1、研究背景
1.1 物聯網以及物聯感知內涵
物聯網概念形成于上世紀九十年代末期，通常被定義成，將各類物品利用射頻識別手段、紅外感應裝置，采取GPS全球定位體系以及激光掃描儀器等技術、系統，實現了信息同網絡的有效連接，可完成大量信息的快速交換以及高效通訊，進而進行智能化的分析識別、精準的跟蹤定位、有效的監督管理。發展至2003年，美國進一步明確傳感網絡手段將成為今后豐富大眾生活，優化總體環境的重要技術之一。突尼斯在2005年底舉辦了信息社會世界峰會，并進一步明確了物聯網的核心內涵。發布的報告中清晰的指出，物聯網技術的廣泛應用印證了新一輪通信時代的到來，世界范圍內的各個物體，大到房屋、汽車輪胎，小到牙刷、毛巾，均可利用網絡實現主動交換。該過程中現代化的射頻識別手段、傳感技術、納米處理技術、嵌入技術手段實現了豐富廣泛的實踐應用。
繼計算機、互聯網之后，"物聯網"掀起世界信息產業的第三浪潮, 中科院早在1999年就啟動了傳感網研究，《國家中長期科學與技術發展規劃（2006-2010年）》和"新一代寬帶移動無線通信網"重大專項中均將傳感網列入重點研究領域。我國物聯網發展主體面向有關重要的戰略事項以及應用需要，進行基礎系統標準、重要技術、實踐應用、集成管理、評估測試等手段深入研究與開發，在技術、標準與應用等方面接近國際水平。目前物聯網已在智能電網、智能交通、智能物流、金融服務業、公共安全等領域得到應用。
物聯網的發展將對各行各業的信息化起到極大的促進作用。行業專家普遍認為，物聯網系統技術的快速發展將進一步推進制造業向著信息化的方向不斷前行。對制造業來說，更是一次難得的機遇，同時也是一個極大的挑戰。
1.2 制造業生產管理的問題與需求
制造業為當前我國工業發展的核心主體，總體產值可占據我國GDP總量的近42.5%，成為我國國民經濟發展建設的支柱。伴隨經濟一體化進程的持續深入以及我國成為世貿組織成員，制造業需要應對更為激烈的內部以及外部市場競爭。怎樣占據有利地位，提升發展競爭力，形成世界制造中心，成為當前應主力探討的重點問題。新時期，由于制造業實現信息化發展為其工業化進程中的必要途徑。為此，政府機構給予了全面重視，科技部則逐步啟動了重要的專項投資用于制造業的信息化發展，通過信息化建設引領工業化進程，通過工業化發展進一步推進信息化管理。不難看出，當前制造業信息化發展建設正在熱烈的拓展延伸。
縱觀我國制造業信息化發展的歷史進程，較多單位踐行信息化工作之路上呈現出操之過急的現象，均盼望著一步到位。人們提出了“ERP可令企業信息化發展快速進行”的論斷。而后較多企業投入了可觀的人力物力資源，并從事大量的開發研究工作，進行深入的探索實踐。然而事實上取得的效果與最初的盼望卻事與愿違，最終在各類異構技術影響下企業之中形成了較多分散、單獨的信息孤島。
全球范圍內，制造業以強烈的勢頭向我國拓展轉移，行業改革迫切的需要新型管理模式。制造業的信息化發展建設則從起初的盲目性、隨意性投入、較多功能的限制逐步發展成當前關注協同化生產管理，把握精益化的生產制造模式。
伴隨計算機技術、網絡系統、現代化物聯網技術的快速發展，加之市場競爭的不斷激烈，信息化漸漸變成企業捕捉競爭優勢的必不可少的途徑策略。各單位不論處在哪個地區、從事何類行業，建設發展規模怎樣，均始終處于信息化發展建設的實踐進程之中。當前，我國信息化建設仍舊為初中級發展水平。制造業的全面信息化仍舊需要走很長的路，承擔著艱巨的任務職能，應有效的利用物聯網以及感知技術實現進一步推動與完善。
2、物聯感知在工業制造業上的應用
從專家角度來講，物聯網的核心本質在于深層次的信息化。基于制造業具有一定的特殊性，不但需要較多的員工以及生產系統設施全面支持實踐生產。同時會形成大量實在產品。為此，制造業信息化發展階段中應用物聯網體現了深遠的意義。物聯網系統技術的不斷發展勢必會繼續推進制造業實現科學化、信息化與現代化的建設。
例如，借助物聯網系統技術，在制造企業之中可為各個員工配備射頻識別電子標簽。利用裝設在工廠之中各個環節部位的射頻識別讀取裝置，便可完成對員工的自動化識別，并掌握具體的位置定位信息。該類方式還可應用于企業生產產品之中，令各個產品均包含屬于自身的特征身份證編號。利用分布于不同流通環節的射頻識別讀取裝置，便可實時的掌握企業產品具體的位置信息，令制造企業可全面的跟蹤自身生產產品的蹤跡。另外，針對企業智能化的產品設備，例如家電類產品，制造單位可在其中內置物聯網系統連接功能，令其可利用智能化方法直接與互聯網進行連接，進而可對家電產品具體的狀態、功能進行實時快速監督管控，明確運行服務質量，做好遠程管理與維護。
