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1、物联网技术与应用,2011-09-23,Internet of Things Technology&Application,朱云龙,2,报 告 内 容,物联网应用面临的挑战,物联网在工业领域的应用分析,各国政府的物联网战略,物联网体系架构与技术发展,物联网概念产生背景与内涵,3,一、物联网产生背景,电子交易：电子商务电视传媒：VOD、Tivo（数字录像）电子钱包：手机支付、不停车收费物品定位：自动查找遗失物品智能建筑：钢筋混凝土+硅片+软件三维地图：,未来之路1995,物联网概念提出：将所有物品通过RFID、传感器、智能嵌入技术等与互联网连接，实现物理世界与信息世界的整合；通过功能强大的计算机
2、集群，对人、机、物实时动态管理；,国际电信联盟突尼斯峰会发布报告，描绘了物联网时代的远景：司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么物品；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等。,物品联网,ITU互联网报告2005：物联网,Kevin Ashton1998,一、物联网产生背景,5,物联网A元素 允许任何人与任何物，在任意时间和任意地点，通过任意网络和任意服务相连接；物联网C元素 涉及到信息的捕获、通信、聚合、内容、计算和连接等处理方法；物理世界和虚拟世界的共存交互 物理实体有数字对象、虚拟的表示；,二、物联网概念内涵,移动RFID 阅读器,标示管理目录服务,云计算平台/中间件,
3、智能控制,传感网管理,上下文感知联动,互联网管理,数据存储、检索、搜索,感知传感网络,物理环境,泛在接入,应用/服务,NGN/IPv6,医疗健康,军事国防,智能农业,防灾减灾,安全监控,物流仓储,交通运输,智能家居,中间件平台,超级计算平台数据中心,泛在Web服务平台,管理平面,计算服务平面,RFID 读卡器,传感器网关,传感网网关,传感器节点,传感网网关,智能感知,接入与传输,处理与决策,1998 年,MIT的Kevin Ashton：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”,2005 年,ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络,2008
4、 年,IBM：把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”,以互联为特征,以智能服务为特征,以标识为特征,科学内涵：以“全面的感知、可靠的传输、智能化处理”为特征，连接现实世界和虚拟世界，以安全优质、随时随地提供可运营、可管理的信息服务为目标的全球化网络。,二、物联网概念内涵,8,“十五年周期定律”,IBM前CEO郭士纳：计算模式每隔15年发生一次变革1965年大型机的商业应用1980年个人计算机的普及1995年互联网革命,2010年物联网？,9,欧盟网络企业和RFID司物联网总监Peter.Friess预测：2015年到2020
5、年间显现对经济发展刺激作用；,美国权威咨询机构forrester预测到2020年：(物物互联业务：人与人通信业务)比将达到30:1；物联网将拥有30万亿元通信大市场；,物联网前景预测,IBM前CEO郭士纳预测：计算模式每隔15年发生一次变革；2010年以物联网为标志；,易观国际分析：物联网最主要的推动力只有两个：政府与电信运营商；未来物联网产业的最关键环节是应用层面的行业用户；,各国政府行动战略,未来信息产业发展：信息网络-全面感知和智能应用,10,11,美国：智慧的地球,通过超级计算机、云计算整合物联网与互联网构建智慧的地球,12,日本：“U-Japan”战略,13,韩国：“U-Korea”
6、计划,14,欧盟：物联网行动计划,通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展；提出物联网的三方面特征：作为新的独立系统，建立在特有基础设施上；物联网将伴随新的业务共同发展；物联网包括多种通信形式；,15,物联网技术发展路线,发展趋势：智能化、协同化、泛在化、服务个性化,计算与处理、关键技术分布图,16,标示和地址等基础资源管理与服务平台物理实体的实时定位跟踪服务平台基于物理位置的服务发现和推介平台可运营可管理的物联网云计算服务平台,服务平台,超级计算物理平台海量感知数据存储物理平台超大规模网络分布式管理平台,基于形式化语义的信息分类、关联与识别共性平台后台海量数据并行计算与并行挖掘技术基于
