基于物聯網技術的設備管理研究綜述

李昕洋， 李玉光

（華北理工大學管理學院， 河北 唐山 063210）

0 引言

近幾年網絡通信技術、射頻技術、傳感技術等技術的不斷進步，促使物聯網技術也日趨成熟，隨著“中國制造2025”概念的提出，物聯網技術在工業智能制造領域的應用也迎來了飛速的發展[1]。特別是在新冠疫情的影響下，居家辦公的工作模式促使越來越多的企業開始注重遠程運維、遠程設備管理等場景的實現。尤其是連續型生產的鋼鐵行業，通過線上管理模式實現了設備的數據采集、傳輸和分析等功能，管理人員能夠利用遠程協助、遠程登陸等方式實現設備在線故障診斷，節省了故障快速判斷和處理的時間，為設備管理提供了新的思路與方法。

1 基于物聯網技術的設備管理研究現狀

物聯網是以網絡互聯技術為基礎的，實現信息采集、傳遞和處理等功能的技術總稱。從結構上來說可分為：感知層、網絡層和應用層[2]。感知層是指對物體狀態的采集，通過傳感器技術、RFID 技術、定位技術等方法實現對物體運動狀態，運行環境的采集、身份信息的識別，位置信息的確認等全方位的感知。網絡層負責將獲得的物體狀態進行傳遞，簡單來說就是作為媒介將感知層和應用層進行數據聯通，把數據的分析處理從本地化向網絡云端發展。通過云端的處理，能夠使管理者同步獲得本地物體的各種狀態，這對于整個工業發展的方向變革來說是革命性的。應用層主要是分析數據、管理數據和加工數據，并形成有效的策略反饋給管理者去指導實踐。在云計算、云存儲、大數據等技術的發展下，應用層的功能更加豐富和可靠，這也為智能制造領域提供了更具實用性的解決方案。

物聯網技術的創新與實踐，對整個鋼鐵行業在智能制造領域起到了強有力的推動作用，也將帶動企業對資源的有效分配和對管理方式進行變革，使一切更加人性化和智能化[3]。

2 基于物聯網技術的設備管理研究方向的解析

盡管物聯網技術在各行各業都有了應用的案例，但主要還是在智能家居、醫療監控、服務業等行業發展較快，對于工業行業的應用發展較晚，許多具有實質性意義的應用還在探討與嘗試中，目前工業行業對于物聯網技術的應用主要分為以下方面內容，如表1所示。

表1 工業行業物聯網技術的研究內容

物聯網技術的應用主要在設備管理方面，一是對設備全生命周期的管理模式，通過建立設備檔案，完成對設備從采購、上線、維護以及下線的全面監控。設備管理系統經過對大量設備的運行數據進行統計分析，提出針對性較強的管理策略，從而改善企業的設備管理模式，提高整體的設備管理水平；而另一方面，則是針對某個設備或系統的獨立監控，這些系統在數據采集、上傳、模型分析等方面的功能比較完善，管理人員能夠通過系統的App 或小程序實時了解其運行的狀態和重要的參數變化，對于設備維護、生產決策有較大的意義，但各種系統之間往往不能實現數據互通，無法形成數據信息的共享與聯動。

3 基于物聯網技術的設備管理的發展歷程與技術特點

回顧近幾年物聯網技術發展的歷程，其理論和實踐的創新離不開基礎技術的提升。

1）網絡速度的提升。自2010 年以來，隨著4G、5G技術的相繼投入使用，廣域網的速度正逐步實現從MB 級向GB 級的跨越式發展[15]。更快的網絡速度和更穩定的數據傳遞，增加了物聯網技術的可應用性，促使其在工業領域的實施方面有了更多的可能性。將分散在工業現場的數據集合化，是未來數據分析和系統決策發展的趨勢，實現本地與互聯網數據庫的同步功能，是一切云計算、云服務的基礎。