從該例子中，可以隱含著工業制造業在生產環節上對物聯網和物聯感知的要求，然而在其他環節，如原材料供應、倉儲貨運、產品銷售，售后服務等環節同樣需要物聯感知技術上的支持和支撐。因而工業制造企業需要搭建了一個私有物聯網平臺，將生產物料、生產設備、生產人員、產品、運輸配送、銷售點集中在信息系統上進行物物相連，進行統一管理。
該物聯網系統借助射頻識別技術、傳感手段、無線通信系統以及全球定位感知技術，將生產設備、生產產品、倉儲貨柜、物流車輛、經銷點及工作人員等通過信息平臺進行統一調配管理，打破傳統對人員與設備的管理需要耗費大量的人力物力的狀況，實現制造企業產、供、銷一體化的無障礙管理。從而提高企業的生產效率，解放生產力，減少資源耗費，并提高產供銷各環節的監控監管水平。
因而提出了以下生產制造業產品從生產流程監控、采購、庫存、包裝、運輸配送、銷售等一系列信息化管理解決方案。
3、技術解決方案
3.1 解決方案基礎框架
針對制造業對物聯感知的的業務及管理需求，該文提出了通用性的制造業產、供、銷、物聯感知信息化解決方案。該解決方案擬建設一個制造業物聯感知系統（the internet of Things Integration System-Manufacturing industry，簡稱TIS-M），TIS-M屬于平臺式架構，其基礎架構如下：
圖1 TIS-基礎架構
TIS-M包括：物聯感知層、業務應用層、接口管理層；物聯感層提供感知采集、數據刻劃、數據存儲等數據處理，基于基礎感知層上搭建適合于制造業的通用產供銷管理模型，和外部系統接口管理。
3.2 功能設計
TIS-M系統主要由物聯感知、業務應用、接口管理三層結構構成，系統搭建在硬件網絡支撐平臺上，通過數據接口層與ERP、CRM、CAD、OA、MIS、SCM等其他原有外部系統進行數據交換。
系統的整體框架，如圖2所示。
圖2 TIS-M系統整體框架
3.2.1 物聯感知層
物聯感知層主要由以下四大功能模塊構成：
物聯感知是最基本的支撐層級，主要對物體信息進行感知、采集、識別、存儲、計算。物聯感知層包括感知、傳輸、刻劃、存儲。
3.2.1.1 感知
通過射頻識別（RFID）、二維碼、微機電系統（MEMS）、視頻、GPS等傳感技術識別物件，從而獲得到該物件的信息。傳感技術同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。從仿生學觀點，如果把計算機看成處理和識別信息的“大腦”，把通信系統看成傳遞信息的“神經系統”的話，那么傳感器就是“感覺器官”。
3.2.1.2 傳輸
通過3G網絡、Internet、GPRS、WiFi等通信網絡。它是一種使用交換設備，傳輸設備,將地理上分散用戶終端設備互連起來實現通信和信息交換的系統。它使得點與點之間建立通信系統，實現數據的傳輸，使感知得到的數據，得以存儲在計算機數據庫中。
3.2.1.3 刻劃
數據刻劃是物聯網數據進行標識和管理，它對感知采集得到的物聯信息在計算機中進行標識和編碼、分類、分級管理，使得數據可以識別和管理。同時對從采集終端的采集得到的數據進行數據屬性進行定義，以便在特定的條件下集得到特定的信息。并可以對感知設備、采集設備進行設定和監控維護。
3.2.1.4 存儲
對感知采集得到的各種數據進行數據存儲及海量計算，通過數據抽取、整合、關聯，挖掘，分析，統計等。在該層級提供云計算存儲和計算支撐，以多維度索引方式存儲、和檢索數據，為基礎應用和業務應用提供數據存儲、挖掘及云計算支撐。
3.2.2 業務應用層
業務應用層，包括基礎平臺和應用系統。
3.2.2.1 基礎平臺
基礎平臺集成了工作流引擎、數據讀寫中間件、智能搜索引擎、數據交換引擎、安全認證引擎、數據識別中間件等系統組件。這些系統組件為系統平臺功能實現提供基礎計算和處理支撐。靈活的組件，功能的相互獨立，可并向使用，便于系統的開發調用。物聯感知系統基于這些組件搭建基礎功能和應用功能。