7、Web的海量数据的检索和知识挖掘共性平台上下文感知的普适环境,具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库并行化处理的操作系统平台面向物联网的共性服务中间件平台面向物联网的一体化开发平台,处理平台,硬件平台,软件平台,计算与处理、关键技术分布图,WiFi/WiMAX,2G/3G/LTE/集群,NGN/IPv6,LAN/TSPN/CABLE,物理环境感知,实体标示,物理环境控制,物流仓储,交通运输,智能家居,安全监控,军事国防,智能农业,防灾减灾,医疗健康,协作感知,接入传输,计算处理,综合决策,智能控制,物理环境,Cyber空间,嵌入式软件设计技术多模态智能人机交互技术共性服务中间件技术专用一体化
8、开发测试工具,物理世界智能感知Cyber空间重建,物联网组网体系,五自特征,自组织（self-organizing)自管理（self-Administering）自维护（self-Maintaining）自配置（self-Configurating）自适应(Adaptation),短距通信,海量用频设备需要精细化频谱监测管控,物联网终端需要支持多体制无线接入，实现无缝泛在接入网络,认知无线电技术和机会通信技术,物联网软件系统,嵌入式软件协同系统优化设计技术上下文感知的系统自适应设计技术,软硬协同技术,多模态智能人机交互技术人、机、物协调的互操作环境,人机交互技术,嵌入式网络的中间件技术可运营可
9、管理的云计算服务中间件技术,中间件技术,并行化处理的操作系统平台开发、编译、调试、测试一体化开发工具,开发测试工具,专用器件与设备,采集信息,融合信息,泛在接入与传输,信息处理技术,基础软件技术,超算平台技术,海量感知数据分布式存储、检索技术物理实体的匿名标识与映射技术人性化服务发现与信息发布技术具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库设计技术,并行化处理的操作系统设计技术面向物联网的共性服务中间件系统设计技术面向物联网的一体化开发和评测工具,并行处理计算结构新体系研究多核阵列超级计算系统研发,智能控制技术,分布式协作控制分布式安全控制算法与协议移动计算与移动控制模型,计算、处理与控制,物联网
10、技术发展路线（I）,物联网技术发展路线（II）,28,物联网的应用领域,智能楼宇远程诊断,面向智能工厂的生产过程监控环境监测协同供应链管理智能电网,现代物流过程监控与跟踪定位畜牧养殖和电子监管,29,从工业本身看工业化,工业产品、工业体系和工业能力之间的关系如同浮游在海面上的冰山，人们所能看到的耀眼夺目的工业产品如同深埋在海面之下的巨大冰基，而冰基所蕴含的巨大浮力就是工业能力。若需要冰山越突出显赫，必然需要冰基越博大雄厚。工业体系和工业能力决定了工业产品的技术水平和质量，具有强大的工业能力和整体素质，生产什么产品都可以。像福特、宝马、三菱等公司在二战时期生产飞机、坦克、舰船等武器。,一、物联网
11、与工业领域/工业化的关系,三、物联网与工业的关系,30,从工业本身看工业化,70万kw水轮机工业产品 大型石化装备,350km/h高速列车 ARJ,31,工业装备是工业体系的基石,工业装备的技术水平决定了工业体系所具有的工业能力和整体素质，体现了工业化的进程和高度，使得机械化、规模化、自动化、智能化等工业化的特征能够实现。新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看不见的软装备。,三、物联网与工业的关系,32,新型工业化特征,新技术是基础：以传统的工业技术为基础，充分融合以信息技术为代表，涵盖各种学科领域最新成果的高新技术，形成系
12、统性、工程性、综合性的先进工业技术。新装备是核心：既包括工作母机、重大设备、成套装备等硬装备，也包括支撑设计、制造、管理环节的一体化软件系统等看不见的软装备。新能力是关键：既包括装备、技术、质量等构成的硬能力，也含有产品创新、资源获取、组织管理等软能力。新产品是体现：生产出以信息技术为代表的高技术含量高、产品附加值高、资源消耗低的新产品。,33,物联网应用加快新型工业化进程,信息技术是新型工业化的核心要素之一。作为倍增器的物联网不是简单的应用，需要融合渗透到工业化要素之中。我们认为：物联网技术就是在新型工业化进程中，逐步使用信息、信息技术与传感技术，使之渗透到工业领域相关环节（工业环节、工业装
13、备、工业活动、工业产品）之中，大幅提升工业素质和工业能力的过程。,案例：智能感知装备,物联网：实时企业的基础设施,经销,物联网,数据中心（后台）,分支,经销,客户,供应商,制造,运送,呼叫中心,Web 销售商,金融,预测,理想的灵活系统,现实性,1998,2008,2013,2003,实时企业,不连贯的企业,通过IT达成的商务灵活性,消息为导向的中间件,商务活动监视,商务流程管理,门户和应用平台套件,基于部件的应用服务器,集成（Integration Broker）,商务流程融合,Web服务和Web服务网络,转变,复杂事件管理,物联网：改变了企业的IT基础设施,37,物联网:制造模式的转变,2
