工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃

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物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 戰(zhàn)略 規(guī)劃 —— 工業(yè)領(lǐng)域 —— 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 工業(yè)信息學(xué)實(shí)驗(yàn)室 朱云龍 主任 /博導(dǎo) 02423970141 010－ 3－ 23 2 目 錄 六、下一階段工作安排 五、典型示范應(yīng)用 四、共性關(guān)鍵技術(shù) 三、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 二、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 一、物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)領(lǐng)域 /工業(yè)化的關(guān)系 3 從工業(yè)本身看工業(yè)化 ?工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)體系和工業(yè)能力之間的關(guān)系如同浮游在海面上的冰山，人們所能看到的耀眼奪目的工業(yè)產(chǎn)品如同深埋在海面之下的巨大冰基，而冰基所蘊(yùn)含的巨大浮力就是工業(yè)能力。若需要冰山越突出顯赫，必然需要冰基越博大雄厚。 ?工業(yè)體系和工業(yè)能力決定了工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有強(qiáng)大的工業(yè)能力和整體素質(zhì)，生產(chǎn)什么產(chǎn)品都可以。像福特、寶馬、三菱等公司在二戰(zhàn)時(shí)期生產(chǎn)飛機(jī)、坦克、艦船等武器。 一、物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)領(lǐng)域 /工業(yè)化的關(guān)系 4 從工業(yè)本身看工業(yè)化 70萬(wàn) 工業(yè)產(chǎn)品 大型石化裝備 350km/ 工業(yè)裝備是工業(yè)體系的基石 ?工業(yè)裝備是一直處于工業(yè)體系的中心，為工業(yè)化提供關(guān)鍵支撐。工作母機(jī)、重大設(shè)備和成套裝備等工業(yè)裝備的技術(shù)水平很大程度上決定了工業(yè)體系所具有的工業(yè)能力和整體素質(zhì)，體現(xiàn)了工業(yè)化的進(jìn)程和高度，使得機(jī)械化、規(guī)?；⒆詣?dòng)化、智能化等工業(yè)化的特征能夠?qū)崿F(xiàn)。 ?新裝備是核心：既包括工作母機(jī)、重大設(shè)備、成套裝備等硬裝備，也包括支撐設(shè)計(jì)、制造、管理環(huán)節(jié)的一體化軟件系統(tǒng)等看不見的軟裝備。 6 新型工業(yè)化 ?新技術(shù)是基礎(chǔ)：以傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，充分融合以信息技術(shù)為代表，涵蓋各種學(xué)科領(lǐng)域最新成果的高新技術(shù)，形成系統(tǒng)性、工程性、綜合性的先進(jìn)工業(yè)技術(shù)。 ?新裝備是核心：既包括工作母機(jī)、重大設(shè)備、成套裝備等硬裝備，也包括支撐設(shè)計(jì)、制造、管理環(huán)節(jié)的一體化軟件系統(tǒng)等看不見的軟裝備。 ?新能力是關(guān)鍵：既包括裝備、技術(shù)、質(zhì)量等構(gòu)成的硬能力，也含有產(chǎn)品創(chuàng)新、資源獲取、組織管理等軟能力。 ?新產(chǎn)品是體現(xiàn)：生產(chǎn)出以信息技術(shù)為代表的高技術(shù)含量高、產(chǎn)品附加值高、資源消耗低的新產(chǎn)品。 7 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用加快新型工業(yè)化進(jìn)程 信息技術(shù)是新型工業(yè)化的核心要素之一。作為倍增器的物聯(lián)網(wǎng)不是簡(jiǎn)單的應(yīng)用，需要融合滲透到工業(yè)化要素之中。 我們認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是在新型工業(yè)化進(jìn)程中，逐步使用信息、信息技術(shù)與傳感技術(shù)，使之滲透到工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)環(huán)節(jié)（工業(yè)環(huán)節(jié)、工業(yè)裝備、工業(yè)活動(dòng)、工業(yè)產(chǎn)品）之中，大幅提升工業(yè)素質(zhì)和工業(yè)能力的過程。 8 傳感技術(shù)＋ 制造裝備技術(shù)能力的提升 制造 裝備 制造 系統(tǒng) 企業(yè) 管理 業(yè) 業(yè)應(yīng)用軟件： 設(shè)備的互聯(lián)互通、制造過程的狀態(tài)檢測(cè)、物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控等 ，對(duì)制造環(huán)境的感知能力得到極大的提升，生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量取得突破性的應(yīng)用。 智能 裝備 感知 制造 系統(tǒng) 實(shí)時(shí) 企業(yè) 管理 物聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng) 9 目 錄 五、下一階段工作安排 四、典型示范應(yīng)用 三、共性關(guān)鍵技術(shù) 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 10 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的普遍意義 （ 1） 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將推動(dòng)工業(yè)信息化進(jìn)入新階段 ： ?