2）傳感器技術的發展。傳感器是感知層的主要設備，由多樣化采集和控制模塊組成[16]。通過傳感器設備作為采集物體狀態的測量系統，其在重復性、再現性、穩定性、偏移、線性等方面的性能都得到了較大的提升，成為越來越可靠的過程控制、系統監測手段。在工業行業，現場設備的狀態感知從傳統的手持式設備已經逐步轉變為能夠將測量結果轉化成標準信號的遠傳式傳感器，實現了數據的連續測量功能。而在無線通信技術的結合下，新型的傳感器能夠將信號傳輸到無線匯聚端，通過PLC 編程解碼將數據通過組態編程顯示在本地計算機中或上傳到網絡中進行共享。傳感器能夠幫助生產、設備管理人員更加便捷地感知物體，全方位地了解生產狀況以及設備運行狀態，對工業控制的精確性、即時性和可操作性帶來了極大的提升。

3）應用功能的不斷豐富。從現場基礎自動化的數據采集到最終實現云端的數據存儲和分析，基于云服務系統通過數字孿生、視覺處理等技術使設備管理更加多元化。通過物聯網技術可以實現物與物，人與物之間的無障礙通信，且能夠適應多種終端特點，實現了在互聯網基礎上進行的拓展和延伸[17]。設備管理人員通過手機客戶端、互聯網能夠實現遠程登錄，查看設備運行情況、維護人員對工作的執行情況，甚至是單臺設備的運行情況，以及根據運行數據獲得最佳的維修建議。

4 基于物聯網技術的設備管理在鋼鐵行業的改革現狀分析

我國的鋼鐵行業正在經歷著由傳統工作模式向智能制造轉變的過程。但由于傳統工業具有大型化、穩定為主等行業特點，智能制造的推進存在整體技術能力薄弱、國產設備落后、投資規模較大等一系列問題[18]。

1）技術能力不完善。在云計算方面仍需要加強與現場工藝、設備的有效結合，使功能的開發更貼近于現場管理。目前一些已經投入使用的設備管理系統，僅僅能夠完成數據曲線的監控，查看實時數據，并不能對數據進行有效的分析。究其原因，還是技術體系的構建不夠完善[19]，缺乏統一的標準。

2）投資規模過大。鋼鐵企業采用的技術以穩定為主，有些功能不具備網絡上傳甚至是不具備本地網絡監控的功能。因此推進物聯網技術在鋼鐵行業的全面發展是需要技術和資金的支撐。當前已有很多企業開始了探索和應用，如寶鋼冷軋車間積極推進無人化智能生產車間、倉儲車間的應用。柳鋼利用智慧物流云平臺實現了運輸定位監管、物流管理服務等功能。多家鋼鐵企業正在建設基于大數據的生產管控平臺[20]。

3）網絡安全問題。數據共享是實現物聯網技術最重要的環節，無論是設備故障本身還是程序的漏洞，都有可能被黑客攻擊造成信息的泄露，甚至是對生產設備帶來災難性的影響。因此物聯網技術的推進需要嚴控風險，一方面要精研技術創新和進步，一方面要提高物聯網用戶的信息安全認知度，樹立風險管理意識[21]。

5 基于物聯網技術的設備管理發展難點

目前國內學者或企業管理人員對物聯網技術的應用正在積極推進。特別是在工業設備管理方面，在智能制造的引領下，擁有了較快的發展空間，但仍然存在幾個難點：

1）盡管工業企業對于推進物聯網技術進行了大量的嘗試，但是在以改造為主的企業，仍然面臨著例如系統兼容性差、網絡覆蓋率低以及數據分析不夠深入等問題需要解決。

2）對于新建的工業生產線，具備了較好的建設基礎，能夠實現合理的監測點規劃，但從項目的投控角度而言，物聯網技術屬于附加性功能，往往在初設階段被忽略或分配投資額較低，導致整體設備選型較差，功能不全面。

3）在整體規劃方面，往往能夠滿足現階段的使用功能，但缺乏統籌性和前瞻性的規劃。存在測量點布局不夠，數據采集機配置較低，數據功能單一等問題，因此從管理角度提高規劃能力，增加橫向技術交流也十分重要。

6 結語

企業管理人員和設備維護人員更好地通過網絡手段實現對本地設備進行實時監控，并根據數據變化提早做出應對、決策或對故障的原因做出分析和處理，是學者和企業人員需要不斷嘗試與探索的。這對于工業行業而言，特別是鋼鐵等連續型運轉行業意義重大。