工業物聯網技術及其應用研究分析

上海眾達信息產業有限公司 姚鐘麟

伴隨著信息技術的不斷升級和發展，物聯網實現了各個行業的交叉互聯，能搭建更加合理且完整的工業現代化支撐結構，提升信息交互和數據傳輸的規范性水平，共同組成良好的工業運營空間，實現經濟效益和社會效益的雙贏。

一、工業物聯網技術概述

（一）基本架構

工業物聯網技術體系在實際應用中，基于M2M的架構模式應用最為廣泛，主要組成層級分為感知層、網絡層和應用層，涉及智能物流、智能工業自動化控制，甚至在國防軍事中也有所涉獵。

（二）技術要點

1.傳感器技術

在工業物聯網體系中，傳感器技術是最為關鍵且基礎的技術模型之一，借助傳感器打造更加智能且高效地交互模式，維持信息和數據的兼容性，并且智能信息采集工作也在不斷升級，能為工業物理網技術應用方案的全面進步提供保障。

2.設備兼容技術

一般而言，企業工業物聯網技術體系都是基于原有的工業系統建立兼容性更強的物聯網控制模式，在這個過程中，兼容性的優劣就是評估物聯網應用效果的主要指標。在我國，較為常見的兼容模式就是協議和OPC協議等，能在應用過程中兼顧傳感器的兼容性，并且打造完整的控制模式，對應廠商也針對協議對控制器和傳感器予以研發處理[1]。

3.智能網絡技術

網絡技術方案主要分為有線網絡和無線網絡。工業無線傳感器網絡模式是借助無線傳感器完成的數據傳輸和組網管理，從而保證功能擴展效果切實有效，打造更加完整的信息交互處理機制。而對應的有線網絡技術，無論是技術方案還是應用狀態都較為成熟，實現了不同運用場景的驗證分析。

4.信息處理技術

在工業信息全面增多的背景下，要對工業生產中產生的大數據予以合理歸類管理。針對大數據的處理方式較多，利用用戶行為建模分析以及環境數據對比分析都是較為有效的處理機制，能打造更加和諧的人機互動、人人互動、機機互動體系，著重反映出工業生產過程中的細節變化情況，確保工業策略和指導工作等順利落實。

二、工業物聯網技術具體應用

基于信息化數據應用模式，匹配信息化專家、自動化智能設備后，共同打造更加和諧的智能工業化升級方案，確保工業企業戰略發展規劃和實際管理相匹配。

（一）打造安全工業環境

為了順應工業物聯網技術的應用要求，要匹配對應的元件和物聯網控制模塊，保證相關工作都能順利落實，提升聯結裝置的應用效率。在企業工廠內安裝危險源感知測試裝置，建立工業現場分布式信息系統，從而保證信息收集和統一匯總的規范性[2]。并且，借助系統就能實時監控工業現場的可燃性氣體、粉塵濃度等參數，以保證綜合分析管控的規范性。例如，若是現場出現危險，借助聲光控制元件、PC以及移動終端，就能及時完成信息匯總分析，從而在一定程度上減少現場事故的危害。

另外，在建立分布式監測點預警機制的過程中，能對工業現場環境予以實時監督和管理，若是預測工業現場區域可能會出現危險或者是安全隱患，就會借助聲光短信及時通知相關搶修人員，保證智能物聯網技術并行環境中能有效利用自動控制模塊，對現場的氣源和通風設備予以智能化啟停[3]。

（二）落實預測性維護

為了保證設備管理工作的基本水平，減少故障問題對其綜合應用產生的影響，要打造更加合理且可靠性、穩定性高的預測性維護項目管理模塊，以保證相關工作都能順利開展。圖1為某石化企業塑料事業部設備狀態監測系統圖，通過該系統實現重要設備健康狀態的實時數據采集，為技術人員在線診斷提供及時可靠的信息，為實現設備狀態實時監控、預防性維護及數據深度分析奠定基礎。健康狀態監測系統基于現場無線網絡通過OPC協議傳送的現場設備運行狀態數據分析及預警，為設備技術人員提供實時在線數據支持及分析，從而提高整個塑料部設備可用率及可靠性。該系統包括裝置和工業平臺構建的相關信息，保證設備的健康管理預測性維護系統的合理性。利用旋轉機械故障診斷和往復式機械故障診斷、模擬狀態分析診斷、振動與噪聲分析診斷等模塊，就能更好地提升設備管理效率，減少設備故障問題對工業物聯網技術產生的影響。