泛在網(wǎng)絡(luò) +傳感器 +智能計(jì)算 → 泛在感知信息化（感知、智能特征）； ?以泛在網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以泛在感知為核心、以泛在服務(wù)為目的、以泛在智能拓展和提升為目標(biāo)； ?基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代信息化制造和自動(dòng)化技術(shù)（ u- 11 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的普遍意義 （ 2）變革工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理模式： ?人機(jī)和諧智能制造系統(tǒng)發(fā)展的新歷史階段 ?企業(yè)與客戶、市場(chǎng)的聯(lián)系更為密切； ?管理的扁平化； ?生產(chǎn)組織柔性化； ?支持先進(jìn)制造的 5 大功能系統(tǒng)方面將會(huì)發(fā)生新的變化 ?制造裝備、制造系統(tǒng) 、裝備智能化系統(tǒng) 、企業(yè)管理信息系統(tǒng) 、電子商務(wù)系統(tǒng)。 12 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的普遍意義 （ 3）為工業(yè)生產(chǎn)過程管理控制提供技術(shù)支撐： ?制造資源的實(shí)時(shí)跟蹤與定位； ?綜合生產(chǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)； ?實(shí)現(xiàn)管理的協(xié)同化、精益化與質(zhì)量可追溯性； ?實(shí)現(xiàn)管理與控制過程的智能決策。 13 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的普遍意義 （ 4） 提升制造業(yè)供應(yīng)鏈一體化運(yùn)營(yíng)能力 ： ?促進(jìn)供應(yīng)鏈智能化、一體化體系的形成，實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)作 ； ?實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈運(yùn)作過程的透明化、集成化，提升全程服務(wù)水平 ； ?提供產(chǎn)品全生命周期管理與追溯、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展 ； 14 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的普遍意義 （ 5） 滿足我國(guó)低碳工業(yè)發(fā)展的迫切要求 ： ?美國(guó)能源部（ 2004年發(fā)布的“未來(lái)工業(yè)計(jì)劃”（ 指出：基于低成本無(wú)線技術(shù)的新一代測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)到2020年美國(guó)工業(yè)整體能耗降低 5％目標(biāo)的主要手段 ； ?美國(guó)總統(tǒng)科技顧問委員會(huì)在“面向 21世紀(jì)的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規(guī)劃”中指出：低成本無(wú)線技術(shù)的廣泛應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高 10％，并使排放和污染降低 25％。 ； 15 企業(yè)神經(jīng)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施 經(jīng)銷 數(shù)據(jù)中心 (后臺(tái) ) 分枝 客戶 供應(yīng)商 制造 運(yùn)送 呼叫中心 售商 金融 預(yù)測(cè) 企業(yè)神經(jīng)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)中心 （后臺(tái)） 分支 經(jīng)銷 客戶 供應(yīng)商 制造 運(yùn)送 呼叫中心 售商 金融 預(yù)測(cè) 理想的靈活系統(tǒng) 嚴(yán)格的現(xiàn)實(shí)性 16 1998 2008 2013 2003 實(shí)時(shí)企業(yè) 不連貫的企業(yè) 通過 消息為導(dǎo)向的中間件 商務(wù)活動(dòng)監(jiān)視 商務(wù)流程管理 門戶和應(yīng)用平臺(tái)套件 基于部件的應(yīng)用服務(wù)器 集成（ 商務(wù)流程融合 轉(zhuǎn)變 復(fù)雜事件管理 物聯(lián)網(wǎng)：改變了企業(yè)的 17 物聯(lián)網(wǎng) :制造模式的轉(zhuǎn)變 2003 2007 2009 2005 應(yīng)用迷宮 廣泛采用面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用軟件 大量流程創(chuàng)新 早期面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用開發(fā)工具 面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，模式的廣泛集成 早期融合應(yīng)用 (內(nèi)部和廠商 ) 將面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)完整集成到體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中 類型 A 類型 B 類型 C 廣泛采用融合應(yīng)用軟件 采用高峰： 下一代應(yīng)用，體系結(jié)構(gòu)和流程 流程執(zhí)行和價(jià)值 商務(wù)靈活性 18 目 錄 五、下一階段工作安排 四、典型示范應(yīng)用 三、共性關(guān)鍵技術(shù) 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 19 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 （ 1）冶金工業(yè)： ?