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物联网技术及其在制造领域中的应用邵新宇教授、博导华中科技大学副校长2010年12月16日第五届（2010）中国MES年会1提纲一、制造技术的发展趋势二、物联网技术发展现状三、物联网在制造业中的应用四、相关研究基础五、结束语2全球制造环境变化趋势2制造环境变化趋势个性化全球化绿色化以技术为中心→以人为中心制造战略从规模经济转向快速响应市场和技术创新大批量生产转变为根据客户要求进行定制生产制造业跨国公司普遍化资源配置和市场销售全球化跨国转移、跨国购并加剧技术研究与开发全球化合作信息网络技术的广泛运用“绿色环保”是制造企业的责任欧盟指令已于2006年生效，我国《电子信息产品污染控制管理办法》正式施行信息化成为制造业节能减排主要手段制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应、节能减排环境友好等。制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应、节能减排环境友好等。3我国制造企业内部压力3创新能力薄弱价值链低端结构不合理高消耗高污染我国制造业与世界先进水平存在很大差距4制造技术发展趋势4机械化/自动化Æ智能化制造系统的复杂性Æ智能化成为关键技术手段数字化Æ智能化数据Æ信息Æ知识Æ智慧网络化Æ智能化无线传感与物联网正在催生新的制造技术与制造模式应用智能与信息科技，通过全球资源整合，实现知识引导的环境友好型、资源节约型制造技术与模式。应用智能与信息科技，通过全球资源整合，实现知识引导的环境友好型、资源节约型制造技术与模式。5制造产业发展逻辑5第一产业：对自然物质资源的直接利用资源是竞争的焦点第二产业：对初级产品的再加工利用技术与装备成为竞争的焦点第三产业：对人类智慧的利用以更高的智能化水平和知识含量为客户提供更优质的产品和服务，将人类专家的智慧嵌入在装备、产品和服务中6智能制造的概念6智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造：应用现代传感技术、网络技术、自动化技术、智能化技术等先进技术，与传统制造技术相融合；以提升产品制造的智能化水平，适应复杂环境下制造业安全可靠、经济高效和可持续发展要求的技术及系统；具有信息驱动、自治能力、人机协同、自组织与柔性、自学习能力、自维护能力等特征。7智能制造的基本特征71)信息驱动采集产品制造的各类数据、知识、图形、图像等信息，实现生产过程系统的预报、评价、调度、控制、监控、诊断、决策和优化等。2)自治能力采用分层或分级的自治单元，通过协调机制对其自身的操作行为做出规划，对意外事件（如制造资源变化、制造任务货物要求变化等）做出反应，实现行为可控。8智能制造的基本特征83)人机协同实现人和系统的协同交互，辅助人类进行分析、判断、决策；人机之间平等共事、相互“理解”、相互协作。4)自组织与柔性根据获取的市场、设计和过程信息，制造单元和系统自行组成一种最佳结构的智能制造系统，以高效可靠的方式运行，完成给定的制造任务。9智能制造的基本特征95)自学习能力以专家知识为基础，不断完善、优化、更新系统的知识库；通过感知环境状态来学习动态系统的最优行为策略，实现环境自适应、在线学习等能力。6)自维护能力对系统的故障进行诊断、预测和自修复，自动更新系统知识库、维护单元设备；对系统的整体运行状况进行评估，及时发现并解决问题。10智能制造关键技术10综合利用智能传感技术、计算机网络技术、自动控制技术、人工智能技术、现代管理技术，实现工厂生产自动化、网络化、数字化和智能化，其关键技术有：智能传感与智能制造网络技术分布制造智能与系统建模技术信息管理、集成与数据挖掘技术智能决策、规划、调度与企业管理技术现代制造服务技术11提纲一、制造技术的发展趋势二、物联网技术发展现状三、物联网在制造业中的应用四、相关研究基础五、结束语12物联网基本概念12物联网的目标是联接所有物体，形成智能网络，实现感知、无缝互联、高度智能。