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物联网产业发展与工业自动化的应用分析

2019-07-20 10:54栏目:创业
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  按照新兴产业发展规律来看,从概念起源至进入规模发展前期大约需要十年左右的时间。中国物联网产业经历十年研究积累,产业开始起步,技术标准、企业发展以及市场培育多角度都印证了这一点。在技术标准上,国内外相关标准研究组已经成立,逐步转向工作组状态,即物联网标准研究正从框架性协议向实际内容进发。在企业发展上,目前国内缺少物联网的龙头企业,中小型企业居多,小、杂、散,核心技术缺乏,但大型企业开始关注,寻找进入物联网领域的抓手。在市场培育上,用户对于技术陌生,需要联盟以及行业组织的引导。可以说,物联网领域机遇与挑战并存,选择适当的进入领域、选择适当的切入点是企业和产业发展的当务之急。

  物联网产业链由应用解决方案、传感感知、传输通信、运算处理四大关键环节构成,并以应用解决方案为核心。从产业链构成的角度,物联网是以应用解决方案为核心,以应用解决方案、传感感知、传输通信、运算处理为关键环节的集成创新价值链。其中,应用解决方案是核心,物联网在一个相当长的时期内,都将是面对某项具体的应用而存在的。

  应用创新、产业形成期--未来1至3年,公共管理和服务市场应用带动产业链形成。未来1至3年,中国物联网产业处于产业的形成期。物联网将以政府引导促进、重点应用示范为主导,带动产业链的形成和发展。产业发展初期将在公共管理和服务市场的政府管理、城市管理、公共服务等重点领域,结合应急安防、智能管控、节能降耗、绿色环保、公众服务等具有迫切需求的应用场景,形成一系列的解决方案。随着应用方案的创新、成熟和推广,带动产业链的传感感知、传输通信和运算处理环节的发展。

  技术创新、标准形成期--未来3至5年,行业应用标准和关键环节技术标准的形成。在公共管理和服务市场应用示范形成一定效应之后,随着下一代互联网的发展以及移动互联网的初步成熟,企业应用、行业应用将成为物联网产业发展的重点。各类应用解决方案逐渐稳定成熟,产业链分工协作更明确、产业聚集、行业标准初步形成。随着产业规模的逐渐放大,传感感知等关键环节的技术创新进一步活跃,物联网各环节的标准化体系逐步形成。

  服务创新、产业成长期--未来5至10年,面向服务的商业模式创新活跃,个人和家庭市场应用逐步发展,物联网产业进入高速成长期。未来的5到10年,基于面向物联网应用的材料、元器件、软件系统、应用平台、网络运营、应用服务等各方面的创新活跃,产业链逐渐成熟。行业标准迅速推广并获得广泛认同。各类提供物联网服务的新兴公司将成为产业发展的亮点,面向个人家庭市场的物联网应用得到快速发展,新型的商业模式将在此期间形成。在物联网应用、技术、标准逐步成熟、网络逐渐完善、商业模式创新空前活跃的前提下,物联网产业进入高速发展的产业成长期。

  中国物联网产业的总体规模,预计到2015年将超过1万亿、2020年将超过5万亿。根据对物联网的三个关键细分领域--传感器、RFID、M2M的市场发展数据预测,以传感感知层对整体物联网产业的带动系数5倍计算,预计五年后中国的物联网产业的整体产值将超过1万亿元规模,到2020年,物联网产业的整体产值将超过5万亿元规模。

  中国物联网产业未来发展有四大趋势:即细分市场递进发展,标准体系渐进成熟,通用性平台将会出现,以及技术与人的行为模式结合促进商业模式创新。另外,报告也指出了促进物联网产业发展的三个关键点:制定统一的发展战略和产业促进政策,构建开放架构的物联网标准体系,重视物联网在中国制造、在发展绿色低碳经济的战略性应用。

  我国物联网发展的主要方向和政策措施

  中国大力发展物联网产业的环境已经初步形成。在政府层面,在江苏无锡以外,北京、上海、广东、福建、山东、浙江等信息产业较为发达的区域已经着手制定规划,部分大企业也开始进行市场进入研究。物联网产业发展需要应用牵引与技术创新双轮驱动,即物联网产业的突破不仅仅在技术上,更在应用上。未来可能的几个突破口主要有:

  一是政府资金投入的方向。2010年仍将保持积极的财政政策。考虑到物联网应用中有相当多政府公共管理与服务的领域,在交通、电力、环保、城市信息化等领域,物联网应用将有较快发展,将引发市场快速启动。

  二是公众领域的相对成熟的应用方向。智能家居、感知医护等概念已经获得了长期的市场教育,随着产品与技术的进一步成熟,市场需求将得到进一步的激发。选择适当的细分领域切入将催生出新兴业态。

