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2022-11-01
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物联网在制造业中的应用
摘要：物联网技术在提高制造业运营和物流流程的性能和灵活性方面发挥着重
要的作用，实现了有效的产品设计和生命周期管理。
关键词：物联网; 5G;过程监控; 云计算; 云制造; 工业 4.0
1 引言
近年来，制造业组织面临的挑战日益增长。物联网的出现对多个工程领域的
产品开发、生命周期管理以及整体决策流程产生了深远的影响。随着制造业全球
化的发展，制造业组织通过提高产品和服务质量，加快产品开发力度和灵活性，
降低生产和物流成本，提高竞争力，使其更好地适应市场波动。在整个产品生命
周期中，新的信息通信技术（ICT）使工程、制造和物流利益相关者之间的协作更
加密切，同时促成了与产品的最终用户的协作。在这种情况下，物联网技术将支
持一系列制造和物流流程，同时提供管理和控制产品生命周期中每个阶段的机会。
2 支撑技术
物联网时代的到来需要一系列支撑技术，这些技术介绍如下。
2.1 智能传感器和射频技术
不同类型的传感器（Sensor）已经广泛应用于制造业的各个领域，在监测和
控制产品的生产过程中发挥着非常重要的作用。能够使用内置资源处理和传播信
息的智能传感器正在部署在整个制造业中，制造商通过收集和使用智能传感器产
生的数据来获得运营状况和指导他们的决策。
射频识别（RFID）标签已被用于识别物体，通过无线电波记录元数据或控制
目标。RFID 技术在物流和供应链管理以及制造领域得到了广泛的应用，其功能的
进一步发展以及许多特性（尺寸，成本，范围，内存，数据编码）的改进将扩大
其适用范围，并将提供物联网系统使用的功能[1]。
2.2 高速通信网络
随着制造过程变得越来越复杂，并且在车间和最终产品中安装的传感器的数
量增加，产生的信息量呈指数增长，需要构建快速通信网络来获取这些信息。5G
技术的出现被认为是下一代制造系统的关键推动力。例如，典型的汽车工厂每年
将产生高达 15TB 的焊接数据。在现有基础设施上传输这些信息量将限制先进制
造实践的效率和速度。在这种情况下，5G 连接被认为是实现新型制造实践的关键
技术。5G 将运行在比传统蜂窝频段（6 GHz 以上）更高的频率上，以获得更大的
带宽，业界人士讨论了 10 GHz 至 86 GHz 的更高频段[2]。
物联网的独有特性，包括大量设备的互连，传感器的异质性，数据的实时生
成，大数据量的分析和传播，使得相应的应用和服务的开发成为相当具有挑战性
的任务。用于处理这些物联网特性和挑战的基础设施，即物联网中间件，将通过
集成大量设备和应用程序来简化整体开发过程。物联网中间件应该能够应对一系
列挑战，例如：分布式，异构设备的共存，处理能力的缺乏或某些设备的能耗限
制，物联网设备的自主交互，网络的动态性，位置感知，以便接收解释和分析由
设备生成的信息，以及嵌入式智能等[3]。
2.3 云制造
云计算技术可以根据需要向网络设备提供共享的处理资源和数据。云计算的
出现为云制造铺平了道路。云制造是一个新概念，是一个涉及多学科的领域，涵
盖网络制造，制造网格，虚拟制造，敏捷制造，物联网和云计算等一系列技术。
云制造的主要优势包括提高资源利用率，降低能源消耗，更好地协调不同的制造
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