物联网在工业方面的应用

物联网在工业方面的应用字体！格式！字体！格式！摘要近年来，世界各国对物联网在工业上的研究更加深入和系统，“智能制造”和“智能工厂”逐渐受到了人们的关注，工业物联网可以说具有很好的发展前景。工业物联网不再局限于传统的从生产端到消费端，从上游到下游的推进模式，而是从客户的价值需求出发，将大规模定制的批量生产改变为定制性生产，极大的满足了人们的需求[1]。本文主要研究了物联网在工业感知层、通信层、信息处理层、安全管理层的技术在工业中的应用；工业4.0的基本概念和涵盖的内容；物联网在服装和食品行业的应用。通过这些技术和应用，中国的工业发展得到了迅速提升。关键字：感知技术通信信息处理智能化工业4.0TheapplicationoftheInternetofThingsinindustryCaiJiahui ABSTRACTInrecentyears,countriesaroundtheworldhaveconductedmorein-depthandsystematicresearchontheInternetofThingsintheindustrialindustry.Smartmanufactingandsmartfactoriesaregettingpeople’sattention.IndustrialIOTcanbesaidtohavegooddevelopmentprospects.IndustrialIOTisnolongerlimitedtothetraditionalmodeofpromotionfromtheproductionendtotheconsumerend,fromupstreamtodownsteam,butfromthevalueneedsofcustomers,themass-productedmassproductionischangedtocustomizedproduction,whichgreatlysatisfiesPeople’sneeds.ThispapermainlystudiesthetechnologyoftheInternetoftheIOT,thecommunicationlayer,theinformationprocessinglayerandtheapplicationintheindustry.Industrial4.0basicconceptsandcoveredcontent;ApplicationofInternetofThingsinFoodandClothingIndustry.Throughtheresearchoftechnologyinvariouslayers,China’sindustrialdevelopmenthasrapidlyimproved.Keyword:PerceptualtechnologyCommunicationInformationprocessingIntelligentIndustry4.0 目录摘要1ABSTRACT2目录5绪论6课题研究的背景和意义6本课题研究的热点及发展现状6实现工业物联网的四大关键技术7RFID和传感器技术7网络通信技术7信息处理技术8信息安全管理技术8三：工业4.09工业4.0的基本概念9（二）工业4.0的三大主题101：智能工厂102：智能制造113：智能物流11四：工业物联网在各行业的应用12物联网在服装行业的应用12物联网在食品行业的应用13五：结论14六：参考文献15一：绪论（一）课题研究的背景和意义传统工业的生产大多都由人工来完成，多为劳动密集型工业。产品的制造、组装及销售都是由人工来完成，而随着社会的发展和需求的增多，传统工业逐渐暴露出它的弊端；在食品、纺织、日用化工的生产中需要随时测量和计算其温度和含量等参数，一些有毒的化学物质对工作人员的健康有着极大的危害。人工在开采石油或者挖掘煤矿的过程中随时会有生命危险，这对生产效率、成品质量、人员安全有着很大的威胁。而且传统的制造业“批量生产”模式，从生产组织方式、生产车间、生产设备、到零部件采购，库存与销售渠道的整个产业链，都不适应“定制生产”方式，都面临着从制造模式，服务模式到商业模式的全面改造。[1]物联网在工业方面的应用有效的避开了这些弊端，通过在工业生产的各个环节布置大量的传感器感知产品的物理信息和性能，利用各种机器人的功能和计算机网络通信技术来控制每个生产环节，使传统的工业生产走向更加完善的生产方式。将网络信息技术和物联网技术融入到工业生产的各个环节，可大幅度提升制造效率，提高产品质量，降低产品成本和资源消耗。物联网解放社会生产力的作用和效果，应该在工业领域的生产过程，工艺优化管理，制造业供应链管理，环保监测管理，工业安全生产管理，大型设备和人资产管理等众多领域得到充分展示和集中体现[1]。（二）本课题研究的热点及发展现状工业4.0逐渐进入很多产品的制造，工业4.0的个性化生产促使很多企业往智能生产方面发展。很多国家在服装行业中极力的推广物联网的应用，一些企业在生产的服装上贴着特定的标签，标签上面留有产品专门的制作信息和制作过程，顾客可以利用上面的标签，随时查看服装的信息。