  三是传统企业的应用方向。物联网应用的一个重要方向是对传统产业的升级改造。部分传统企业将物联网应用集成至自身的产品中,以实现产品升级,提升附加值与市场竞争力,企业自发的发展将产生更多物联网产业相关的延伸产业。

  中国将采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用。这些措施包括:

  1.突破物联网关键核心技术,实现科技创新。同时结合物联网特点,在突破关键共性技术时,研发和推广应用技术,加强行业和领域物联网技术解决方案的研发和公共服务平台建设,以应用技术为支撑突破应用创新。

  2.制订中国物联网发展规划,全面布局。重点发展高端传感器、MEMS、智能传感器和传感器网节点、传感器网关;超高频RFID、有源RFID和RFID中间件产业等,重点发展物联网相关终端和设备以及软件和信息服务。

  3.推动典型物联网应用示范,带动发展。通过应用引导和技术研发的互动式发展,带动物联网的产业发展。重点建设传感网在公众服务与重点行业的典型应用示范工程,确立以应用带动产业的发展模式,消除制约传感网规模发展的瓶颈。深度开发物联网采集来的信息资源,提升物联网的应用过程产业链的整体价值。

  4.加强物联网国际国内标准,保障发展。做好顶层设计,满足产业需要,形成技术创新、标准和知识产权协调互动机制。面向重点业务应用,加强关键技术的研究,建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台,加快关键标准的制定、实施和应用。积极参与国际标准制定,整合国内研究力量形成合力,推动国内自主创新研究成果推向国际。

  物联网在工业领域中的应用

  工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节,可大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业的新阶段。

  物联网的关键环节可以归纳为全面感知、可靠传送、智能处理。全面感知是指利用射频识别(RFID)、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段,随时随地对物体进行信息采集和获取。可靠传送是指通过各种通信网络、互联网随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理是指对海量的跨部门、跨行业、跨地域的数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动的洞察力,实现智能化的决策和控制。相比互联网具有的全球互联互通的特征,物联网具有局域性和行业性特征。

  工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节,可大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,将传统工业提升到智能工业的新阶段。

  从当前技术发展和应用前景来看,物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。

  制造业供应链管理

  物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域,通过完善和优化供应链管理体系,提高了供应链效率,降低了成本。空中客车(Airbus)通过在供应链体系中应用传感网络技术,构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

  生产过程工艺优化

  物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络,在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控,从而提高了产品质量,优化了生产流程。

  产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合,实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。GE

  OilGas集团在全球建立了13个面向不同产品的i-Center,通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控,并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

  环保监测及能源管理

  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。

  工业安全生产管理

  把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中,可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息,将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台,实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

  与未来先进制造技术相结合是物联网应用的生命力所在

  物联网是信息通信技术发展的新一轮制高点,正在工业领域广泛渗透和应用,并与未来先进制造技术相结合,形成新的智能化的制造体系。这一制造体系仍在不断发展和完善之中。概括起来,物联网与先进制造技术的结合主要体现在8个领域。

  泛在感知网络技术建立服务于智能制造的泛在网络技术体系,为制造中的设计、设备、过程、管理和商务提供无处不在的网络服务。目前,面向未来智能制造的泛在网络技术发展还处于初始阶段。

  泛在制造信息处理技术建立以泛在信息处理为基础的新型制造模式,提升制造行业的整体实力和水平。目前,泛在信息制造及泛在信息处理尚处于概念和实验阶段,各国政府均将此列入国家发展计划,大力推动实施。

  虚拟现实技术采用真三维显示与人机自然交互的方式进行工业生产,进一步提高制造业的效率。目前,虚拟环境已经在许多重大工程领域得到了广泛的应用和研究。未来,虚拟现实技术的发展方向是三维数字产品设计、数字产品生产过程仿真、真三维显示和装配维修等。

  人机交互技术传感技术、传感器网、工业无线网以及新材料的发展,提高了人机交互的效率和水平。目前制造业处在一个信息有限的时代,人要服从和服务于机器。随着人机交互技术的不断发展,我们将逐步进入基于泛在感知的信息化制造人机交互时代。

  空间协同技术空间协同技术的发展目标是以泛在网络、人机交互、泛在信息处理和制造系统集成为基础,突破现有制造系统在信息获取、监控、控制、人机交互和管理方面集成度差、协同能力弱的局限,提高制造系统的敏捷性、适应性、高效性。

  平行管理技术未来的制造系统将由某一个实际制造系统和对应的一个或多个虚拟的人工制造系统所组成。平行管理技术就是要实现制造系统与虚拟系统的有机融合,不断提升企业认识和预防非正常状态的能力,提高企业的智能决策和应急管理水平。

