(shù)據(jù)互通互聯(lián)。為了實現(xiàn)各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，加強生產(chǎn)過程中的信息共享能力，提高生產(chǎn)效率，降低庫存成本，海爾集團啟動了COSMO-IM項目，打造適應大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的MES系統(tǒng)，通過COSMO-IM平臺整合生產(chǎn)相關系統(tǒng)，如PLM、ERP、SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))等?；跇I(yè)務系統(tǒng)整合與集成，完成了制造端統(tǒng)一的業(yè)務處理，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流轉。（平臺：http:///#/dashboard）2）、物料智能管理。COSMO-IM集成SRM(供應商關系管理)、WMS、HMQM（來料質(zhì)檢）、GVS（收貨）等系統(tǒng)，通過對業(yè)務數(shù)據(jù)打通以及業(yè)務流程整合，由以前的外部物流集中入廠，改變?yōu)楫斍盎谏a(chǎn)計劃安排外部物流有序進廠。四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用場景及案例應用案