智能制造新模式及其應用——工業互聯網（物聯網）及其應用報告主題的任務工業互聯網（物聯網）及其應用物聯網定義、特征、系統及其發展概況，基于物聯網的傳感檢測技術與系統及其在智能制造中的應用，工業互聯網發展狀況及關鍵問題、工業互聯網主要應用場景和案例。0前言

當今時代，全球新一輪科技革命和產業變革正在孕育興起，信息通信技術以前所未有的速度轉化為現實生產力，深刻改變著全球經濟格局、利益格局、安全格局。物聯網作為信息通信技術的典型代表，在全球范圍內呈現加速發展的態勢。不同行業和不同類型的物聯網應用的普及和逐漸成熟推動物聯網的發展進入萬物互聯的新時代，可穿戴設備、智能家電、自動駕駛汽車、智能機器人等，數以百億計的新設備將接入網絡，預計到2020年全球聯網設備數量將達到260億個。（數據來源：Gartner）主題物聯網概述物聯網在智能制造中應用工業互聯網內涵及發展總結工業互聯網應用場景及案例OverviewofInternetofthingsApplicationofIoTinintelligentmanufacturingConnotationanddevelopmentofindustrialInternetScenariosandcaseofindustrialInternetSummary一、物聯網概述TheInternetofThings一、物聯網概述物聯網概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出，早期的物聯網是指依托射頻識別（RFID）技術和設備，按約定的通信協議與互聯網相結合，使物品信息實現智能化識別和管理，實現物品信息互聯而形成的網絡。ITUInternetreports2005：通過二維碼識讀設備、RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。一、物聯網概述European:IoTstrategicresearchroadmap（2009）：物聯網是未來網絡的整合部分，它是以標準、互通的通信協議為基礎，具有自我配置能力的全球性動態網絡設施，在這個網絡中，所有實質和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性，通過智能接口無縫鏈接，實現信息共享。物聯網白皮書（2011）：物聯網是通信網絡、互聯網的拓展應用和網絡延伸，利用感知技術和智能裝置對物理世界進行感知識別、智能監控，通過網絡傳輸互聯，進行數據計算、處理、知識挖掘和分析決策，實現物與物、人與物、人與人信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。一、物聯網概述狹義上的物聯網是指物品到物品連接的網絡，實現物品的智能化識別和管理。廣義上的物聯網則是信息空間與物理空間的融合，將一切事物數字化、網絡化，在物品之間、物品與人之間、人與現實環境之間實現高效信息交互，并通過新的服務模式使各種信息技術融入社會行為，是信息化在人類社會綜合應用達到的更高境界。一、物聯網概述物聯網網絡參考架構物聯網網絡架構（圖片來源：工信院，2011）一、物聯網概述感知層是物聯網全面感知的基礎物聯網感知層RFID標簽和讀寫器M2M終端和傳感器傳感器網絡和網關感知層實現方式攝像頭和監控GPS/北斗定位授時智能家居網關感知層作用感知層突破方向標識物體采集和捕獲信息更敏感和更全面的感知能力解決低功耗的問題解決小型化和低成本問題RFID讀寫智能家居網關M2M終端傳感器網絡攝像頭GPS/北斗傳感器網關無線&有線一、物聯網概述網絡層是物聯網無處不在的前提物聯網網絡層接入網：無線/光纖各種類型的接入形式核心網：統一IP協議上的大帶寬的可靠網絡業務支撐平臺：業務統一管理部署和運營支撐網絡層主要層次網絡層作用網絡層突破方向連接感知層和應用層隨時隨地的連接實現當前最成熟的部分擴展規模，以實現無處不在業務可擴展的管理運營能力簡化結構，上下層面融合IP統一協議有效降低實現成本規模擴展帶來IPv6的發展動力ONU接入網絡

無線接入：2G/3G/LTE/WLAN/WiMax有線接入：光纖（PON）和銅線（xDSL）

匯集承載：IP化傳輸網絡（PTN/CE）核心網絡&業務網關

統一IP協議的高效率的核心網絡/設備/接口

針對海量流量和高可靠性要求的拓撲和機制邊緣業務控制實現業務感知、控制和策略轉發CPE業務平臺鑒權平臺計費平臺經營分析平臺業務支撐平臺提供終端和業務的通道和聯動控制邏輯

實現不同終端和業務統一管理、部署和擴展針對客戶提供用戶自定義業務環境和接口一、物聯網概述應用層是物聯網智能處理的核心物聯網應用層智能家居智能交通智能城管應用層主要應用方向應用層作用應用層突破方向信息技術與行業專業技術結合實現廣泛智能化應用的解決方案集合信息技術與行業的深度融合信息的社會化共享和安全保障基于云計算的應用整體架構智能電力智能醫療智能通信服務云計算是應用大規模部署關鍵云計算資源云計算業務計算能力存儲能力SaaSPaaSIaaS云計算的意義適應業務量增長不確定性的彈性架構體系

