工业物联网在传统工业升级转型中的应用研究

2017-10-02 19:10 来源: CAICT信息化研究
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  摘要

  历史经验表明,全球性经济危机往往催生出重大科技创新和科技革命。自从2008年国际金融危机后,各国纷纷加快对新兴技术和产业发展的布局,把争夺经济、科技制高点作为战略重点。在全球新技术革命兴起的浪潮之下,我国确定了节能环保、新能源、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新材料和新能源汽车七大战略性新兴产业。由于物联网属于互联网的技术延伸和应用,技术发展较为成熟,因而在近几年获得了突飞猛进的发展,其产品已经渗透到几乎所有产业领域,成为拉动产业转型升级的突破点和重要抓手。本文对工业物联网的发展现状及国内产业化进程中出现的问题进行了初步分析,对重点工业领域应用场景进行了深入剖析,给出未来一段时间内我国工业物联网发展的基本方向和发展策略。

  关键字:工业物联网;离散工业;流程工业

  一、我国工业物联网发展需求分析

  1、工业物联网起源和发展现状

  根据美国权威咨询机构Forester预测,到2020年,全球范围内物物互联的业务规模将达到人与人通信业务规模的30倍之多。物联网已经成为下一个万亿级通信业务。据国联证券发布的研究报告称,目前国内PC使用量在1亿数量级,而物联网终端需求量则达到10亿量级的信息通信设备、30亿量级的智能电子设备、5000亿量级的微处理器和万亿规模的传感器需求 。

  随着CPS概念的提出和研究进一步深入推广,工业物联网已逐渐成为物联网的重点发展方向。工业控制网络开始从专用局域网管理向互联网延伸,其发展目标是通过互联网实现工业控制和管理的广域自动化,如远程监控、远程维护、远程自动化生产和自动管理等。

  目前,物联网的应用领域主要集中在城市管理方面,如交通监控、社会安防管理等领域,在这些领域中的应用虽然具备较高的社会效益,但其建设和使用主体以政府为主,经济价值较低。而物联网技术在工业领域的规模化发展和推广能够极大地提升工业生产效率,产生规模效应,为企业带来很高的投资回报和经济产值。另一方面,得益于开放市场特征和市场化机制的刺激,物联网在工业领域的应用和推广也能够得到不断创新和突破,实现技术和经济产值双提升。

  随着行业应用标准的不断规范化以及关键环节技术的不断成熟,企业应用、行业应用将成为物联网产业发展的爆发点。随着具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、下一代移动通信网络等产品和技术不断融入工业生产的各个环节,工业生产的效率将得以大幅提升,产品质量得到持续改善,产业化成本和资源需求得以降低,传统工业开始逐步走向智能工业时代。

  2、我国工业物联网产业化进程中面临的问题

  近年来,在国家政策的大力扶持和业内企业的不断努力下,中国物联网产业持续良好发展势头。技术研发取得重大进展,标准体系不断完善,市场化应用稳步推进。已取得了不小的成就,但就全球工业与物联网融合发展浪潮而言,我国工业转型升级进展则略显缓慢,究其根本,主要在产业发展环境、创新研发和人才支撑等方面存在瓶颈,产业发展推进动力和支撑能力欠缺。

  (1)产业发展基础研究投入不足,行业专利建设偏科严重

  国家质检总局发布的《2013年中国制造业质量竞争力指数分析报告》中显示,2009~2013年全国制造业质量竞争力指数增幅分别为1.18%、0.52%、0.38%、0.22%、0.10%,呈现出增速放缓态势。其中,研究与试验发展经费比重、技术改造经费比重、新产品销售比重等指标增幅减速尤为明显。

  对比全球工业强国研发经费投入情况,我国规模以上工业企业的研发投入一般仅占主营业务收入的0.7~0.9%,而主要发达国家的这一比例为2.5%至4%。在基础研究方面,近五年我国基础研究投入占全社会研发投入的比例一直徘徊在5%左右,而发达国家一般都在15%至20%。在高技术产业研发方面,我国产业研发经费占制造业研发经费的比重为26.3%,远低于美国73.3%、日本41.2%、德国34.3%、法国48.5%、英国62.8%、韩国58.7%的水平。

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  图1 全球制造业强国产业R&D经费投入情况

  从专利建设情况来看, 制造业专利质量偏低,重点工业领域积淀不足,存在偏科现象。有效发明专利中,国内维持十年以上的专利仅占5.5%,而国外这一比例达到26%强。通信设备、计算机及其他电子设备制造业领域每亿元产值专利数量约为1.2项,而在石油加工、炼焦及核燃料加工等重工业领域则仅为0.04项。