基于各種基礎系統組件，在基礎平臺上同時搭建了系統基礎功能模塊，包括：系統基礎設置、設備管理、人員權限分配、組織機構設置、數據接口管理、系統運行系統日志管理、安全認證管理、數據備份與恢復等功能。以支持業務應用系統。系統基礎功能為系統的應用系統的搭建，提供必備的基本功能，包括系統安全、基礎設定、設備管理、用戶權限、數據備份等等基礎應用支撐。
3.2.2.2 應用系統
應用系統部分，為生產制造企業搭建產供銷三種主要業務處理系統，并可以擴展定制開發其他應用模塊，如，人、財、策、研、料等功能系統。
1) 合作方數據采集端
由于生產制造企業的所用到的零部件或半成品并非全部自產，需要對外采購零部件。而在零部件的供應和生產上，部分零部件或半成品需要嚴格進行管理。以便在日后產生問題，可以進行問題溯源。因此對生產材料的管理，可以對重要零部件使用RFID標簽進行標記、識別、信息記錄，以便于管理和溯源。
2) 生產管理系統
通過物聯感知技術，為生產制造企業提供生產環節的處理功能，如生產流程管理，生產計劃管理，生產指揮調度等。企業可以
實現生產流程的定制，生產任務和計劃安排，安裝生產計劃，進行生產調度，通過RFID實現對各生產流程線上的產品或半成品進
行狀態的監控，自動匯報生產進度，實時調配生產力。
3) 供應鏈管理系統
使用RFID對原料采購、成品和半成品、倉儲庫存進行管理，可以方便的進行數量的統計，倉儲位置快訊查找。通過RFID與生產環節物料配送對接，實現整個供應鏈上的物料快速流通，便于跟蹤和管理，為生產企業實現JIT零庫存提供支撐系統。
4) 銷售管理系統
使用RFID、視頻監控，再結合GPS+GIS技術，可實現對高質、高價的商品的運輸配送實時在途監控。配送車上裝上防拆卸的GPS車載定位系統，在貨物的運輸途中，可對配送車進實時跟蹤定位。同時，車內貨品貼上RFID標簽，與車輛對應。在途卸貨、拆卸GPS，都會觸發聯動預警，從而確保商品的安全配送。
3.2.2.3 數據總線
系統搭建物聯數據服務總線，為TIS-M平臺提供了與生產且原有的ERP、CAD、CAPP、CAE、CAM、MES、PDM、PLM、MES、OA、SCM、CRM等企業原有的系統的數據接口。物流數據服務總線為TIS-M與各外部系統起到信息橋梁的作用，使得物流感知系統的數據與其他系統進行數據共享，完美兼容企業原有系統。物流數據服務總線采用是基于標準的商業EDI中間件產品的應用體系結構，各種組件及接口應基于開放、標準化的原則設計，具有數據交換體系、數據共享體系、數據流轉體系和信息安全體系。本平臺支持異構性數據源、具有跨平臺運行能力，具備應用整合、數據集成、數據解析和數據控制功能。
3.3 技術路線
擬建設的TIS-M技術應用及技術選型如下：
3.3.1 物聯感知技術
物聯網涉及感知、控制、網絡通信、微電子、計算機、軟件、嵌入式系統、微機電等技術領域，因此物聯網涵蓋的關鍵技術也非常多，物聯網技術體系劃分為感知關鍵技術、網絡通信關鍵技術、應用關鍵技術、共性技術和支撐技術。
3.3.2 基于云計算的海量數據存儲
云計算是一種超級的計算模式，可以把網絡中的計算機虛擬為一個資源池，將所有的計算資源集中起來，并用特定軟件實現自動管理，使得各種計算資源可以協同工作，這就使得處理數量巨大的數據成為了可能。
3.3.3 分級次的物聯數據刻劃
數據刻劃是將物聯感知得到的海量數據進行數據的標識、編碼、關聯、分級。它基于海量數據存儲的支撐下實現海量數據的多維度索引。
由于物聯網的投入使用，特別是工業制造業，零部件、半成品、成品等等，涉及到大量的數據。通過物聯采集將會產生龐大的數據，要使用這些龐大的數據，必須對物聯感知采集得到的數據進行識別、編碼、關聯和分類、分級。即是數據刻劃。也就是說，將物與物之間的關系在計算機數據存儲時虛擬出來。如，A部件，由B和C零部件構成，而A和D部件共同組成E。那么A、B、C、D、E將會在計算機中如實虛擬刻劃出來。
數據刻劃的一個主要目的是將相關聯的數據進行分級次管理，從而形成多維度的索引，即是將子類，父類等各個級別的關系如實刻劃，便于從各角度快速索引。分級次數據刻劃實現的方法采用海量數據云計算的方式實現。通過WordCount算法實現海量數據的對比、關聯和分級處理。
