工业物联网调研报告

第一章专业背景

1.1工业物联网背景

随着信息技术的飞速发展，网络涉及的领域持续增多，人们对于网络的依赖性越来越大，网络已经成为现代社会不可缺少的一个组成部分，工业物联网是信息技术积累到今天的一个发展机遇。

目前，工业物联网已经在多个领域得到应用，如电气自动化、智能家居、智能电网、智能交通、医疗服务、农业环境监测、物流配送等。工业物联网有着巨大的市场和发展潜力，工业物联网产业链如图1-1所示。

图1-1物联网产业链

然而，目前工业物联网产业链中存在一定问题，制约着工业物联网产业的发展，具体问题如下：

(1)由于各个行业间存在差异，一般情况下，一个工业物联网

业务集成商仅仅关注一个具体的行业，同时限于供应商供货的时间，使得项目周期过长；

(2)行业用户初期投资大；同时，技术标准不统一使得用户很

难重新选择其它厂商的产品；

⑶客户修改量大、产品通用性差等问题使得工业物联网设备

提供商部署、维护工作量大；

(4)网络运营商只能提供通信通道，不能充分发挥其优势所在；

(5)终端的非标准化使得应用开发商只能绑定某一终端厂商

作为供应商，这样缺乏竞争机制，而且应用开发商受终端供应商的限制。为解决上述问题，业界提出将工业物联网业务构建在标准平台上的思路，如图1-2所示。该方式的特点是：提供标准化的工业物联网终端管理平台，各类工业物联网的业务应用构建在这个平台一般是运营商部署物联网终端管理平台。

图1-2工业物联网终端管理平台的构建模式

这种建设方式的优势是:

(1)有利于实现各种工业物联网应用之间的互联，支持业务联动；

(2)简化工业物联网应用开发，易于快速推出工业物联网业务应用；

(3)降低工业物联网应用的开发成本，加快工业物联网业务发展速度；

(4)易于发挥运营商优势，构建完整的价值链，实现工业物联网业务的可运营、可管理、可持续发展；

(5)利于一个工业物联网终端设备提供信息给多个物联网应用。

1.2工业物联网的现状

美国权威咨询机构FORRESTER预测，工业物联网将会是下一个万亿级的业务，工业物联网的研究、应用和发展为下一代信息技术变更起到了重要作用，掌握工业物联网世界的话语权，不仅体现了技术领先。

工业物联网产业一方面可以提高经济效益、节约成本；另一方面可以为全球经济复苏提供技术动力。工业物联网应用将使电网、供水系统、建筑、桥梁、隧道、大坝、公路、铁路、油气管道等各种物体被普遍连接，形成工业物联网应用。工业物联网推广将成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无限的发展机会。依据目前对工业物联网的需求，在近年内市场就需要按亿计的传感器和电子标签，这将推进信息技术相关元件的生产，同时增加社会就业机会。