  (2)产业自主创新发展理念尚未建立,研发和引入动力不足

  互联网加速推动以产品为中心向以消费者为中心的时代过渡,而大量企业的发展理念尚未转变,用户消费行为和需求与制造业生产模式之间已经产生矛盾。目前,全球范围内工业特别是加工制造业正逐步进入互联网支撑的大规模生产和批量定制阶段。反观国内,仍处于批量规模生产阶段,以求降低制造与营销费用,以低成本竞争拓展市场,同质化产品竞争日益加剧,而用户需求则加快向个性化、定制化发展,市场利润空间收到双重挤压。

  但另一方面,生产模式及技术体系创新发展依赖大量持续性研发经济投入,作为产业创新主体,国内众多的中小型企业却一直面临融资难度大、融资成本高等问题,据调查显示,2013年全国仅40%中小企业研发投入较上一年有所增长,80%从民间渠道融资,年利率超过10% ,多方面因素综合影响,导致目前中小企业特别是制造业企业普遍面临“不创新等死,创新早死”的困境。

  (3)产业信息化发展人才支撑和储备不足

  北京市人社局发布上半年人力资源市场供求状况,“制造业”净增岗位数量居首位,全市用人需求约11.84万人,占全部净增岗位的21.3%,重点是技能型人才 。但反观我国工业制造业人才培育情况,已经与产业发展需求脱节。根据教育部发布的《2013年全国教育事业发展统计公报》,从2008年至2013年底,我国中等职业学校数量持续下降,从近15000家减少到12000家;另一方面,中职院校就读学生比例占高中生比例从2010年的48%开始快速下滑至44%,绝对数量减少了316万。预计2014年全国全日制中职毕业人数452万人,其中制造行业预计输出70.5万人,占比15.6%,与全国制造业人才用工缺口相去甚远,随着职业教育就读人数的不断下降,技能型人才的需求可能进一步增大。

  二、工业物联网典型应用场景分析

  物联网在工业领域的加速渗透和快速推广得益于其核心技术和特征表现能够非常完美地与工业资源流动的各个环节紧密结合,推动生产、管理效率大幅提升。根据国家统计局发布的2014年1—10月份规模以上工业企业营收情况来看,机械装备(14.9%)、钢铁冶炼(8.0%)、电子设备制造(7.7%)、电力热力生产(5.3%)、石油化工(4.9%)、煤炭(2.8%)等细分行业产值排名靠前,这些行业产出占据制造业40%以上的份额,因此从这些对国民经济和社会的影响力较大,生产力智能化改造提升的紧迫性较强的行业入手,分析目前物联网在这些领域的具体应用情况,明确我国制造业向智能制造转型的发展思路。

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  图2 2014年1-10月规模以上工业企业营收情况(主要行业占比)

  各细分行业按照生产方式分为离散工业和流程工业两种,离散工业采取非连续性生产方式,典型应用行业包括装备制造业、电子设备制造业等;流程工业采取不间断连续生产方式,典型应用行业包括石油化工、钢铁冶炼行业等。

  离散工业各个生产环节并非紧密耦合的关系,其加工流程属于间断式生产,以某一环节为核心环节,通过各组件装配完成产品加工。其产业应用特点包括:

  基于ERP的精益制造促进面向订单的批量生产成为离散工业主流发展模式;

  离散制造分布式加工的特点决定了柔性制造将获得广阔发展空间,反之,柔性制造能够进一步优化离散制造生产装备和工艺中心布局;

  虚拟制造成为提高各生产环节效率、进而提升离散制造整体生产效能的发展重点之一;

  离散工业分散化生产模式决定了现阶段物联网应用集中在单元级,物联网的主要切入方向:

  以单元级为单位的设备信息采集和自动控制,发展目标是智能机器;

  ERP和PLM的全面集成推动生产环节和供应链紧密耦合,使敏捷制造成为可能;

  柔性制造将最先在离散制造业中得到应用和推广。

  流程工业本身包含很多生产加工环节,各个环节属于紧耦合的关系,采取不间断连续生产的方式对产品进行深加工。流程工业产业应用特点包括:

  流程工业属于典型的面向库存生产模式,以大批量长周期连续生产为主,宕机成本很高,因此对各环节设备故障的预防和智能诊断要求很高;

