分析物聯網在工業4.0中的運用

霍冬華

摘 要 信息技術研究不斷深化，應用的范圍在不斷擴大，在此基礎上，物聯網應運而生。物聯網是互聯網應用的發展和延伸，實現了互聯網價值更為充分的發揮。工業在技術進步的基礎上實現了進一步的發展，由此邁入了全新的階段。工業4.0是德國政府確定的未來發展項目之一，被譽為第四次工業革命，是以物聯網為基礎，目的是實現工業發展的智能化和數據化。從工業4.0的具體分析來看，物聯網在其中發揮了關鍵性的作用，分析其具體的應用，可以為物聯網在工業發展中的具體實踐提供指導，文章就物聯網在工業4.0當中的運用做具體分析，以供參考。

關鍵詞 物聯網；工業4.0；運用

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）208-0085-04

工業發展對于社會的進步和發展有著重要的意義，所以積極的利用技術實現工業進步現實意義顯著。從具體的分析來看，第一次工業革命利用蒸汽動力實現了社會生產力的大發展，由此將世界帶入了工業化社會的當中[ 1 ]。第二次工業革命以電力為基礎實現了社會生產力的進一步提升，使世界進入了電氣化文明當中。第三次科技革命以計算機技術為基礎，實現了工業發展和社會的智能化、自動化，明顯提高了社會生產的效率和質量。現如今，物聯網的發展和應用使得工業趨向于智能化和高效化，所以說其可以稱之為第四次工業革命[ 2 ]。由上述的分析來看，每一次的工業革命都會有技術的進步和提升，工業4.0作為第四次工業革命，其代表性的技術便是物聯網。分析物聯網在工業4.0當中的運用，這不僅可以更加深入地認識物聯網技術，更可以對工業4.0做全面性的認識和分析。

1 基本概念的分析

1.1 物聯網

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。其英文名稱是：“Internet of things（IoT）”。顧名思義物聯網也是互聯網，只不過其實現的是物物的相連。就物聯網的具體分析來看，其包涵兩層含義[3]，第一是互聯網是物聯網的核心，物聯網是在互聯網的基礎上發展和壯大的，即物聯網是互聯網應用范圍上的延伸。第二是物聯網將互聯網的利用延伸擴展到了任何產品之間，也就是說物物之間也能夠進行信息交換和交流。從物聯網的具體利用來看，其使用的技術較為多樣，其中包含了智能感知和識別技術、普適計算等通信感知技術。正是因為物聯網的利用實現了社會生產的大進步，因此也被稱之為信息產業發展的第三次浪潮。物聯網是互聯網的應用拓展，與其說物聯網是網絡，不如說物聯網是業務和應用。因此，應用創新是物聯網發展的核心，以用戶體驗為核心的創新2.0是物聯網發展的靈魂。圖1是物聯網的基本體系結構。

從目前的具體分析來看，對物聯網的研究在不斷的加深，物聯網在社會生活的應用也在不斷的拓展。現階段，物聯網在工業生產，物品傳遞以及其他領域已經得到了較為廣泛的應用，這種應用提升了物品信息掌握的準確性，工業生產的智能化程度明顯的提高，生產效率和質量都在不斷的提升[4]。從具體的總結來看，物聯網的應用實現了工業生產中信息追蹤的準確性，有效降低了工業生產的成本。

1.2 工業4.0

工業4.0是由德國政府《德國2020高技術戰略》中所提出的十大未來項目之一。從該項目的具體發展來看，其由德國聯邦教育局以及研究部和聯邦經濟技術部共同支持，總投資達到了2億歐元。從具體的目的來看，該項目的建設主要是要提升制造業的整體智能水平，從而構建起具有較強適應性和資源利用率的商業伙伴。分析該項目發現，項目的實施與技術利用有著不可分割的關系，而其中利用的核心技術便是網絡實體系統和物聯網。基于該項目對工業的智能化改變，所以其又被稱之為第四次工業革命，工業4.0的概念由此而來。簡單來講，該項目的實施通過信息通訊技術和網絡空間虛擬系統的結合實現了制造業的智能化轉型[5]。

就當前的具體分析來看，工業4.0在不斷發展的過程中已經步入了中德合作的新時代，目前，中德雙方簽署了《中德合作行動綱要》，這份合作綱要中有關工業4.0的內容一共涉及四條，其中有一條明確指出工業生產的數字化也就是“工業4.0”的發展會全面的促進中德經濟向前推進。從目前的工業4.0具體分析發現其具有3個主題[6]，其一是進行“智能工廠”的建設，即實現生產化過程和系統的智能化發展。其二是“智能生產”，即在整個制造業的生產過程中，將行業資源進行全面的整合，從而使行業中的企業同時成為行業發展的參與者和受益者。其三是“智能物流”，所謂的智能物流主要指的是通過互聯網、物聯網、物流網實現資源的整合，從而使得物流的供應效率實現較大提升，從而加快企業獲得物流支持的匹配速度。