第二章工业物联网专业相关课程

2.1工业物联网的相关关键知识

图2-1工业物联网的关键知识

1传感器技术知识

信息的泛在化对工业的传感器和传感装置提出了更高的要求。

微型化：元器件的微小型化，节约资源与能源。

智能化：自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术。

低功耗与能量获取技术：电池供电，用阳光、风、温度、振动。2通信技术知识

其中具体包括：调制与编码技术、自适应跳频技术、信道调度技术、通信协议多样性、多标准有线及无线技术。

3网络技术知识

组网技术：网络路由技术、互联技术、共存技术、跨层设计与优化技术。

网络管理与基础服务技术：低开销高精度的时间同步技术、快速节点定位技术、实时网络性能监视与预警技术、工业数据的分布式管理技术。

4信息处理技术知识

海量信息处理:工业信息出现爆炸式增长，构建集海量感知信息，获取、高效融合、特征提取和内容理解为一体。

实时信息处理：工业流程监视与控制需求。

新型制造模式：多源异构感知信息融合。

泛在信息处理服务与协同平台：设计、制造、管理过程中人- 人之间、人-机之间和机-机之间的行为感知、环境感知、状态感知的综合性感知能力。

5安全技术知识

其中具体包括：工业设备控制、网络安全和数据安全，阻止非授权实体的识别、跟踪和访问，非集中式的认证和信任模型，能量高效的加密和数据保护，异构设备间的隐私保护技术。

2.2工业物联网的核心知识

主要是RFID和无线传感器网络（WSN），关键在于RFID和WSN

融合。

RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系

统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重

于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但

一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契

机。

RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：工业物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。

2.3基于工业物联网的现代工业系统体系结构与示意图

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图2-3工业物联网应用示意图

第三章 工业物联网专业人才的需求分析

1、 生产设备互连人才

利用数字化生产设备提供的数据接口，将各生产设备从物理 上连接成一个网络，利用协议转换软件将网络组成一个通用的IP 网络。

• 利用信息平台来设置生产参数，如个数、长度、重量等。 • 自动抄录各种生产数据。 • 按时段自动统计生产量。

• 实现生产工人、生产过程、生产设备、生产数量之间的完 整融合，将这些数据之间的对应关系利用图表的方式显示 出来，一目了然。

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•实时获取和告知生产现场的当前数据。

•计算每台设备的单位时间生产能力，根据这些数据来为每台生产设备设置生产参数，合理配置生产任务。

•与订单管理系统等统一使用完成根据订单自动配置生产任务（升级版）。

2、物品识别定位系统（生产原材料、成品、半成品为固体个

体）人才

利用RFID等识别定位技术来标识生产过程中使用的原材料、半成品和成品，并利用物联网技术将该系统接入计算机网络，完成对物品数量、所处位置、责任人员信息等的数字化管理。

主要功能：

•物品识别，根据企业的管理要求，对不同物品在仓库、车间、成品库等之间的流转进行识别和定位。

•原材料消耗数量的自动统计

•半成品、成品数量的自动统计

•基于RFID的仓库管理

•以仓库为核心实现原材料采购、仓库库存、生产消耗、半成品/成品数量之间的自动核对

•按时段统计原材料的损耗

3、能耗自动检测系统人才

利用有关装置完成对电能、气能、热能消耗数据的自动采集，并将这些系统接入物联网，利用计算机网络提供的信息功

能完成对这些数据的管理。

•按时段自动统计生产过程中消耗的电能、气能、热能等数据，并根据当地收费标准计算出不同时间的能耗成倍支出。

•给出能耗与生产效率之间的对应关系，供生产管理者使用。

•实时给出电、气、热等物理量的特征参数，以帮助对这些物理量有特殊要求的生产过程来改善供能质量。

•能耗、生产班组、生产数量等的图表显示

4、生产设备状态检测和故障呼叫人才

利用生产设备提供的数字按口获取该生产设备的内部参数和运行过程中的动态参数，利用无线传输技术与相应的集中控制装置连接成一个小型的物联网，并利用公众网络将人与设备连接起来，利用信息技术对这些数据进行管理，并根据企业生产管理的要求作出相应的处理。

•实时获取生产现场各生产设备的当前状态

•按时段统计各生产设备的故障率

•故障呼叫，当设备发生故障时，按序分时呼叫相应的设备维护责任人员。

•掉电保持，利用本产品提供的备用电源可保存生产设备掉电时的各种参数，以便上电时恢复生产

5、生产现场重要信息远程告知人才

在生产现场随时会产生与企业管理、企业成本支出、企业发展相关的各种信息，根据企业管理的要求，这些信息应该实时告知各

级企业管理人员，以便企业各级管理人员作出相应的管理工作，做到企业的有序、有据和实时的管理，提高生产管理的实时性，同时企业领导通过对这些信息的获取，也可随时了解企业现状，达到不到现场也能掌控企业。

