朱云龍:物聯網的工業應用

圖為:中國科學院沈陽自動化研究所主任朱云龍
5月20日消息,“2011寬帶通信及物聯網高層論壇”今天在京舉行,論壇由工信部電信研究院主辦,本屆論壇主題“寬帶融合價值”。
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朱云龍:大家下午好,物聯網從RFID技術到現在大家都在談物聯網,談各種各樣應用。但是大家探索會發現一個問題,我們在談物聯網的時候更多發現他的應用場景跟公共服務有關,應用服務有關。結合這個我們問題做一些探討,簡單來看一下。大家看一下這張圖,這是物聯網前景預測,從經濟,從經濟發展這個角度來說帶來一系列應用,但這里就很少談到一個工業概念。
美國、歐盟,日本都在談這個事,從這里看城市,交通,銀行醫療等等工業界有密切關系,從這個層面上大家都來看,在工業層面可以看到,我們國內一個很重要的支柱產業。英國是一個以金融貿易為主,中國整個制造業是一個大國,物聯網在工業里面到底是一個什么情況,等等這些情況,使我們深刻理解,物聯網跟工業到底是什么關系,在工業里到底有沒有廣泛應用場景,這個問題我們可以簡單看一下。
物聯網與工業關系,一般講工業我們一般會講三個層面,一個是工業產品,一個是工業體系,還有一個工業能力。所有實際上我這里有工業體系,實際上工業產品只是一個表現,因此工業產品和工業體系才決定工業質量。從工業本身來看工業化的話,我們現在生產70萬kb水輪機,生產大型石化設備,350km/h的列車。但是從這些層面來看,核心是工業裝備,新型工業化和工業裝備之間關系。新型工業化幾大特征不多講了,這里可以找到物聯網和工業之間的關系,新裝備是新型工業化的特征,既包括工作母機,重大設備,成套裝備等硬裝備,也包括支撐設計,制造,管理環節一體化軟件系統看不見軟裝備,一個是硬裝備,第二就是軟裝備。
在這里怎么體現出來?物聯網英勇事跡上加快新型工業化的進程。有關新型工業化的定義大家都能看到相關報道,物聯網技術在新型工業化進程中逐步使用信息技術,傳感技術,使之滲透到工業化要素之中。包括工業活動,工業產品是提高工業素質和工業能力的過程,我們就把這個物聯網定義在這個層面上。從這個層面上我們就能進一步發現這個是非常典型的一個案例,這個案例講的是什么呢?我在一個裝備設備上,大量無線傳感設備使得各種制造加工都能采集到,從這個上面來看,通過物聯網技術,傳感技術來提升裝備制造能力。
由此我們可以說,像物聯網[FS:PAGE]技術如果得到廣泛應用,那徹底改變了工業企業一個基礎設施,這個基礎設施是什么樣子呢?左邊這張圖大家看到,實際上是現在我們如果在企業里面,物聯網和信息是相關的,其交叉網絡一個信息。物聯網另外一個情況,右邊這張圖通過一對多方式實現互聯互通,這是我們一個比較看好的未來影響情況。因此,物聯網技術既有可能改變了實際基礎。
現在我們在企業搞信息化也好,我們要買計算機設備,我們要買軟件,未來當工業水平提升到一定階段的時候,我們新型裝備達到一定程度的時候,可能我們要買大量標尺設備來購買企業的信息系統,也就是改變了企業的基礎設施。更進一步說,實際上物聯網如果是僅僅簡單應用,可能對整個工業影響不會發生根本變化,因此他一定會在制造模式方式上發生轉變。
我們講企業制造管理有向扁平發展,在這個模式上制造模式一定會發生變化。大家在座各位如果關注工業一定知道,美國針對自己的實際情況提出敏捷制造,中國到現在實際上我們的模式在學術界也好,工業界也好,一直在學著西方發達國家的指導模式。物聯網來了之后,有沒有適應中國國慶的指導模式,一定會是制造模式應用發生變化。因此,我這里畫了一張圖,就物聯網和工業的關系,三個層面不會發生本質變化。
第一有制造裝備向智能裝備轉變,這具有傳感技術和MEMS技術之后使制造技術得以提升。第二我們在制造系統這個層面上,RFID技術和工業無線傳感網絡,加上工業應用軟件,使得設備互聯互通,制造過程檢測物流時間等等對制造環境感知能力得到巨大提升。這樣制造系統向制造感知系統發展,由此使得我們的企業管理向實時企業管理的方向發展。我們大家都知道在工業里我們可以分為兩大類型,一個是過程工業,一個是理想制造業,還有一個半聯系半彌散,過程工業實施管理更高一些,在理想制造業很難做到。實時企業管理已經提了很多年了,現在還沒有實現,物聯網很有可能會實現這個集成手段。
