工业物联网技术是当前科技发展的前沿领域之一,它将传感、控制、智能分析等技术与传统工业生产流程深度融合,目的是提升制造效率、改善产品质量、降低生产成本以及减少资源消耗,从而推动传统工业迈向智能化发展的新阶段。工业物联网技术与挑战主要涵盖了以下几个方面:
工业物联网技术发展历程涉及了从工业1.0到工业4.0的概念演变。工业1.0代表机械化,工业2.0代表自动化,工业3.0代表数字化,而工业4.0则是智能化。在智能化进程中,企业信息化进入工业互联网时代,这涉及了流程电子化管理、数字化生产、自动化运行、网络化企业、智能化财务电算化等多个方面。同时,包含了产品寿命管理(PLM)、办公自动化、供应链管理(SCM)、企业资源规划(ERP)、客户关系管理(CRM)、物流仓储管理(WMS)、监控与数据采集系统(SCADA)、分布控制系统(DCS)、制造执行系统(MES)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、电子商务协同制造等众多信息技术的应用。
工业物联网的架构主要分为感知层、传送层和处理层。感知层涉及传感器、RFID、二维码、工控网关等,传送层包括现场总线、工业以太网、时延敏感网、LPWA(NB-IoT)等,处理层则涉及云平台IaaS、PaaS、SaaS、DaaS、移动边缘计算等技术。工业物联网中的传感器种类繁多,尤其在工业领域,流量、压力、温度传感器占据市场主导,但产业用传感器因类型多批量少而呈现碎片化,影响了成本下降。
在工业物联网技术的应用中,机器人技术、仓储与物流自动化等也是重要方向。如浙江省预计到2020年企业使用机器人的数量将达到10万台,中国机器人产业预计在2022年达到千亿元规模,年增23%~36%。同时,自动化立体仓储系统普及率在中国与发达国家之间的差距,机器人分拣系统的高准确性以及高效率,都是工业物联网技术带来的革命性变化。
挑战方面,工业物联网与一般物联网在可靠性和安全性上存在差异。物联网传感网架构以感知为主,对时延敏感、要求高可靠性及高安全性;而工业互联网云计算架构则以控制为主,对时间同步敏感,对功耗可能不敏感。此外,工业物联网需考虑强电磁干扰和实时性问题,需要高安全性和服务实时性要求。
工业物联网技术中还包含了大数据、人工智能、泛在网、窄带物联网等技术,这些技术的融合为工业生产提供了新的智能化解决方案。同时,工业物联网涉及的产业链环节,包括硬件/终端、通信服务、平台服务、软件开发/系统集成/增值服务,其中软件开发和系统集成占有相当大的市场比重。
工业物联网技术中还涉及了对工业控制系统(如监控与数据采集系统SCADA、分布控制系统DCS、制造执行系统MES)的集成。这些系统在工厂自动化中发挥着核心作用,为工业生产提供了从控制到管理的一整套解决方案。
工业物联网技术在推动工业自动化和智能制造方面发挥着不可替代的作用,它涉及到的技术和应用十分广泛,既带来了新的机遇,也带来了新的挑战。如何在满足实时性、安全性、电磁干扰等问题的同时,实现高效的数据采集、处理和应用,是工业物联网发展中必须解决的关键问题。