通过设备互连、物品识别和定位等功能将生产现场的各种信息实时传输至相应的设备，再通过GSM等公众网络实时传送给各级企业管理者的手持设备，以便阅读。

•信息获取

•信息定制

•信息分级管理

•信息传送

•信息回复处理及考核

6、生产配件和产品防盗系统人才

对于生产原材料、配件、成品、半成品为固体个体的企业生产方式，利用RFID等识别定位技术将这些物品接入物联网，根据企业管理要求将物品管理人员的信息利用IC卡等技术接入物联网。实现物品的数字识别、区域定位、人员管理权限、物品与人员的管理区域等管理功能，实现物品流转的有序、有据和有责。

•物品识别和定位，利用电子标签、RFID等实现物品的数字识别和区域定位。

•人员识别，利用IC卡等实现人员的数字识别

•物品、人员、区域关系管理，根据企业管理要求建立严格的

管理人员、物品及其所处区域的关系，做到物品在企业

任何一个区域都能找到相应的责任人，知道其从哪儿来，将

到哪儿去，责任人分别是谁。

•物品流转管理，物品在仓库、生产车间、成曲半成品仓库之间的流转均需通过物品识别和人员权限管理系统，进出配

置固定的RFID识别装置，室内固定存放时配备移动RFID识

别装置，做到进出有据，存放有时，责任到人。

•物品进/出门管理，只有在没有识别标注时物品才能采购进门，只有当物品所有的管理者都释放其权限时，物品才能出

门。

7、生产考核系统人才

一般的生产加工企业生产一线的员工工资都采用计件工资，传统的考核系统采用的是人工抄录、纪录等方式进行的，这种方式费时、费力，且由于人工考核难免融入人情，也就很难做到公正、公平，本系统采用自动采集生产数据，建立生产数据与员工工号之间的对应关系，克服了上述缺点。

•按时采集生产设备的生产数据，对采用数字化生产设备进行生产的企业，可以采用设备互连系统中的生产数据的动态

采集，获取动态生产数量的数据采集，利用数据库系统中的

生产安排，建立生产员工、时间、生产数量的对应关系，完

成员工业绩的统计和考核。

•利用物品识别，统计成品/半成品的数量，建立生产员工、时

间、生产数量的对应关系，完成员工业绩的统计和考核。8、环保监测系统人才

物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。如工业环境监控物联网，它是由包含传感器网络的物联网节点、网关和监控中心或者与网关相联接的工业总线构成无缝连接的一体化网络，能够进行工业遥控遥测、工业现场环境监测，可自动化无线数据采集、自动仪表读取，可监控的信息量丰富，包括温度、压力、湿度、液位、流量、气体浓度、酸碱度等。

第四章总结

本次对工业物联网专业问题进行了调研和分析，提出了工业物联网：

①结合现代物流的时代环境，对工业物联网管理系统进行研究与分析，同时指出现有的物联网系统中存在的问题。

②对RFID技术与WSN技术及其技术优势进行介绍，并对RFID与WSN 在工业物联网系统应用中的融合方式进行了介绍，并提出应用方案。

③物联网环境下数字化仓库中的物品信息通过RFID系统实现无接触的获取，并且仓库内部署的WSN网络通过无线通信的方式传递至网关节点，然后交由中间件系统处理与分析。针对于此，设计了基于物联网的数字化仓库系统体系结构，使得RFID系统与WSN网络可以协同工作，实现仓库内物品信息的共享。

④针对工业物联网系统的特点与需求，对工业物联网系统进行了需求分析、相关算法流程的设计、以及子系统模块的设计，并对底层设备的控制管理方式进行了分析与研究。

⑤为了减轻数字化工业物联网系统分析处理数据时的压力，设计了基于物联网的数字化中间件系统，包括RFID中间件、ZigBee中间件以及与其他中间件交互接口的详细设计，以提高管理效率。