  流程工业反应机理一般而言比较复杂,控制参数之间紧密耦合,需要制造执行系统(MES)与各环节进行生产信息实时交互、自动调度和反馈调节;

  流程工业串行生产方式决定了从材料到装备到数据链流向的路径固化,因此其对于每一个设备的可靠性、设备之间的同步程度要求很高,物联网的主要切入方向包括:

  基于统一控制平台的生产流程整体控制成为流程工业智能化发展的核心;

  设备信息采集是确保流程工业高效运转的关键。

  1、离散工业典型应用领域——装备制造业

  作为国民经济的支柱产业,预计2015年前后国内制造业产值将占全球总产值的10%,我国将成为世界制造中心。对制造业而言,其生产、销售和服务的本质可抽象为物流、资金流和信息流,而信息流又成为物流和资金流得以顺畅运转的基本前提。物联网的引入将进一步提高目前工业自动化发展水平,提升信息流的速度和质量,改变传统的业务流程和工作方法,减少环节和管理层次,提高效率,降低成本,加快资金流转,最终为企业带来明显的经济效益。

  具体来说,物联网在制造业中的应用体现在以下四个方面:

  数据录入和信息加工(数据采集);

  过程控制和资产管理(数据跟踪);

  调度监控和生产优化(数据挖掘);

  全球采购和售后服务(信息共享)。

  在生产加工环节:物联网应用的本质在于提供海量的生产线基础数据,通过挖掘隐藏在数据背后的价值,直接推动生产加工流程优化,提高生产效率,改善产品和服务质量。根据微软委托IDC进行的一项最新研究,制造业在未来四年内从数据中获得的价值将高达3710亿美元。美国总统奥巴马最近宣布联邦政府将拨款1.4亿美元支持两家新设机构,正是因为它们能帮助企业收获不断增长的“数据红利”。

  不难看出,对美国、德国、日本等制造业领先的发达国家而言,第三次工业革命已经进入第一阶段,即从不断增长的海量数据中发掘效率,将生产车间与后台的IT技术连接起来,构成一个完整的“智能系统”。这种方式能够帮助制造商从生产流程中压缩成本,从而减轻发达经济体的压力,令其能够以更低的生产成本去更好地参与全球市场竞争。

  在产品设备运输环节:物流是物联网发展最重要的领域之一,而物联网则是物流运转效率得以大幅提升和推动供应链透明、高效、精准服务的基本手段。物流随商品生产的出现而出现,也随商品生产的发展而发展。物联网的发展离不开物流行业支持,物流领域是物联网相关技术最有现实意义的应用领域之一。特别是在国际贸易中,由于物流效率一直是整体国际贸易效率提升的瓶颈,是提高效率的关键因素。因此物联网技术(特别是RFID技术)的应用将极大的提升国际贸易流通效率。而且可以减少人力成本、货物装卸、仓储等物流成本。

  通过RFID等软件技术和移动手持设备等硬件设备,基于感知的货物数据便可建立全球范围内货物的状态监控系统,提供全面的跨境贸易信息,货物信息和物流信息跟踪,帮助国内制造商、进出口商、货代等贸易参与方随时随地的掌握货物及航运信息,提高国际贸易风险的控制能力。

  在设备维护支撑环节:物联网能够提供所有应用市场的在线数字化管理和维护支撑服务,通过新型服务业态实现客户需求的快速响应,产业竞争优势得以重构。21世纪的制造业市场具有不确定性和全球性的特点,虚拟市场和代理成为市场进一步发展的重要形式。对企业而言,其市场的不断延伸意味着维护力量必须持续跟进和分散投资。基于物联网技术,所有服役产品和设备通过RFID、视频监控等技术手段与互联网联系起来,能够形成一个基于互联网的跨地域实时在线设备监管平台。制造商通过专门的接入点基于远程在线监控系统能够对设备进行实时监控,对可能出现的问题进行预警和技术支持,确保客户业务的连续性和安全性。对企业而言,能够降低设备故障率、降低产品维护时间和维护成本,节省大量的现场驻地服务人员,运维成本得以大幅降低。对用户而言,产品的安全运转得到保证。目前大量装备制造业企业开始在主流产品上部署各种监控设备和微处理器,通过集成无线网络和有线通信技术即可直接连上互联网,工业领域的远程维护基础条件已经发展成熟。