物联网的目标是联接所有物体，形成智能网络，实现感知、无缝互联、高度智能。业界对物联网（IOT：InternetofThings）的通用理解：1、从技术理解物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。2、从应用理解物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”与现有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。13物联网是互联网的下一跳，已有长期发展13从技术演进视野来看，物联网的发展分为四个阶段：1、第一阶段大型机、主机的联网2、第二阶段台式机、笔记本与互联网相联3、第三阶段一些移动设备（如手机、PDA等）互联4、第四阶段嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”的互联。物联网产业技术已经基本成熟，进入规模产业化阶段。物联网产业技术已经基本成熟，进入规模产业化阶段。智慧地球14物联网技术应用广、产业空间大14物联网（IOT：InternetofThings）是计算机、互联网之后世界信息产业的第三次技术革命；物联网技术可应用于交通、电力、制造等行业，是一个万亿级新兴战略性产业。智慧地球15物联网产业发展路线图15物物互联:人与人通信=100:12010年：物联网产业元年发展模式：企业—行业—统一物联网16物联网应用架构与关键技术16RFID技术WSN技术4G技术ZigBee技术UWB技术云计算……发展趋势：接入范在化、信息海量化、设备微型化、能量自取化、网络自治化、物物协同化、信息安全化、……关键技术17物联网发展和应用状况17在物流、交通、医疗等行业物联网初步应用，处于闭环状态；物联网逐步将从虚拟走向现实，从局域走向泛在。在物流、交通、医疗等行业物联网初步应用，处于闭环状态；物联网逐步将从虚拟走向现实，从局域走向泛在。技术积累期成长期规模产业化•1995年，比尔盖茨提出物联网概念•1981-1990年，RFID技术及产品进入商业应用•1999年，纳米技术逐步走向市场•2001年，智能微型传感器技术成熟•2000年5月，国际电信联盟3G技术标准•2000年，中国建成第一个商用IPv6试验床•1995年，比尔盖茨提出物联网概念•1981-1990年，RFID技术及产品进入商业应用•1999年，纳米技术逐步走向市场•2001年，智能微型传感器技术成熟•2000年5月，国际电信联盟3G技术标准•2000年，中国建成第一个商用IPv6试验床•2001年，铁道部开始建设中国铁路车号自动识别系统(ATIS)•2001年，美军大范围推行RFID军事物流•2004年，日本政府在前期e-Japan基础上，启动u-Japan战略•2005年11月，国际电信联盟(ITU)正式提出物联网概念•2001年，铁道部开始建设中国铁路车号自动识别系统(ATIS)•2001年，美军大范围推行RFID军事物流•2004年，日本政府在前期e-Japan基础上，启动u-Japan战略•2005年11月，国际电信联盟(ITU)正式提出物联网概念•2009年1月，IBM提出“智慧地球”•2009年2月，奥巴马启动美国物联网战略•2009年6月，日本提出“i-Japan”计划•2009年8月，温家宝总理提出“感知中国”•2010年10月，物联网列入国家七大新兴战略产业之一•2009年1月，IBM提出“智慧地球”•2009年2月，奥巴马启动美国物联网战略•2009年6月，日本提出“i-Japan”计划•2009年8月，温家宝总理提出“感知中国”•2010年10月，物联网列入国家七大新兴战略产业之一18提纲一、制造技术的发展趋势二、物联网技术发展现状三、物联网在制造业中的应用四、相关研究基础五、结束语19制造产业发展趋势与技术挑战19发展趋势智能化：敏捷生产、网络化协同生产；全球化：竞争全球化、供销多渠道、分布式生产；绿色化：产品低碳节能、可回收无污染、绿色壁垒。