適應海量數據計算和存儲的低成本曲線的架構適應開放式的應用提供和部署環境

IT架構和商業模式轉變的關鍵物聯網應用發展六熱點大領域智能家居智能電力智能交通智能醫療智能城管智能通信服務六大熱點涵蓋了主要應用集和投資方向一、物聯網概述物聯網系統技術體系物聯網技術體系（圖片來源：工信院，2011）標準化！1、感知關鍵技術2、網絡通信關鍵技術3、應用關鍵技術4、共性技術5、支撐技術一、物聯網概述物聯網發展的演進路線信息匯聚協同感知泛在聚合主要特征泛在的感知服務將海量信息進行聚合，產生出新的有應用價值的信息，即物聯網廣泛應用于各個領域，實現任何人、任何物體、任何時間、任何地點的互聯互通，引發新的應用和服務模式。關鍵技術信息聚合理論、模糊控制技術、泛在異構網絡、人工智能、仿生傳感器、納米材料、生物芯片等。主要特征將分布于多區域的、利用多種感知技術手段所采集信息進行匯聚，通過通信網絡將感知信息匯聚到業務應用系統，集中進行信息的處理與共享，并提供信息應用服務。關鍵技術傳感器設計與實現、短距離無線傳輸技術、低功耗技術、電磁兼容技術等，以實現相關信息采集、匯聚設備的小型化、低功耗、低成本、國產化和綠色環保。主要特征以事件、任務和目標為驅動進行感知、網絡和應用各個層面的協同工作，系統具備分布式、跨層次、自學習的協同處理能力，提供智能、精確的多元化信息服務。關鍵技術任務驅動的大規模自治組網技術、上下文感知技術、移動通信網絡與無線傳感器網絡無縫融合技術、海量信息處理技術等。一、物聯網概述物聯網是信息社會發展的必然趨勢2010我國將物聯網寫入政府工作報告2009歐盟發布《物聯網戰略研究路線圖》2005

國際電信聯盟《ITU互聯網報告2005：物聯網》，指出無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨

1999MIT首次提出Internetofthings概念一、物聯網概述20082009IBM公布了“智慧地球（SmartPlanet）”戰略，并得到美國政府的大力扶持奧巴馬簽署生效的《經濟復蘇和再投資法案》，提出通過能源、科技、醫療等多方面鼓勵物聯網技術的發展2005美國國防部將“智能塵埃（SmartDust）”項目正式列為重點發項目2011美國政府先后發布了先進制造伙伴計劃、創新伙伴計劃，將CPS列為扶持重點2012“美國制造業復興計劃”，提出制造業復興戰略，數字制造、大數據等先進制造技術以及下一代寬帶網絡將成為美國制造業復興的重點美國逐步將物聯網的發展和重塑美國制造優勢計劃結合以期重新占領制造業制高點！一、物聯網概述20072009200520102013歐盟委員會公布了I2010-Initiative，注重ICT的創新和研發投入及其對國民經濟發展的影響啟動了歐盟第七框架計劃（FP7），重點推進ICT技術發展，并設立了IoT-A、IoT6等一系列項目對物聯網相關領域進行探索研究歐盟發布了世界第一個物聯網發展戰略——《歐盟物聯網行動計劃》,以及《物聯網戰略研究路線圖》歐盟委員會推出《數字議程》（DigitalAgenda）五年行動計劃，并作為《歐盟2020戰略》七項核心舉措之一歐盟通過了“地平線2020”科研計劃，物聯網的研發重點集中在傳感器、架構、標識、語義互操作等方面歐盟建立了相對完善的物聯網政策體系，積極推動物聯網技術研發！一、物聯網概述20102011《國務院關于加快培育和發展戰略新興產業的決定》，將物聯網提升到國家戰略高度工業和信息化部制定了《物聯網“十二五”發展規劃》，到2015年我國要初步形成創新驅動、應用牽引、協同發展、安全可控的物聯網發展格局2006國務院發布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》，將無線傳感器網絡列為我國科技發展的“重大專項”和“前沿領域”2013國務院發布《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，同時成立物聯網發展專家咨詢委員會2014與歐盟共同簽訂《中歐物聯網架構共同申明》以及《中歐物聯網標識白皮書》二、物聯網在智能制造中應用工藝參數物料流程模具識別動態排程質量記錄工時記錄應用需求：工序轉換、工時統計刀具/磨具/夾具管理產品狀態質量在線監測設備狀態監測與節能應用1制造過程監控與管理預期效果：生產周期縮短45%，減少導致生產誤操作80％，減低運營成本13％～