能源管理：針對(duì)冶金生產(chǎn)過程中處于運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的高能耗設(shè)備，以及多測(cè)點(diǎn)、多變量的能源監(jiān)測(cè) ； ?測(cè)控系統(tǒng) ：為降低能耗、物耗，提高產(chǎn)量、穩(wěn)定質(zhì)量，生產(chǎn)過程需采集大量的過程參數(shù)、設(shè)備參數(shù)以及產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù) ； ?設(shè)備維護(hù) ：存在提高故障診斷的及時(shí)性，降低附加診斷設(shè)備安裝成本和難度等需求。 20 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 （ 2）石化工業(yè)： ?油氣勘探：新型無(wú)線遙測(cè)地震儀開發(fā)； ?鉆井現(xiàn)場(chǎng)：設(shè)備眾多、流動(dòng)性大、生產(chǎn)危險(xiǎn)性大 ，難于布線、成本高，而且可靠性較差，不易維護(hù)； ?管道輸送：傳統(tǒng)的管道監(jiān)測(cè)方法采用有線方式連接，成本高、易損壞； ?煉油化工：存在大量的 場(chǎng)儀表和執(zhí)行裝置，成本高、布線困難，且很多信息不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)； ?儲(chǔ)存運(yùn)輸：針對(duì)運(yùn)輸工具的追蹤監(jiān)測(cè) 、大型儲(chǔ)備庫(kù)儲(chǔ)罐檢測(cè)（液位、壓力、溫度、可燃?xì)怏w濃度等參數(shù) ）。 21 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 （ 3）汽車制造： ?零部件庫(kù)存：面向 ?生產(chǎn)線控制系統(tǒng)：需滿足沖壓、焊裝、涂裝和總裝等過程的檢測(cè)與控制； ?設(shè)備監(jiān)測(cè)：裝配過程中機(jī)械、液壓或電氣故障的在線診斷與監(jiān)測(cè)； ?物流跟蹤：滿足大批量并線生產(chǎn)過程的客戶化定制需求。 22 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 （ 4）制造業(yè)供應(yīng)鏈： ?采購(gòu) → 生產(chǎn) → 配送 → 銷售 → 服務(wù) → 回收； ?智能化采購(gòu) ?智能化資產(chǎn)管理 ?智能化庫(kù)存管理 ?智能化銷售管理 ?產(chǎn)品全生命周期維護(hù) ?產(chǎn)品回收 /再利用（逆向物流） 23 目 錄 五、下一階段工作安排 四、典型示范應(yīng)用 三、共性關(guān)鍵技術(shù) 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 24 三、共性關(guān)鍵技術(shù) （ 1）新型傳感器與傳感裝置 ： ?無(wú)線傳感技術(shù)與系統(tǒng)的微型化技術(shù) ?智能無(wú)線傳感技術(shù) ?能量獲取技術(shù) （ 2）工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)： ?通信與組網(wǎng)技術(shù) ?基礎(chǔ)服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù) ?網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與部署技術(shù) 25 三、共性關(guān)鍵技術(shù) （ 3）工業(yè)感知信息智能處理與知識(shí)挖掘： ?基礎(chǔ)理論與共性技術(shù) ?綜合性感知信息處理技術(shù) ?跨模態(tài)、跨尺度感知信息融合設(shè)計(jì)、運(yùn)行理論與優(yōu)化技術(shù) ?基于感知數(shù)據(jù)的工業(yè)過程建模、控制、優(yōu)化技術(shù) ?基于感知和知識(shí)挖掘的健康診斷與預(yù)測(cè)維護(hù) 技術(shù) ?跨時(shí)空復(fù)雜事件語(yǔ)義建模技術(shù) ?軟件平臺(tái) ?基于感知數(shù)據(jù)的語(yǔ)義中間件平臺(tái) ?基于感知數(shù)據(jù)的智能信息處理平臺(tái) ?工業(yè)集成服務(wù)代理總線技術(shù) ?基于感知數(shù)據(jù)的知識(shí)挖掘軟件平臺(tái) ?工業(yè)情境感知中間件等 26 目標(biāo)：基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)感知環(huán)境與 實(shí)時(shí)企業(yè)信息服務(wù)平臺(tái) 設(shè)備狀態(tài)信息 物流信息 工藝質(zhì)量信息 環(huán)境信息 27 原油 常減壓裝置 氣分 重整 堿洗（ 1） 尿脫 堿洗（ 2） 催化 糠醛精制 丙脫 焦化 重催 氧瀝 減粘 聚丙稀 5 撥頭油 三苯 溶劑油 航煤 液臘 柴油 汽油 柴油 組分油 石蠟 蠟下油 輕脫油 重脫油 瀝青 汽油 柴油 重油 焦炭 汽油 柴油 瀝青 燃油 2?1?3?4?5?6?7?8?9?10?11?1?2?液化氣 汽油 常一 常三 常四 減一 減二 減三 減四 減渣 5?6?7?8?9?3?4?