  得益于廉价劳动力资源优势,我国已经成为制造业大国,但并非制造业强国。通过信息化带动工业化的发展国策将加快制造业生产方式转变,这将对现有的就业结构形成冲击。一方面,由于生产环节大量使用新型装备替代劳动力,使得制造业环节的劳动力需求绝对减少;另一方面,随着服务业活动成为制造业的主要活动,制造业的主要就业群体将是为制造业提供服务支持的专业人士,这就使得二、三产业的相对就业结构朝着服务业就业人口比重上升方向发展。在这样的产业发展趋势下,低技能的生产工人对产业发展的重要性下降,高技能的专业服务提供者的重要性进一步增加。这对我国的教育、人才培育和就业结构产生极为深远的影响。

  2、流程工业典型应用领域——石油化工

  石油化工领域以石油、天然气为对象,主要操作环节包括地质勘探、钻井开采、炼制等。石油行业属于资金和技术投入密集型行业,同时也是高风险领域。油气勘探环境恶劣,存在安全风险,炼油化工生产环境要求苛刻,产品运输的安全性要求很高。作为我国现阶段支柱产业之一,石油化工行业正面临提升竞争实力和节能减排的双重压力。随着工业自动化技术的发展,物联网成为促进产业转型升级的突破口,目前全球各能源大国纷纷基于物联网技术开发和推广应用智能油田管理系统,旨在打造闭环生产过程,提高企业安全管理水平和运转效率。

  结合目前各国应用开展情况来看,物联网应用基本已经涵盖了开采、加工、运输各环节,开采环节主要用于钻头状态监测、油田勘探、原油存储、输油网络阀门控制等,加工环节主要用于生产设备的状态在线监控、厂区巡检及仓储管理等,运输层主要用于运输车辆在线监控、管道远程维护和故障定位、天然气气瓶管理等。

  在钻井作业环节:物联网主要用于钻头实时定位、状态监测、外界环节监测和人员定位。目前已经有许多石油公司、石油钻探队和钻探设备提供商采用 RFID标签来追踪多个钻杆。Merrick 系统公司于2008年正式推出一款商用RFID标签,相比市场上同类标签产品更为耐用、坚固,可承受高温和低温。设备商将 Merrick标签嵌入环形贮藏器里,这些嵌入式RFID标签连同 Merrick软件可以让油田公司、钻探公司和钻具租借公司追踪设备的位置,通过电子记录每个设备的位置和所处环境的温度、化学成分、压力、深度和时间长度来了解设备的使用情况。这类追踪可帮助设备使用者避免事故,如灾难性的地下钻柱倒塌或断裂等。将RFID标签应用于扭矩扳钳上,追踪螺栓所承受的转力矩大小,提前预防事故的发生。

  在人员定位方面,美国康菲石油公司在其挪威北海大陆架的Ekofisk Complex石油钻塔安装了约200个长距RFID读写器用于实时跟踪识别石油工人。 IDENTEC Solutions公司为康菲提供名为“WATCHERSERIES”的RFID跟踪系统,该系统包括有源RFID标签、读写器和系统软件。WATCHERSERIES软件集成有RFID读数,可提供每个标签的实时定位数据。在紧急情况演习或实际发生时,钻机处或岸上办公室的工作人员通过这一软件就可以快速查看到现场工人名单,在工人失踪时也会获得失踪人员的位置数据。

  在阀门控制环节:利用RFID可以实时监测石油流动方向,远程动态控制阀门开关,控制油田油气流动平衡。由于目前全球缺乏大面积未开采油田,因此这种基于RFID标签的定向钻探和开采方式获得快速发展。油井的纵向延展可以将一些小面积、非相连的油田或天然气田相连起来,避免新油田的开采。一般情况下,定向钻探使单个油井可连接 6-10 个小油田,通过控制油井钻管垂直和水平方向的阀门,公司可以最先开采水平方向上最远的小油田,接着再返过来进行垂直方向的开采,从而实现成本最小化。