技术挑战制造过程：多品种多批量混流制造实时动态信息采集供应链：计划适应变化供应链上下游延伸物流：快速及时、单品追踪、快速盘点外部压力制造业产业升级：技术密集、资本密集型企业少，创新能力差；劳动力成本增加：未来3～5年时间内，劳动力成本将可能上升30%－50%；出口受阻：全球金融危机、欧盟新禁令冲击产品出口。20物联网集成RFID、传感器、无线网络、中间件、云计算等新技术，实现物-物、人-物的自动化信息交互与处理，是国家万亿级战略新兴产业；物联网应用于制造过程及供应链各环节，全面提高产品性能、减低生产损耗和提升制造企业竞争力。物联网对制造产业的支撑与提升20物联网关键技术产品物联网技术生产供应商回收储运运输远程仓储自动识别质量追溯单件跟踪车队管理绿色拆解物联网制造业应用21制造业物联网应用21实现高质量、高效率的制造；实现制造领域物联网应用从闭环到开环；重点突破制造系统底层信息采集技术。能量流物质流碳排放信息流供应链可视化管理1.准确、自动、实时的信息传递2.货品位置快速获取供应链可视化管理1.准确、自动、实时的信息传递2.货品位置快速获取生产车间智能制造1.柔性生产，提升产能2.流程可视，精细管理生产车间智能制造1.柔性生产，提升产能2.流程可视，精细管理产品全生命周期监控1.单品管理2.全程监控3.绿色环保产品全生命周期监控1.单品管理2.全程监控3.绿色环保22主要内容22面向制造的物联网关键技术研究及产业化面向制造的物联网关键技术研究及产业化货品清点货品清点车队调度车队调度物流公共平台共性技术平台共性技术平台核心技术传感器传感器工业无线网络工业无线网络物流服务平台物流服务平台云平台云平台制造辅具管理辅具管理制造过程监控制造过程监控内部物流内部物流供应链供应商管理供应商管理库存管理库存管理物料自动输送物料自动输送RFID标签设计与制造RFID标签设计与制造云计算云计算物联网技术标准与公共平台中间件中间件制造过程管理制造过程管理货品追踪货品追踪车队跟踪车队跟踪制造/物流物联网应用23核心技术与产品研发RFID标签设计与制造技术－长寿命、抗金属标签开发、测试与生产传感器技术－微功耗、软件无线电、传感器与RFID结合工业无线网络技术－无线电载波冲突、自动调校/组态、可定义的协议报文格式转换云计算技术－适应新型物联网三层结构的新型云存储、云安全、云灾备制造应用物联网中间件技术－数据处理规则模型、智能业务规则引擎、接口Schema定义国家发明专利：ZL200420102488.0，ZL200520060772.0，ZL200710030995.6，ZL01136093.3，ZL03160231.2，ZL200410004659.0等读写头电子标签制造电子标签温湿度传感电子标签Zigbee工业无线自组网云计算中心自主开发的RFID标签封装设备创新点：自主创新具有国际先进水平的RFID标签、云计算技术2324物联网应用：制造过程监控与管理24应用需求：工序转换、工时统计；刀具/模具/夹具管理；产品状态质量在线检测；设备状态检测与节能。应用需求：工序转换、工时统计；刀具/模具/夹具管理；产品状态质量在线检测；设备状态检测与节能。预期效果：生产周期缩短45%，减少导致生产的误操作80％，减低运营成本13％～25％。工艺参数物料流程模具识别动态排程质量记录工时记录25物联网应用：供应链智能管理25应用需求：减低库存；快速查找与出入库；快速盘点；特殊物料实时监控。应用需求：减低库存；快速查找与出入库；快速盘点；特殊物料实时监控。预期效果：实库存的可用性提高5%～10%；提高仓库产品的吞吐量可达20%；减少人工成本25%。供应商管理远程仓储入库管理自动盘点库房监控出库管理自动配料26物联网应用：智能物流26预期效果：减少盗窃损失40%～50%；提高送货速度10%；货车车辆自动调度，节省人力