常二 原油 原油 原油的物性 作業(yè)參數(shù) 產(chǎn)品 /副產(chǎn)品組分、產(chǎn)量 外界環(huán)境 儲(chǔ)罐狀態(tài) 能耗、排放量 狀態(tài)關(guān)聯(lián)與變化趨勢(shì) 目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控 28 三、共性關(guān)鍵技術(shù) （ 4）智能供應(yīng)鏈管理技術(shù)： ?供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)感知與事件處理技術(shù) ?供應(yīng)鏈定位與可視化管理技術(shù) ?供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)作技術(shù)等 （ 5）物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)技術(shù)： ?編碼解析服務(wù) ?檢索與跟蹤服務(wù) ?物品信息服務(wù) ?目錄服務(wù) ?信息分發(fā)服務(wù) 制 造 商工 廠信 息 庫(kù)信 息 庫(kù)信 息 庫(kù)信 息 庫(kù)制 造 商 配 送 中 心零 售 商 店零 售 配 送 中 心29 移動(dòng)設(shè)備 碼 讀寫器 倉(cāng)庫(kù) 印機(jī) 港口 物流 復(fù)雜事件探測(cè) 任務(wù)提交 云計(jì)算平臺(tái) 復(fù)雜模式庫(kù) 事件存儲(chǔ)庫(kù) 規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù) 物聯(lián)網(wǎng) 息服務(wù)器 對(duì)象命名服務(wù)器 數(shù)據(jù)中心 目標(biāo)：面向制造業(yè)供應(yīng)鏈的物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)平臺(tái) 30 三、共性關(guān)鍵技術(shù) （ 6）制造業(yè)生產(chǎn)物流管理監(jiān)控： ?物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下物流管理應(yīng)用模式和應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ?面向制造過程的在制品狀態(tài)分析 ?在制品的質(zhì)量跟蹤與追溯 ?生產(chǎn)物流實(shí)時(shí)管理與協(xié)同優(yōu)化策略 ?物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集及與控制系統(tǒng)集成 等 31 ? 信息系統(tǒng)向底層自動(dòng)化擴(kuò)展 ? 精確的物流定位 ? 彌合計(jì)劃與執(zhí)行的間隙 ? 生產(chǎn)組織的柔性、實(shí)時(shí)性 ? 庫(kù)存控制與批量制造觀念 目標(biāo)：感知制造與精益生產(chǎn)系統(tǒng) 32 目 錄 五、下一階段工作安排 四、典型示范應(yīng)用 三、共性關(guān)鍵技術(shù) 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 33 四、典型示范應(yīng)用 （ 1）在冶金流程行業(yè)中的示范應(yīng)用： ?電機(jī)能耗監(jiān)測(cè) ?連續(xù)煺火爐監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ?高爐爐壁溫度與氣體排放監(jiān)測(cè) ?惡劣環(huán)境下運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備監(jiān)測(cè) （活套、天車、軋機(jī) ） 34 四、典型示范應(yīng)用 （ 2）在石化行業(yè)中的示范應(yīng)用： ?油田地面生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（抽油井系統(tǒng) 、注水系統(tǒng) 和集輸系統(tǒng)等） ?井下生產(chǎn)控制系統(tǒng)（高壓、高溫和腐蝕性環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集與傳輸） ?化工廠排放監(jiān)測(cè) ?管道腐蝕監(jiān)測(cè) ?油氣管道自動(dòng)巡檢 35 四、典型示范應(yīng)用 （ 3）在汽車制造工業(yè)中的示范應(yīng)用 ： ?基于 ?汽車儀表盤裝配 ?設(shè)備故障診斷與預(yù)警 ?在制品狀態(tài)監(jiān)測(cè)與追溯 ? ?基于物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品全生命周期管理 36 目 錄 五、下一階段工作安排 四、典型示范應(yīng)用 三、共性關(guān)鍵技術(shù) 二、典型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求 一、物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域普遍意義 37 五、下一階段工作安排 （ 1）完成典型行業(yè)調(diào)研： ?鋼鐵冶金 ?石化勘探 ?裝備制造 （ 2）完成需求報(bào)告撰寫： 針對(duì)過程監(jiān)控、制造資源管理、生產(chǎn)組織、節(jié)能減碳、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品全生命周期管理等方面需求與應(yīng)用模式探索； （ 3）開展面向工業(yè)領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù)分析： 感知、傳輸、處理等方面； （ 4）開展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)分析： 新型裝置、傳感器、儀表、芯片、中間件； 謝 謝！