圖1 基于工業物聯網的設備管理平臺

（1）邊緣計算模塊。主要是提取故障特征值，并且配合機械物理信號預處理實現綜合管理，同時也能實現設備數據時域分析和設備數據小波分析，保證計算結果能為物聯網實時性應用管理提供保障[4]。

（2）信號采集和信息數據處理模塊主要是應用對應的元件完成信息的集中管理。

（3）傳感器匹配模塊可適配不可廠家的振動、溫度、壓力等傳感器，從而減少投資，保障系統的兼容性。

（4）專家庫和故障識別模塊要結合狀態識別和專家系統建立故障問題的集中分析，并且有效維持工業物聯網技術應用的規范性，打造更加完整的信息管控平臺。與此同時，配合機械設備自回歸模型實現實時監督。

（5）網絡傳輸主要是建立工業通訊單元、網絡安全監管單元以及網絡發布管理單元。

（6）云服務模塊使用云存儲技術實現大數據的預測維護分析以及設備的健康管理。

（三）“軟件+機器”工業模式

在工業物聯網技術體系中，能真正意義上實現柔性制造線的管理，借助對應的關鍵系統就能替代超過60%的人力作業，配合加工中心、自動化物流技術以及信息控制軟件技術等維持綜合管理的效果。

與此同時，實現“機器人+視覺”處理系統，也能為工業物聯網技術方案中建立物流自動化產品管理機制提供保障。

（四）數據可視化模式

對于工業物聯網技術發展工作而言，建立完整的數據分析和信息交互平臺，能為工業企業領導層作出更加合理高效地決策提供保障，打造精準管理模式，配合實時性OEE以及MES等單元，打造完整的可視化控制平臺，優化技術應用效果。

第一，生產管理。主要是對設備在線進度以及對應的派工、排程等環節予以分析，建構完整的資源管理機制，維持綜合管控效果。并且能建立上下線回報單元和過程數量匯總單元，及時管理進度[5]。

第二，系統資源管理。要匹配資源應用率的分析和管控工序，及時進行設備預測維護和系統資源實時性監督等。

第三，建構生產數據云端整合分析模式，確保智慧預測的規范性。例如，廠務能源管理、設備自動化、設備監視診斷和效益優化、MES整合、機臺監診和預防保養等，共同實現生產應用管理結構。

第四，建立智慧工廠模式。（1）實現端對端集成處理，配合產品全生命周期，維持獨立產業鏈，一般呈現出網狀結構，應用和實現存在一定的難度。（2）實現橫向集成處理，從企業所在的產業鏈入手，確保能更好地維系企業——供應商——經銷商——客戶的產業鏈條，維持數字化產業鏈應用效果。（3）實現縱向集成，從企業邊界入手，打造更加合理的智能化處理模式，維持數字化企業和智能化工業發展的平衡[6]。

三、工業物聯網技術應用前景

伴隨著物聯網技術的不斷發展和進步，工業物聯網應用模式也將實現多元發展目標，建構更加合理且高效地應用體系，從而提升經濟效益。

（一）生產過程工藝優化

將物聯網技術全面應用在工業體系中，不僅能對常規化運營予以管理，還能將其應用在生產過程中，匹配數據監測模塊、數據采集和生產過程監測模塊，維持更加合理的資源應用結構。提升人力資源利用率的同時，還能減少生產過程中資源的浪費，為成本優化提供保障。生產過程中，借助物聯網技術進行全方位監督管理，可保證生產過程更加優化。

（二）制造業供應鏈智能化管理

在工業物聯網技術中融合大數據挖掘技術，能更好地掌握相關產品的基礎信息，配合物聯網信息管理模式，有效制定預測分析方案，預測商品價格的市場走向以及市場供應要求，保證客戶滿意度得以提升。工業物聯網技術的推廣，能為制造業供應鏈體系的全面發展提供支持。

（三）環保監測

工業發展和環保管理工作一直受到廣泛關注，借助物聯網技術能建構完整的產業鏈管理結構，將物聯網技術和環保設備予以實時互聯，就能對企業生產產生的有害物質以及排放量等予以實時性監測分析，減少環境污染問題造成的負面影響。

四、結束語

工業物聯網技術的全面推廣和應用具有非常重要的時代意義和價值，要著重發揮各個模塊的應用優勢，共同引領工業向智能化、現代化、數字化發展，在科研技術和管理水平全面進步的同時，實現經濟效益、環保效益、社會效益的共贏。