3.3.4 SOA 通用物聯數據服務總線
本系統基于面向服務的體系結構（Service-Oriented Architecture，SOA），采用組合構件技術，包括J2EE架構、多層架構設計、面向對象設計、面向對象實現、通用的數據接口等技術，設計實現為企業提供多功能、多內容服務的信息平臺。
3.3.5 J2EE 應用整合框架
J2EE體系結構提供中間層集成框架用來滿足無需太多費用而又需要高可用性、高可靠性以及可擴展性的應用的需求。通過提供統一的開發平臺，J2EE降低了開發多層應用的費用和復雜性，同時提供對現有應用程序集成強有力支持，完全支持Enterprise JavaBeans，有良好的向導支持打包和部署應用，添加目錄支持，增強了安全機制，提高了性能。
4、影響及意義
4.1 提高企業生產能力和效率，提高產供銷的監管監控水平
應用射頻識別技術、傳感器、全球定位以及無線通信技術，將生產設備、生產產品、倉儲貨柜、物流車輛、經銷點及工作人員等通過信息平臺進行統一調配管理，打破傳統對人員與設備的管理需要耗費大量的人力物力的狀況，實現制造企業產、供、銷一體化的無障礙管理。從而提高企業的生產效率，解放生產力，減少資源耗費，并提高產供銷各環節的監控監管水平。
4.2 有助于推動工業信息化建設，促進兩化融合
新時期，市場競爭更為激烈，隨著計算機系統、網絡技術、物聯網的快速更新發展，信息化變成企業提升核心競爭力的重要途徑。各類企業無論區域環境怎樣、行業發展如何、規模標準怎樣，均處于信息化發展的整體進程之中。制造業引入物聯感知體系，正是基于制造業的基礎模型，而提出針對制造業產供銷等各環節監督管理的信息平臺，為企業提高生產效率和管理水平。系統的建設及推廣應用有助于推動企業信息化發展，信息化帶動工業化、以工業化促進信息化，促進了兩化融合。
4.3 促進物聯網的科學發展
物聯網映射出現代社會今后的發展趨勢，逐步成為互聯網以及計算機后的信息產業發展又一次革新浪潮，體現了廣泛的市場空間以及行業發展機遇。
我國有關物聯網的發展建設包含一定的瓶頸問題以及制約影響。首先產業系統雖然初步建立然而產業化水平還需進一步提升，沒能構成規模化發展的產業優勢。另外，具體的關鍵核心技術還需要做進一步突破。同國外發達技術領域還包含一定差距。例如，傳感器技術、芯片處理、生產關鍵應用設施、進行智能化的通信管控、篩選處理海量信息數據等層面均有所欠缺。另外，相關標準仍舊較為分散，沒能創建優質健全的工作體系。在國際領域中需要應對標識等有關資源以及重要標準的激烈競爭。再者，物聯網技術系統的應用范疇、服務領域仍舊有限，無法構成較為成熟健全的商業發展模式，需要投入較高的應用服務成本。
而制造業物聯感知系統是基于RFID、無線通信技術、全球定位以及傳感處理技術開創形成搭建的信息平臺，它為企業搭建了一個私有物聯網平臺，將生產物料、生產設備、生產人員、產品、運輸配送、銷售點集中在信息系統上進行物物相連，統一管理。因此系統的搭建，針對當前存在的問題，進一步做出了改善，搶占了新一輪全球競爭制高點，為物聯網的發展起到了推動作用，加快了物聯網技術和產業的發展。
4.4 拉動產業鏈的發展
系統通過物聯感知搭建成創新型物聯網應用基礎平臺，促進工業信息化發展的同時，也快速推動了物聯網的發展，物聯網是互聯網應用拓展重點，物聯網是信息化與工業化融合的切入點，物聯網是低碳經濟的支撐點，物聯網是戰略性新興產業的增長點，物聯網是民生服務的新亮點。無論是制造工業的發展或是物聯網的發展，勢必會拉動產業鏈的進一步發展，為社會創造更多的財富。
5、結論
在市場競爭日益激烈的今天，我國信息化發展仍舊為初級階段，制造業實現信息化發展任重道遠。物聯網及其相應技術的高速發展，可以借助物聯網和物聯感知技術來推動工業制造業的信息化發展，進而提高企業生產能力和效率，創造出更多財富。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：物聯感知在制造業的應用探究
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/consultation/10839614952.html
相關文章