物聯網在工業領域的作用我就不多講了,這里有一個整個發基于泛在網絡和傳感器智能計算泛在感知信息化為主,以泛在網絡為基礎等等。物聯網在工業領域應用,實際上已經實現,我不大家對物聯網有每年感覺,當我沒有物聯網的時候,這些應用我也難做,但是有物聯網的時候我們拿著這個概念可以看到,給大家一個什么感覺呢?這個物聯網到底有哪些東西,能不能用,政策在推動的時候帶來很現實的東西,他可以不計成本在推動這個事。但是在工業界不[FS:PAGE]一樣,如果讓企業拿錢,一定帶著產品品質提高,在這種情況下物聯網在工業領域到底有沒有用,或者未來有哪些用處都很重要,全球物聯網在工業領域應用還處在一個規模階段,而且是一個小工程應用。
比如在過程制造業,基于Mesh網絡結構開發的無線網絡已經成熟,趨于這個成熟應用再做一個小規模應用。包括生產過程監控,設備監控,安全環境等等這些領域。在離散制造業,實際再造各位如果你們關心工業會發現,離散制造更多看到幾個例子,幾乎都是RFID,原因很簡單,RFID技術基本上已經成熟可用了,這是第一個原因。第二個原因在十一五的時候,科技部布置了一個RFID重大專項,這時候在整個科技部制定這個項目,這個項目作為重要項目就得到相關應用。
這張圖實際上也是無線傳感網絡未來發展趨勢,因為我們在工業領域我可以看到未來一個美好前景。下面我簡單地介紹一下在幾大行業目前我們所謂物聯網在這里做了哪些工作,國內做了哪些工作。第一在鋼鐵行業,鋼鐵行業真正有實際用的,而且企業確實關注就幾件事情,就是物質流,能效和環境檢測。這個已經實際在做,借助無線傳感網絡進行管理。
這是在一個環境監控,無線傳感可以解決,但是有線解決不了。像石油化工行業,比如管道監控,油田監控,提出數字化油田的應用,國內中石油也在做這個事。這張圖實際上反映的是油田采油生態系統建設和傳感網絡,西班牙一家公司在橫跨阿根廷科羅河上實現了這一應用。飛機制造業更多是利用彌散-離散技術,有關云計算環境,彌散-離散是射頻技術,射頻技術很可能泄密技術。因此在飛機這些軍工企業不能使用,比如彌散-離散上記錄了發動機每個月生產產量,這對在座各位并不關注,但這實際上如果軍方發動機生產上,就意味著戰斗機服役情況。
在汽車制造業這方面用的比較多一些,基于AGV的物料情況,上汽最先用的是德國的寶馬公司。這是在燃氣輪機遠程動態監測與故障診斷,我們通過數據通信來進行解決。在紡織行業,紡織行業最早用的,實際上在服裝行業這個標簽上實現庫存零售也好,歐美發達國家問題比較多一些。但是現在有非常好的趨勢,服裝向個性化方向發展之后可以定制,在定制換之下生產環境不一樣,個性化定制怎么來做,利用RFID進行跟蹤。未來真正利用場景是這樣,高精度造船,大家不知道船舶制造,大家如果不細看以為利用到焊接,未來像機械加工利用模塊化加工出來進行拼裝,這是目前最高水平,成為高精準造船技術,物聯網技術在這上面也會得到應[FS:PAGE]用。
在儀器儀表行業,這個我簡單說一下。在儀器儀表這個行業上,感知是傳感網的基礎,中國儀表行業也做了多年,我們來看一下這個數據。從2005年到2009年中國傳感器平均增長長達39%,有四大領域,一個是工業過程控制,汽車電子產品,通信電子產品,還有消費電子產品,其中工業過程控制和汽車電子產品占42.5%,在這個里面壓力傳感器,溫度傳感器,流量傳感器占的量很大,大部分都是國外。2010-2015年,無線傳感器,MEMS傳感器達到25%以上。國內情況分布是這么一個特點,基本上90%芯片從國外進口,工業自動化高檔變送器用傳感器100%從國外進口。