2 物聯網在工業4.0當中的應用

從上文的具體分析來看，工業4.0的實現是以物聯網技術為基礎的，所以分析工業4.0的發展會發現處處都是物聯網應用的影子。就現階段的實踐總結分析來看，工業4.0當中的物聯網應用主要體現在五個方面，以下便是工業4.0當中物聯網具體應用的系統機構圖和具體的分析[ 7 ]。

2.1 生產設備的互聯

從目前的具體分析來看，隨著自動化、智能化的發展，工業生產中的程序化特征會更加的顯著。在工業4.0不斷推進的過程中，必然會有大量的終端控制設備以及數據終端程序進入到生產的控制當中實現對生產網絡的控制。就目前的預測分析來看，到2025年左右，1 000億物理終端會在生產控制當中進行運用[8]。面對如此龐大的設備群，如何實現其有效的連接是目前研究的一個重點。從傳統的連接來看，物理纜線要實現如此大規模的物理終端連接，即使不進行成本的考慮，僅僅是線路布設就困難重重，所以傳統的物理連接方式不適用于工業4.0的發展。

物聯網行比于傳統的物理連接方式，其具有明顯的層次性特點，即在具體的利用中，利用物聯網的網絡層技術對復雜的布線做科學的設計，這樣，不僅布線的成本問題得到很好的解決，線路布設的繁瑣與復雜問題也得到了很好的解決。從現階段的分析來看，在生產設備的互聯當中，主要使用的物聯網網絡層技術較為多樣，像WiFi技術、藍牙技術、UWB技術以及NFC技術等都是主要的利用技術[ 9 ]。通過這些技術的使用，當有終端需要聯網的時候，企業只需要為終端安裝無線通信模塊，終端設備的聯網即可以實現。

2.2 物品識別的定位

從工業4.0的具體發展來看，其突出的特點是實現產品的個性化定制，而就此特點的實現來看，其需要企業對客戶的需求做全面的了解，對訂單的管理做全面性提升，對原材料的采購以及半成品和成本的具體生產環節做跟蹤性的分析[10]。為了實現上述目標，對各個環節要進行標識，這樣，企業可以了解產品生產的具體環節，從而對其生產的過程做控制和調節。舉個簡單的例子，在某產品的定制過程中，客戶突然有了時間提前的需要，此時，利用對各環節的標識可以分析其實現的可能性，根據這種可能給予客戶準確的回答會給客戶更加可靠的感覺。如果沒有做物品識別的定位，具體準確的分析無法完成，對具體工作狀態的分析和評估會出現較大的差異。

物聯網技術的利用不僅能夠實現物品識別的定位，還可以實現物品管理的定位。當產品生產出來進入倉庫后，利用物聯網技術對產品做二維碼等掃描，這樣，產品的具體信息可以體現在包裝標簽上[ 1 1 ]。產品的入庫、儲存、出庫、配送等都在標簽信息的基礎上實現識別和定位，產品的準確物流信息、管理信息會反映到企業的整體系統當中。綜合來講，利用物聯網技術實現物品的識別并對其做定位分析，可以實現其管理的科學性和準確性。

2.3 智能物流

在工業發展的過程中，物流建設是需要重視的一部分內容，因為物流的投入對整個工業發展的成本控制有著重要的影響，所以積極的分析物流構建的方式，實現其智能化發展意義重大。從物聯網的具體利用來看，其能夠實現智能物流的發展，從而建設高效且低成本的物流鏈，進而控制工業制造的成本。就智能物流中物聯網的利用來看，主要體現在以下3個方面[ 1 2 ]：

第一是在供應鏈管理方面，從工業4.0的未來發展來看，其生產商、銷售商、原料供應商等會所定在一個相對封閉的系統當中，在這個系統中，利用物聯網實現物品當前狀態的獲取，這樣便于各個環節物品的供應針對，從而提高供應的準確性。

第二是物流智能配送中心方面。利用物流網技術將產品的具體電子信息以二維碼等方式貼于產品表面，通過對該貨物的實時追蹤和記錄，再結合物聯網管理信息系統，這樣，貨物的出庫、盤點、配送等可以實現一體化。一體化的管理明顯的提升了物流配送的效率，其質量也有了進一步的提升。

第三是可視化管理方面。在實際利用中，使用物聯網的傳感器網絡技術對車輛進行監控，這樣，車輛的位置和狀態信息可以通過網絡傳輸系統進入到智能管理系統的當中，用戶以及管理人員利用終端做登錄便可實現對具體物品信息的查詢和了解。簡言之，物聯網技術的使用使得智能物流的發展更加的迅速。