25％。二、物聯網在智能制造中應用應用2智能物流預期效果：減少盜竊損失40%～50%；提高送貨速度10%；貨車車輛自動調度，節省人力成本約52%，減少車輛擁堵18%。應用需求：提高物流流通效率，降低庫存特殊貯藏要求的貨品在線監測與防偽物流貨品及時跟蹤倉庫清點產品配送車輛調度車輛跟蹤物流監控物流結算三、工業互聯網內涵及發展“物聯網”和“互聯網”到底有什么區別？“物聯網”是在“互聯網”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種概念。互聯網著重信息的互聯互通和共享，解決的是人與人的信息溝通問題；物聯網則是通過人與人、人與物、物與物的相聯，解決的是信息化的智能管理和決策控制問題。“物聯網”和“工業互(物)聯網”是什么關系？（“人控自控”）工業互(物)聯網是物聯網在工業領域中應用，但是又不僅僅等同于“工業+互聯網”如此簡單。首先工業控制系統為工業互(物)聯網的互聯互通奠定基礎，其次工業軟件系統為工業物聯網的應用開發提供支撐，另外惡劣工業環境為工業物聯網的網絡技術帶來挑戰，因此工業物聯網將會具有更加豐富的內涵。三、工業互聯網內涵及發展工業互聯網的定義：通過工業資源的網絡互連、數據互通和系統互操作，實現制造原料的靈活配置、制造過程的按需執行、制造工藝的合理優化和制造環境的快速適應，達到資源的高效利用，從而構建服務驅動型的新工業生態體系。（來源：工業物聯網白皮書，中國電子技術標準化研究院，2017）工業互聯網的本質：以機器、原材料、控制系統、信息系統、產品以及人之間的網絡互聯為基礎，通過對工業數據的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析，實現智能控制、運營優化和生產組織方式變革。工業互聯網的定位：是支撐智能制造的一套使能技術體系。工業互聯網典型特征：智能感知(基礎)、泛在連通(前提)、數字建模(方法)、實時分析(手段)、精準控制(目的)和迭代優化(效果)。工業互聯網的理論難題：包括智能化問題、數字化問題、可靠性問題、可控性問題以及安全性問題。

（來源：工業互聯網概念和模型分析，沈蘇彬，2015）工業物聯網相較于傳統工業自動化有四個特點：數據收集范圍（整個生命周期）、互聯互輸、智能處理、自組織與自維護。三、工業互聯網內涵及發展工業互聯網平臺參考架構來源：工業互聯網平臺白皮書，工業互聯網產業聯盟，2017三、工業互聯網內涵及發展2012年11月，美國通用電氣公司發布了《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》白皮書。2013年4月，德國政府在漢諾威工業博覽會上正式推出提出“工業4.0”戰略，其研究核心為信息物理系統（CPS）。2015年5月，國務院印發了《中國制造2025》，指出工業互聯網、“互聯網+工業”與智能制造等發展熱點密切的關聯，明確指出加強工業互聯網基礎設施建設規劃與布局。2016年8月、2017年9月，工業互聯網產業聯盟（AII）、中國電子技術標準化研究院逐步發布了《工業互聯網體系架構（版本1.0）》、《工業互聯網平臺白皮書》、《工業物聯網白皮書》。2017年11月27日，國務院發布了關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見。主要任務：夯實網絡基礎、打造平臺體系、加強產業支撐、促進融合應用、善生態體系、強化安全保障、推動開放合作。四、工業互聯網應用場景及案例應用案例：海爾工廠依托COSMOPlat平臺實現生產流程優化1、基本情況及問題：在傳統生產模式下，海爾一個成品在生產過程中需要經過OMS（訂單管理系統）、OES（原裝配件供應商管理）、APS（高級生產計劃排程）、ERP、MES、WMS（倉庫管理系統）、LES（物流執行系統）等多套系統。由于系統間信息互聯互通不充分，導致如下問題：生產過程中對資源制約因素無法量化或可視化；從訂單排程到生產制造中間有多個環節需要人工溝通，造成時間上的浪費和信息的不對稱；生產過程中的異常，上層系統無法做出實時響應，導致異常停線時間超預期；物料信息不匹配，無法支持智能拉料；上游供貨信息與生產信息不對稱，間接導致提前備料，增加庫存成本等。（平臺：http:///#/dashboard）案例來源：工業互聯網產業聯盟，工業互聯網平臺白皮書，2017.四、工業互聯網應用場景及案例應用案例：海爾工廠依托COSMOPlat平臺實現生產流程優化2、項目方案：1）、工廠數據互通互聯。為了實現各系統間數據的互聯互通，加強生產過程中的信息共享能力，提高生產效率，降低庫存成本，海爾集團啟動了COSMO-IM項目，打造適應大規模定制生產模式的MES系統，通過COSMO-IM平臺整合生產相關系統，如PLM、ERP、SCADA(數據采集與監視控制系統)等。基于業務系統整合與集成，完成了制造端統一的業務處理，統一的數據流轉。（平臺：http:///#/dashboard）2）、物料智能管理。COSMO-IM集成SRM(供應商關系管理)、WMS、HMQM（來料質檢）、GVS（收貨）等系統，通過對業務數據打通以及業務流程整合，由以前的外部物流集中入廠，改變為當前基于生產計劃安排外部物流有序進廠。四、工業互聯網應用場景及案例應用案