在這種環境下國內儀器儀表行業面臨一個發展機遇,同時也是面對一個有困難,很多的核心技術在國外。到物聯網,實際上我們在這里面大有文章可做。前面我簡單介紹了一下在工業領域可能在哪幾個方面,哪幾個層面有可能有所作為,或者真正給企業帶來實際效果。那么在工業領域應用預測,實際上如果說我們用RFID,用無線傳感網,簡單做一個應用這就是物聯網對工業領域應用,如果僅僅這樣的話,實際上說白了企業界不太認同,這就是作秀,做一個概念而已。
我們現在結合我們做的2050年選擇的時候我們是這么來看這個事的,真正能改變工業領域應用有幾件事情可以做。基于物聯網工業和感知環境,現在我們在工業界用的都是有工藝文件,有設備進行加工,出了問題我們在來進行抽檢進行調整。未來應該基于物聯網感知環境,這個物流信息,公司狀態性和信息都集中在一起,到這個環境下可能我對制造系統的生產效率更提高,我可能會對產品品質會提高,這是物聯網我們認為可能會在這個層面上,如果發生作用的話,真正工業產生的影響。
第二大家看一下這張圖,物聯網的基礎我們說感知。現在大家都談到傳感,中國是制造大國,在十一五的時候曾經想過在中日韓建立一個制造業物聯網,做什么事?中國很多零部件技術,如果不貼上標簽,這時候整個產品質量跟蹤追溯,很有可能在這個面上進行更廣泛服務,在這個領域可能是工業企業所關注的一個層面。
第三個簡單把這個事情如何來實現物聯網信息服務介紹一下。第三個層面,通過物聯網技術真正把RFID傳感技術加到企業中之后,使得感知制造和智能工廠成為現實。在90年代初的時候在座各位都知道日本搞了無人化工廠失敗了,當時非常理想,實際上當時原因很簡單,實際上離不開人。但現在很多生產自動化的設備確實已經不需要人了,現在我們在想如果說物聯網真正很多[FS:PAGE]感知生產環境中以都能感知,智能工廠就能實現,但是智能工廠前提一定是感知制造。
因此,我們認為工業領域的應用是朝著感知制造和智能工業領域發展。我歸集一下,在工業領域應用,如果說制造模式的改變,對企業產品提升和生產效率提高,一定是在這三個層面上發生根本性變化,由制造裝備向智能裝備發展,由制造過程狀態檢測,物流的實時監控等。
我簡單總結一下,在工業層面上有幾件事情要去做的,或者要去關注的。第一個是RFID標簽技術,在2000年左右的時候,RFID技術已經開始應用。我記得印象很深2005,2004年,沃爾瑪提出在2006年全球RFID都貼上標簽,如果真要這樣前景非常美好。到2006年的時候失敗了根本沒有實現,原因很簡單,每一個標簽成本太高,根本就接受不了。低成本RFID標簽技術,我們物聯網真正應用的時候一定是物品,就像條碼一樣成本那么低廉才有可能實現物與物關聯,低成本RFID標簽才有可能。
在十一五的時候低成本RFID是什么樣子,能不能把標簽成本降低非常難,做到現在也就5、6毛錢,根本就沒有很大流量。現在有一種技術,采彩印刷電子技術,如果工藝上沒有更大的改變,低成本RFID技術就是一句空話。現有一種技術是什么呢?我用打印機的方式,因為芯片都是一層一層的我給打出來,像條碼一樣打出來,如果做到這個層面上,極有可能每個物品貼上一個基于RFID標簽就成為可能,這個技術現在目前引起工業界,學術界,和投資界極大的關注,這很可能是一個大方向。
我們一直講物聯網站在產業制高點,制高點在哪里,技術制高點在哪里,極有可能在這個上面。第二是工業傳感器與檢測技術,高可靠,實時工業無線網絡技術,這是必須要具備兩個基本提出。還有工業感知信息處理與挖掘技術,當然這是后話,前面這幾個是一個關鍵技術。這張圖實際上我參加目前鄔院長做的報告里面也在想一個事情,物聯網你可以找到很多應用點都說是物聯網沒有問題,RFID也是物聯網。但是你看每一個應用的時候產能不大,國家提倡物聯網的時候希望能夠拉動一個大產業,很都都做了但是沒有應用起來。就像這張圖很多不亮,有點像螢火蟲就那么大一點點,因此我就在想夜晚星空我們在這里摸索就是這樣子如何能做大,傳感部分和RFID是一個關鍵,如果說把這個義務做大了,物聯網應用才能真正提到整個產業上,有一句話“繁星點點,星光閃耀,物聯網的工業應用將照亮整個物聯網的夜空”,謝謝大家。
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