智能制造物联与信息物理融合系统(1307)教材.docx
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2022-11-25
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智能制造物联与信息物理融合系统
摘 要 ：本文在介绍制造物联发展机遇基础上，分析其存在特性和面临的挑战，结合其生产
流程，设计了一种智能制造物联系统架构，提出了一套实现智能制造物联信息可靠感知，实
时数据传输，海量数据处理的关键技术体系和实现方案，并通过在智能制造物联中引入信息
物理融合系统，实现了智能制造物联的生产全流程的精确控制和智能服务功能，使制造业生
产朝着精益化、智能化、服务化方向发展。文章最后以团队中从事过一个项目为案例，结合
上述方法和技术，对项目实现过程进行说明。
关键词: 制造业；物联网；信息物理融合系统
文献标识码 A
中图分类号
TP393.04
Internet of Things for Smart Manufacturing and Cyber-physical
Systems
Abstract ： This paper designs the system architecture of smart Internet of Things for
manufacturing and proposes a set of key technology system and the realization method of
dependable sensing, real-time data transmission ,mass-data processing for Internet of Things for
manufacturing , combined with the production process based on the analysis about challenges and
development opportunities faced for Internet of Things for manufacturing. In order to achieve
accurate control and intelligence services for Internet of Things for manufacturing , It introduces
Cyber-physical Systems(CPS) in this paper, Moving the manufacturing toward the direction of the
lean, intelligent, service -oriented .At last, the article briefly describes the realization of a project
with methods and technologies described above in our teams.
Key words: Manufacturing; Internet of Things;Cyber-physical systems
1 引言
制造业是国民经济的重要支柱产业, 是经济社会发展的重要依托。随着科技进步，全球
经济一体化和信息技术的飞速发展，全球制造业正向全球化、精益化、协同化、服务化、绿
色化、智能化方向发展，全球制造业的制造模式和市场竞争格局也正在发生深刻的变化。这
给我国制造业特别是离散制造业的环境带来深刻的变革，使制造企业面临着严峻挑战。
我国是制造大国, 也是全球制造业基地，拥有高端装备制造、机械加工、电子元器件制
造、汽车、服装、家具、五金、医疗设备、玩具等重要制造行业。劳动力密集，多批次，多
品种，多批量，混线生产，工艺过程复杂是离散制造业生产过程的基本特征。制造业全球化
的发展，制造模式和市场竞争格局的变化，使得我国制造业特别是离散制造业中存在劳动力
成本过高、生产效率偏低、能耗较大、服务水平相对落后等问题开始突显出来，严重影响我
国制造企业的市场竞争力和影响力。
国家鼓励产业转移、升级给制造业注入了新的活力，但制造企业在生产与管理革新上遇
到重大困难，制造企业面临着非常复杂程度信息流采集，传输，处理问题。以制造过程中相
对复杂的离散制造业为例，比如：某服装企业在服装生产缝制车间，拥有30 条生产线，每
天每条生产线的管理员需要处理 400 个随工单，同时单条生产线上有员工 40 余人，仅缝制
车间员工计件统计一项，就需要处理480,000 条信息，而服装生产还包含剪裁、水洗、熨烫
等多道工序，目前所有信息基本依靠人工统计与处理；某制造企业在船舶制造装配过程中，
涉及的各种装置、设备非常繁杂，其主要装置类别就有主机装置、辅机装置、甲板机械、舾
装设备、通信导航设备、通用机械设备、船用材料、安全救生设备等等，不同类型船舶所需
的具体装置也会有所不同，这就导致船舶制造装配过程异常复杂，而目前整个制造装配过程
的管控也基本依靠人力。另外，制造业复杂链条包含从原材料采购、生产制造、仓储、物流
与终端服务等各个环节，而这些环节通常具有较广的地域分布，也使得信息获取比较困难。
目前各类离散制造企业难以实时准确掌握实际生产过程的复杂信息流，这严重影响制造企业
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