14、003,2007,2009,2005,应用迷宫,广泛采用面向服务体系结构的应用软件,大量流程创新,早期面向服务体系结构，标准和应用开发工具,面向服务体系结构标准，模式的广泛集成,早期融合应用(内部和厂商),将面向服务体系结构完整集成到体系结构当中,类型 A,类型 B,类型 C,广泛采用融合应用软件,采用高峰：,下一代应用，体系结构和流程,流程执行和价值,商务灵活性,38,传感技术MEMS技术：制造装备技术能力的提升,制造装备,制造系统,企业管理,RFID+工业WSN+工业应用软件：设备的互联互通、制造过程的状态检测、物流的实时监控等，对制造环境的感知能力得到极大的提升，生产效率、产品质量取得突
15、破性的应用。,智能装备,感知制造系统,实时企业管理,物联网是企业的神经系统,39,物联网在工业领域的作用,物联网技术将推动工业信息化进入新阶段泛在网络+传感器+智能计算泛在感知信息化（感知、智能特征）；以泛在网络为基础、以泛在感知为核心、以泛在服务为目的、以泛在智能拓展和提升为目标；基于物联网的新一代信息化制造和自动化技术（u-manufacturing）。,四、物联网在工业领域应用分析,全球物联网在工业领域的应用还处于初级阶段，但已具备较好的基础，目前还主要以关键技术攻关、实验室验证、小规模应用为主。,过程制造业：基于Mesh网络结构开发的无线网络已经成熟，可以满足过程工业慢时变的过程控制应
16、用需求Hart通信基金会Emerson 等,四、物联网在工业领域应用分析,生产过程监控温度、压力、流量、液位增加生产率、改善产品质量设备监控机器健康和能量消耗的监测优化设备及相关的资产安全和环境与安全、法规、环境相关的监测与控制,WSN Applications:Process monitoring,machine health,asset monitoring,safety and environmental monitoringTarget Markets:Electric power;Water PaperCharacteristics:Hazardous and remote envi
17、ronments,heavy equipment,capital intensiveVendors:ABB,Accutech(CMI),Banner,Emerson,Endress+Hauser,Honeywell,GE,Yokogawa,Pepperl+Fuchs,Siemens,四、物联网在工业领域应用分析,离散制造业：技术和标准的研制工作正在开展之中关键是实时性响应的问题高密度网络覆盖的问题节点数更多、网络共存更重要低成本的问题开关类设备成本 RFID技术已成熟可用,四、物联网在工业领域应用分析,离散制造业：装配过程的控制电缆厂和绕线机汽车装配的机器人控制接近感知电机装配移动的设备感知旋
18、转机械设备安全监控,WSN Applications:Assembly control,Proximity sensing,automated bin selection,portable monitoring and opportunities for mobile assets,asset monitoringMarket segments:Aerospace,automotive,other transportation vehicles;machinery;and electrical,appliance and component manufacturing;fabricated m
19、etal products,textiles,wood,etc.Characteristics:Automated assembly,labor intensive,many suppliers/components,dependent on economic fluctuationsVendors:ABB,Banner,FESTO,ProSoft,四、物联网在工业领域应用分析,四、物联网在工业领域应用分析,五、典型工业行业应用分析,1、钢铁行业问题：设备、物质流、能源流和排放流信息不全多段生产、多段运输、多段存储，点多面广重点突破：动态有序的物质流管控面向预测维护的设备故障诊断基于能量流网络
20、的能源管控面向绿色制造的环境监控技术,基于能量流网络的能源管控,问题：（1）点多面广，信息不足，扩展困难（2）缺乏网络化的控制、调度方案（3）缺乏整体优化方案能源三级计量：（1）企业进出口（千点）（2）车间进出口（万点）（3）设备进出口（数万点）,借助无线传感网和GIS，实现能源信息准确计量 通过设备互联，实现能源管网网络控制，实现能源智能调度,生产设备：消耗、回收能源设备：存储、供应能源管网：输送、缓冲,环境监控技术,通过无线传感网，实现分布式环境监测 粉尘、废气、废水、固体废弃物通过设备互联，实现排放有效管控,问题：（1）点多面广，信息不足（2）缺乏与设备（排放源）互联，管控困难,通过对轴