也可以通过安装在服装上面的各类传感器感知服装的使用情况，比如可以用测含量的传感器测量服装的含毛量。也可以在服装上固定一些控制温度的开关，人们可以根据自己的需要调控衣服的温度。美国康奈尔大学的一个研究小组为了控制人体空气流通，使用了一系列镶嵌在贴身内衣的极小的管道网络，控制热空气和冷空气流通。在它的外面，你可以随心所欲穿自己的喜欢的服装而不怕太冷或者太热。而在食品中的应用则可以使人们更加放心的食用食物，因为可以通过安装在食品中的标签查看食品的新鲜度和营养含量，这种微小的传感器可以在清洗水果时冲走，也就不用担心人们可能误食传感器，物联网在食品工业方面的应用发展势头迅猛。还有很多技术正在被慢慢的运用其它行业中去。2014年11月4日，中国首套工业4.0流水线在第十六届中国国际工业博览会上亮，与工业3.0的流水线只能大批量生产所不同的是，“工业4.0”流水线可以实现小批量、多批次生产，最小的批量可以达到一件，也就是说，可以为消费者定制绝版商品。我国于2015年规定了《中国制造2025》行动计划，《中国制造2025》明确提出，着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。[2]河北提出，未来5年要建成1500个智能工厂、车间；江苏的目标则是到2025年，建成1000个智能工厂，研制并应用1000个首台重大装备，其中50%以上填补国内空白；浙江计划到2020年全省在役工业机器人数量超过10万台[3]。二：实现工业物联网的四大关键技术（一）：RFID和传感器技术车辆制造是典型的大规模生产，传统的条形码难以实现自动感知和动态采集制造生产现场的动态信息，只能识别一类物体，对单个物体无法准确定位。在恶劣的工业生产环境下，条形码容易受到污染或者受损，信息读取时准确度就会下降。且条码信息储存量极小，不能再添加新信息，因此无法记录生产过程中的动态实时数据；通过使用RFID技术，可以识别单个的非常具体的物体，使得每个物体或者零部件都显示出自己独有的物理信息。RFID一般由标签，读写器以及应用软件三部分组成。标签是内存带有天线的芯片，芯片中存储有能够识别目标的信息。每个标签具有唯一的产品电子代码。读写器是对RFID标签进行读、写操作设备，由控制系统和高频接口两部分组成。应用软件是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设计，逐级将RFID原子时间转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。[4]在产品的生产中放置各类传感器，能够及时，精准的记录各个产品的各种参数，使得生产者得到产品的信息，并将此信息储存起来。用户更能每时每刻都了解到产品的信息。（二）：网络通信技术当传感器采集到产品信息后要将信息转化为适合网络传输的数据格式，再将其通过网络通信技术提供给用户。无线通信技术极大的方便了信息的传输。目前，市场上的近距离无线通信技术主要有固定无线宽带（LMDS）接入技术、DBS卫星接入技术、家庭数据通信（HomeRF）技术、第三代无线通信技术、无线局域网、3G通信技术、蓝牙技术等。[5]通过无线数据通信网络把信息自动采集到中央信息系统，实现物品的识别，进而通过开放性的计算机器网络实现信息交换和共享，实现对物品的透明管理，将物品的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。（三）信息处理技术信息处理技术是指用计算机技术处理信息。在传感器采集的海量信息被传输后，需要提取出有用的数据并且将采集的各种信息转化为人们容易明白的信息。云计算系统对大数据集进行处理、分析，向用户提供高效的服务。云计算是对海量的数据进行存储、读取后进行大量分析，数据的读操作频率远大于数据的更新频率，云中的数据管理是一种读优化的额数据管理。[6]（四）信息安全管理技术在信息高速发展的现代社会中，很多企业的生产将采用智能控制技术，这些企业小到生产各种日常的生活用品，大到生产国家军用武器和核武器，还有很多关乎国家生存的企业都逐渐被智能化的生产机器取代。比如在核武器的生产中，有很多技术的应用都需要智能化的机器完成，而每件生产需要的材料都会被贴上各种传感器，传感器都记录了生产过程中用到的关键技术和原材料，传输着各种重要信息。所以在信息的传输过程中就需要做好一切安全措施，一旦被不法分子截获关键技术的信息，将对人民和国家的安全有很大的威胁。由此，在智能化的社会中，做好安全防护对国家和名族的发展有着重大意义。要做好信息的安全防护主要有以下几个途径：1：企业内部应该做好信息的保密工作，确保所有自己得到的信息都是经过加密的。无论数据在哪里保存，也不管数据是如何传送，企业应该确保把加密机制正确地实施到所有的敏感数据。企业也应该做好数据的备份，以防数据的丢失和窃取。2：政府应该加大对信息窃取分子的惩罚力度以减少信息的泄露和篡改。3：在智能化的生产中，我们应该掌握更多信息安全管理的关键技术，并把这些技术应用到实际的生产中去。三：工业4.0（一）：工业4.0的基本概念工业1.0以蒸汽机为标志，用蒸汽动力驱动机器取代人工。但主要元件的生产还是靠人工完成，而且蒸汽的效率要低很多。