  电子商务技术目前制造与商务过程一体化特征日趋明显,整体呈现出纵向整合和横向联合两种趋势。未来要建立健全先进制造业中的电子商务技术框架,发展电子商务以提高制造企业在动态市场中的决策与适应能力,构建和谐、可持续发展的先进制造业。

  系统集成制造技术系统集成制造是由智能机器人和专家共同组成的人机共存、协同合作的工业制造系统。它集自动化、集成化、网络化和智能化于一身,使制造具有修正或重构自身结构和参数的能力,具有自组织和协调能力,可满足瞬息万变的市场需求,应对激烈的市场竞争。

  解决工业领域物联网应用面临的关键技术问题

  从整体上来看,物联网还处于起步阶段。物联网在工业领域的大规模应用还面临一些关键技术问题,概括起来主要有以下几个方面。

  工业用传感器

  工业用传感器是一种检测装置,能够测量或感知特定物体的状态和变化,并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。可以说,没有众多质优价廉的工业传感器,就没有现代化工业生产体系。

  工业无线网络技术

  工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络,综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术,是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术,也是未来几年工业自动化产品新的增长点,已经引起许多国家学术界和工业界的高度重视。

  工业过程建模

  没有模型就不可能实施先进有效的控制,传统的集中式、封闭式的仿真系统结构已不能满足现代工业发展的需要。工业过程建模是系统设计、分析、仿真和先进控制必不可少的基础。

  此外,物联网在工业领域的大规模应用还面临工业集成服务代理总线技术、工业语义中间件平台等关键技术问题。

  从垂直和聚合两个方面推动物联网在工业领域的应用

  物联网的发展进程是一个规模庞大的复杂技术革新过程,可以从垂直和聚合两个方面推动其应用。

  垂直应用是指企业结合自身的特点、行业的特点进行生产过程的控制。垂直应用与行业生产和业务流程紧密结合,通过提供集成化的行业解决方案,为行业内企业的生产管理提供各种服务。如在汽车行业中,产业链环节中的企业各自建立物联网应用系统,感知车辆实时状态,车载控制模块汇聚和发送车辆信息,完成对车辆的控制。

  物联网的应用可以服务于生产流程和设备管理等辅助支持管理,同时高效支撑仓储和物流供应链管理。

  聚合应用是跨行业的应用,是基于公共服务平台的信息化服务。聚合应用是运营商和解决方案提供商以行业用户、家庭用户和个人用户为重点,规模化推广和普及基于物联网的相关业务和服务。如集成应用车载传感网、GPS定位、通信等技术的汽车,可以提供全方位和全天候的检测、导航、娱乐、呼救等信息服务,再通过公共服务平台完成信息维护和综合服务运营。消费者、整车厂、维修商、车辆管理机构均可共享信息和服务,从而进一步完善整车和零部件的设计和工艺流程,实现车辆全生命周期管理。

  物联网应用必须坚持以业务驱动为主,找准工业领域关键环节的切入点

  我国工业领域行业众多,推进物联网应用必须坚持以业务驱动为主,找准工业领域关键环节的切入点。

  当前,可在部分需求迫切、技术成熟、效益明显、带动性强的工业领域,围绕关键环节开展物联网的应用试点,催生和推进中国智能工业的发展。

  装备制造业供应链管理

  借助射频识别等物联网技术实现对装备产品的数字化物流管理,推动上下游协作厂商共同应用先进物流管理技术,建设一个相互支持的装备制造现代物流群,提高整个供应链的协调性,实现现代物流与装备制造的联动发展。

  食品安全追溯体系

  发挥物联网在货物追踪、识别、查询、信息等方面的作用,推进物联网技术在农业养殖、收购、屠宰、加工、运输、销售等各个环节的应用,实现对食品生产全过程关键信息的采集和管理,保障食品安全追溯,实现对问题产品的准确召回。

  石化设备智能测控

  将物联网技术推广应用到石油勘探、开采、运输等环节,建立油井生产智能远程测控系统,实现对石化生产设备的智能测控和管理,促进化工企业的安全生产和科学管理。

  煤矿安全生产管理

  重点应用传感器、无线射频识别、移动通信等技术实现水、火、顶板、瓦斯等煤矿重大危险源的识别与监测,建设和完善安全监测网络系统,提升煤矿安全生产过程的监控和应急响应水平。

  工业排污实时监控

  在化工、轻工等部分高污染行业,支持其智能排污监控系统的建立与完善,实现智能排污自动监控装置、水质数据监控装置、水质参数检测仪等设备的集成应用,对重点排污监控企业实行实时监测、自动报警,远程关闭排污口,防止突发性环境污染事故的发生。