2.4 環境污染監測

從現階段的具體分析來看，綠色生產已經成為了社會共識，所以在工業發展的過程中，推進綠色工業的發展勢在必行。工業4.0作為未來發展的重要項目，綠色生產是必須要堅持的內容，所以在具體的生產制造過程中，利用物聯網技術做好環境污染的檢測十分的必要。就目前的具體分析來看，在工業4.0的發展中，物聯網技術的利用對于環境污染檢測有兩方面的突出意義：

第一是物聯網可以實現污染數據的實時檢測。在傳感器網絡的污染節點當中進行網關和監控中心的布置，可以及時的獲取監控污染物的排放數據，對比分析監控指標可以發現污染物的合格性。總之，通過物聯網的利用，在工業制造中的環境污染監控會更加的及時[13]。

第二，物聯網的利用可以實現遠程污染口的關閉。從文中的分析可知物聯網是互聯網的深化和延伸，所以互聯網具備的功能物聯網也同時具備。利用物聯網布設監控區域和監控中心，及時的獲取污染排放數據，對比排放數據和標準的差異性，針對與標準存在重大差異的污染排放點，利用物聯網的遠程控制程序對該排放點做及時的關閉處理，這樣可以避免污染事故的突然發生。簡言之，物聯網技術的利用不僅實現了污染檢測的遠程監控，而且實現了污染排放的遠程控制，這會強化工業4.0發展中的綠色制造。再者，利用物聯網，相關的環保部門以及相關的機構在進行環境評估和預測時會更具準確性和效率性。

2.5 智能工廠安全系統

從目前的具體分析來看，在工業4.0的發展過程中，威脅其發展的重要問題是安全，所以必須要對工業4.0發展過程當中的安全問題做具體的分析。物聯網的應用實現了工業4.0安全發展問題的解決，具體表現在兩個方面：

其一是利用物聯網可以實現人員出入的控制。從具體的分析來看，在智能工廠當中，出入企業的人員配置智能一卡通，人員在進出的時候利用一卡通做鑒權認證，這樣，外人的隨意進入可以實現有效的避免。對于企業的核心區域，要進入區域需要進行二次授權和認證，這樣，企業的安全可以實現層層保護。再者，利用物聯網構建企業監控系統，同時在系統當中進行圖像識別、人臉識別以及報警系統的設置，這樣，整個工廠的安全控制效果更加的突出。

其二是利用終端接入控制進行網絡安全的保護。就企業的具體運行來看，網絡安全對于企業的影響十分的重要，所以需要對網絡安全的控制做全面性的強化。在工廠的網絡利用中，要進行終端接入，需要對接入終端做授權或者是物理地址的認證，只有在認證成功之后，網絡才能夠實現接入，否則拒絕網絡的進入。通過這樣的網絡終端控制，非法終端的接入被有效的避免，網絡的安全問題得到有效的保證[14]。

綜上所述，通過人員的進出控制和終端的接入控制，智能工廠在具體的運行中表現出更強的安全特性，這可以有效解決工業4.0發展中的安全威脅。

3 對于物聯網以及工業4.0的建議和思考

上文具體分析了物聯網以及工業4.0，并對工業4.0發展過程中的物聯網利用做了全面的研究，從分析中可以發現，物聯網的利用對于工業4.0的推進幫助巨大。基于此，在工業4.0的未來發展中，物聯網的具體利用需要做兩方面的提升。

第一是物聯網的研究要持續的深化。從目前的分析來看，物聯網的重要性顯著，但是具體的技術還在發展當中，也就是說現階段利用的物聯網還存在著缺陷和不足，而這些缺陷和不足是需要用技術提升做補充的，因此在物聯網的深化應用中，需要對具體的技術做深入性的分析和開發，這樣，物聯網會在更先進技術的基礎上實現進一步的提升。物聯網的技術提升，缺陷和不足得以改善，具體的利用效果會更加的顯著，價值體現更加充分[15]。

第二是要做物聯網相關的專業性人才培養。物聯網作為工業4.0發展過程中所依賴的重要技術，其價值要得到發揮必須要有專業的人才來實施。從目前的分析來看，因為物聯網的發展尚短，具體的專業性人才培養為形成規模，所以在未來的工業化4.0推進中，人才會成為制約物聯網利用的重要因素。基于這樣的認識，在目前的物聯網利用中，一方面總結經驗和理論，另一方面總結技術實踐與方法，從而形成系統的物聯網培養體系。利用此體系做物聯網專業技術人才培養的框架，規模化培養物聯網人才，物聯網在工業4.0推進中的效果會有進一步提升。

4 結論

工業4.0是未來工業發展的主要趨勢，而在工業4.0的發展中，物聯網是基礎，所以為了實現工業4.0的認識深化物聯網具體價值的全面性認知，需要對這兩個概念做全面性的解讀。本文所分析的二者的概念以及物聯網在工業4.0當中的運用，其根本目的是為工業實踐進步提供具體技術利用的指導和參考。

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