工业2.0是以生产线为代表的流水线时代，在劳动分工基础上采用电力驱动产品的大规模生产。工业3.0是电子信息化时代，广泛应用电子与信息技术，使制造过程自动化控制程度再进一步大幅度提高，但还是成批生产和大量制造的时代。没有更加个性化和独立的设计和生产。工业4.0是人类历史上第四次工业革命[7],是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一，利用物联信息系统（Cyber-PhysicalSystem）将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化、最后达到快速、有效、个人化的产品供应。[1]通俗来说，就是生产企业为每一位顾客生产顾客想要的产品，按照顾客的要求生产产品。而不是传统的由厂商自己生产产品，顾客在从中挑选。比如人们以前为自己挑选手机可能会去手机专卖店从店里仅有的款式和颜色挑选，而工业4.0的到来只需你描绘出自己想要的风格、颜色、款式，就能够模拟的看到自己设计的手机的初步效果，最终只需将你想要的产品的想法发给厂家，就能得到自己设计的产品，这可能是世界上独一无二的手机。（二）：工业4.0的三大主题1：智能工厂智能工厂是利用自动化的技术，实现工厂的自动化办公，通过智能工厂的办公，能够填补各种漏洞，减少资源的消耗，工人能够选择在任何时间和任何地点工作，改善工人的生活的质量。智能工厂有三大特征：高度互联，实时系统，柔性化、敏捷化、智能化[1]。在智能化的工厂中，每个零部件都通过布置大量的传感器节点高度互联。操作人员可以通过控制一台计算机就实现全部零件的互连和运转。材料自动加工，自动定位，自动组装，极大的减少了工人的需求，这个可以从根本上改变生产流程，从以前的大量生产和成批制造到智能化的柔性生产，满足了顾客的多变需求。2：智能制造你可以想象在一个偌大的工厂里，全部的生产过程和操作都由机器有条不紊的完成。不论新工艺和旧工艺的结合，或者近乎实时的变化，智能工厂都能使制造企业的困难得到解决。智能制造属于智能工厂中的步骤。在各个零件的互联之下，智能制造由被系统化和智能化的机器和计算机操控，实时满足顾客的动态需求。智能制造降低了人员的使用量，极大的降低了库存量。传统的机器工作待机时间较长，浪费了大量的时间和资源，而智能制造能随时控制机器的开关状态，节约了电力和财力等资源。智能制造将普及到各个行业的生产中去，在食品，医疗，汽车行业，航空航天业，电力电网业等都会被应用。未来的工厂里可能只会布满来来往往的各种性能的机器人。3：智能物流据数据统计，中国每年要产生300亿件包裹，这些来自世界各地，又要发往世界各地的包裹，如有疏忽就会造成用户的各种困扰。为了尽可能的减少差错的发生，物流行业已经积极的采取智能化的技术。智能物流一词逐渐出现。智能物流是把先进的物联网技术通过信息处理和网络通信技术平台广泛应用于物流业运输、仓储、配送、包装、装卸等基本活动环节，实现货物运输过程的自动化运作和高效率优化管理。智能分拣工厂减少了工人的使用量，以前需要100多名熟练工人要完成的物品分拣，现在仅需穿梭在工厂的小机器人来实现，这些不知疲惫的机器人节约了工人的使用量。智能机器人可能走出无数多条的路径，怎样迅速找到最佳路径，又避免和其他机器人相撞，还要依靠强大的人工智能、云计算来对海量的数据进行分析和计算，使其能实时的对环境做出相应的智能反应。分拣装箱都用上了最前沿的技术，大数据计算系统会计算出每个包裹大概需要多大的纸箱。每个物品都会有最合适的纸箱，不会浪费更多的纸质资源。最先进的订单系统，一个条码，将会包含所有的订单信息，并能自动识别货品位置。智能仓储系统将会自动配齐所有订单货品。智能运输系统，包裹的而所有行径，一目了然，在不久的将来，无人车，无人机将以更快的速度运抵千家万户。四：物联网在各行业的应用：物联网在服装行业的应用随着智能化技术的普及，物联网在服装方面的应用日新月异。传统的购买服饰可能只是顾客在商场中拿着一堆衣服换来换去，这不但会使顾客感到累，更是浪费了顾客大量的时间，3D试衣镜的出现有效的解决了这个问题，顾客在3D试衣镜面前只需滑动屏幕来实现虚拟的换衣，试衣镜前的摄像头精确的识别顾客的升高和年龄自动匹配出适合的款式让顾客选择，这项技术需要试衣镜系统中的云计算来实现信息的收集和处理。RFID被应用到服装行业，可以跟踪服装企业从面料采购到生产，再到销售的整个供应链环节。顾客可以实时追踪服饰的情况，这对顾客安全放心的使用服饰起到了关键性作用。在服饰的销售处理方面，服饰的信息全由贴在服饰上的传感器来完成，通过传感器感知服饰在运送过程中的信息，再由无线通信技术将采集到的信息传递给顾客。顾客可以通过扫每件衣服的标签查看衣服的位置和制作过程。若顾客选择了哪件服饰，该服饰的各种信息都会保留在顾客的手机或其它终端，他们可以选择最适合自己的路线实现服饰的配送。未来的服饰生产和配送可能都需要智能化技术来完成，不但方便了顾客的购物，更为顾客节省了中间商的差价。企业也相应的减少了资源的浪费。：物联网在食品方面的应用随着人民生活水平的提高，人们对身体的健康越来越重视。人们逐渐想了解更多食品的成分、想知道吃进去的东西到底有没有危害、该食品是如何生产的、上