21、承温度的在线检测，实现对轧钢连续退火生产线炉棍健康状态的连续监测实现对炉区406个炉辊的在线温度监测，已运行半年并成功避免两次故障。,大规模轧辊轴承健康状态在线监测,五、典型工业行业应用分析,2、石油化工行业产业链各环节：油田生产、炼油化工、存储和分布、市场和零售，点多面广重点突破：数字油田、智能化工厂套管和钻杆控制和跟踪大型输气、输油管道防盗作业动态、现场数据、实时监控地理围栏（井架平台、制造厂和炼油厂）井架平台、管道连接、阀门跟踪、油罐跟踪,五、典型工业行业应用分析,油田采油生产系统 远程计量与优化控制,五、典型工业行业应用分析,西班牙雷普索尔公司：在一条横跨阿根廷科罗拉多河的燃气管道上，
22、采用了包括大量无线压力变送器等，实现了对油气管道的精确监测和安全监控。节约了37%的初装费用，包括开发，安装，施工和试 运行费用；其高可靠、稳定性和 自诊断功能为系统减 少了50%的维护费用。,五、典型工业行业应用分析,数字化油田逐渐成为勘探与生产业务发展趋势,五、典型工业行业应用分析,3、飞机制造业 目前国内外航空制造行业关于物联网的技术发展尚处于探索阶段，在制造过程中的物料跟踪溯源、故障诊断、远程维护以及智能材料技术方面，初步开展了传感网技术的部分技术应用研究。,空客：2000年用RFID系统解决航空维护中心的工具识别和跟踪定位，将工具检测时间缩短25%，并进行远程遥控校准。波音维修件管理
23、：全球大多数航空维修记录都是手写的日志。每天向其全球客户运送4650种备用部件，价值450亿美元。飞机机械师仅寻找配件就要花费他们大约70的时间。,五、典型工业行业应用分析,55,4、汽车行业：基于AGV的物料搬运系统汽车仪表盘装配设备故障诊断与预警 在制品状态监测与追溯 ATO模式下的智能供应链管理 基于物联网产品全生命周期管理,五、典型工业行业应用分析,上汽、一汽均在其涂装、总装、发动机等主要生产车间应用了RFID射频识别系统，实现装配线的动态调度。依据客户个性化需求，自动安排车辆的生产计划。上海汽车制动系统有限公司：在制动器生产流水线上已经采用了RFID技术。满足了汽车召回制度对关键零部
24、件进行标识和追溯的要求。,五、典型工业行业应用分析,57,燃气轮机远程状态监测与故障诊断,电机在线监测系统,五、典型工业行业应用分析,5、纺织行业问题：高污染、高能耗缺乏综合信息监测和检测仪器设备重点突破：多种衣料生产线材料配置智能排污监控系统水质数据监控装置、水质参数纺织电子、纺织品的售后跟踪案例：欧美发达国家-英国玛莎百货（Marks&Spencer）、日本高级成衣制造商Flandre公司、美国Gap有限公司、德国著名服装制造商Gardeur AG、波司登等。,五、典型工业行业应用分析,南通蕾丝公司 通过RFID部署和集成，实现纺织企业MTO管理模式下（配线加工、洗涤烘干、包装出厂等过程）
25、的订单匹配、在制品跟踪与追溯、进度监控，已上线运行，并计划在新厂投产后推广实施。,五、典型工业行业应用分析,6、船舶：物联网可能应用于高精度造船，节能、减排,武船应用了RFID技术结合移动终端,五、典型工业行业应用分析,7、仪器仪表行业感知是传感网的基础,宝钢生产过程中的传感需求示意图,五、典型工业行业应用分析,从2005到2009年，中国传感器年平均增长达39。2009年中国传感器应用四大领域：工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品及专用设备。其中：工业过程控制和汽车电子产品占市场总额：42.5。压力传感器、温度传感器、流量传感器又占工业过程控制市场的21、19、14。预计2
26、0102015年无线传感器、MEMS传感器、生物传感器增长率会超25以上。,五、典型工业行业应用分析,63,国内从事传感器研发、生产单位超过1500家，其中90芯片从国外进口。工业自动化用高档变送器用传感器，几乎100从国外进口,如EJA仪表中核心部件传感器，年销售35万台左右，全从国外进口。对NTC热敏电阻，国内企业实力严重不足，90市场份额被外资占领。对环境监测项目空白多，细颗粒物没有能力检测，有机污染物O3、CO、重金属Hg、Pb、As。,五、典型工业行业应用分析,64,六、面临的问题与挑战,（1）新型传感器与传感装置：无线传感技术与系统的微型化技术智能无线传感技术 能量获取技术（2）工
27、业无线网络技术：通信与组网技术 基础服务与网络管理技术网络规划与部署技术,65,六、面临的问题与挑战,66,基于物联网的工业感知环境,设备状态信息,物流信息,工艺质量信息,环境信息,移动设备,RDC,RFID/条码读写器,仓库,Caller,Caller,打印机,港口,物流,复杂事件探测任务提交,云计算平台,复杂模式库,事件存储库,规则数据库,物联网,EPC 信息服务器,对象命名服务器,PML服务器,数据中心,面向制造业供应链的物联网信息服务平台,68,信息系统向底层自动化扩展 精确的物流定位 弥合计划与执行的间隙 生产组织的柔性、实时性 库存控制与批量制造观念,感知制造与智能工厂,七、结 论,关键技术工业传感器与检测技术高可靠、实时工业无线网络技术 工业感知信息处理与挖掘技术物联网：海量数据处理与服务物联网将在工业控制与管理中有广泛的应用前景基于泛在信息的智能制造是制造业的发展方向行业对需求的认识部分企业已开始应用,谢 谢！,