  在石油存储环节:通过传感器监测储油罐液位、温度、容量等参数,降低厂区监控难度及成本,预防安全事故发生。

  Lion 石油公司将3台艾默生Rosemout 648温度变送器连接到安装在沥青储罐、硫氢化钠储罐和原油储罐的雷达液温计上。无线温度变送器通过测量4-20毫安的信号向DeltaV控制系统发送液位测量值,为储罐液位提供冗余信息,防止溢出并对沥青的贸易交接进行检查。另外还安装了2台无线温度变送器来测量原油储罐和污油储罐的温度。在另一个厂区,公司安装了2台Rosemout无线温度变送器来监视原油储罐和污油储罐。温度对正确计算石油的体积起着至关重要的作用。经公司估算,在污油储罐上安装无线设备,每天可节省150美元操作成本,总的节省可达20,000美元。现有变送器上的温度传感器用来测量液位和温度,当温度传感器出现故障,需要等到四个月后储罐换料空置时才能进行维修,因为有了无线变送器,工厂节省了操作人员在四个月内每天2次读取和记录温度数据并计算体积的往返费用。

  3、流程工业典型应用领域——煤炭加工

  在煤炭、石油等能源行业,物联网技术和应用得以大展身手。能源行业属于物联网的典型应用场景,其应用主要集中在生产、安全、管理三大领域。目前的解决方案已经较为成熟,部分省市也已经逐渐开展了相关应用的落地试点和推广。

  从行业内细分,物联网应用目前主要集中在煤炭采选业,包括炼焦产业和煤化工行业的两个细分领域的应用尚处于起步阶段。而在煤炭采选业的应用又集中在安全生产、目标管控和物资流通三个方面。

  在安全生产方面,物联网应用主要包括各类监测系统。通过力学、光学、图像、温度、气敏、液位、射频识别等传感器构建监测系统,常见的IT系统包括煤矿安全监控系统、煤炭产量远程监测系统、火灾监测系统、地音监测系统、微震监测系统、电磁辐射监测系统、矿用视频监控系统等,主要应用于通风管理、瓦斯管理、矿压与顶板管理、煤尘管理、防治水管理、防火管理和其它有毒有害气体管理等安监领域。

  在目标管控方面,物联网主要应用于人员管理和设备管理,相关的IT系统包括人员位置监测系统、设备管理系统、带式输送监控系统、轨道运输监控系统、提升运输监控系统、胶轮车运输监测系统等。通过这些系统,管理人员可以及时了解当前企业的动、静目标的实时情况,为提高生产率、提高设备使用率提供数据支撑。

  在物流管理方面,基于传感器、RFID、GPS等实现各类物流资源的动态定位。通过对现有各矿点、站点、用户等煤炭物流固定节点的称重计量设备加装传感器,基于无线通信网络在第一时间收集现场车辆载重数据并向平台实时传递车辆信息;利用RFID卡和远距离读卡器,采集运煤车辆信息、车牌号码、车主、载重及相关信息。通过在运煤车辆上安装GPS全球定位终端,实时监控车辆位置信息,与运煤车辆信息采集系统相结合,当车辆RFID读卡位置和行驶位置不符时及时进行预警,确保车辆作业安全。

  从工业物联网的架构来看,目前煤炭行业的物联网应用仍然处于工业自动化发展的初级阶段。这是由于其特殊的应用场景决定的。一方面,用于地面的物联网技术和设备一般难以直接用于煤炭行业,需要针对具体的应用场景条件进行定制化开发。另一方面,当前我国煤炭行业对于物联网的最大需求在于安全监控,应用的核心侧重于各类基础信息全面、细致、实时、可靠的采集和汇总,属于设备层和信息层的单向点对点通信,而基于信息自动化处理的控制信息反馈尚未涉足,换言之,控制层并未参与这一过程。由此可以看出,煤炭行业的自动化、智能化发展目前还处于起步阶段,发展潜力巨大但存在大量挑战,包括高度可靠的通信系统设计、高性价比的工业级传感器批量化生产以及成熟可定制的系统集成方案设计。

  4、流程工业典型应用领域——钢铁冶炼

  我国是钢铁生产大国,从1996年钢产量首次突破1亿吨开始,一直稳居世界钢产量第一的位置,是国民经济的支柱产业。我国虽然已经成为钢铁大国,但还不是钢铁强国,整个钢铁行业面临着强化技术创新与技术改造、淘汰落后产能、优化产业布局、增强资源保障能力、加快兼并重组以及环境、生态等方面的严峻压力等任务。

  钢铁企业的信息化建设,随着物联网、云计算等技术的发展,呈现加快发展的趋势。从2009年开始,钢铁工业成为物联网的重要应用领域, 目前物联网技术在钢铁业的核心领域应用初步形成,主要体现在以下几个方面:

  生产自动化控制;

  生产流程优化;

  产线装备在线监控;

  能源系统监测;

  环境监测。

  在生产自动化控制环节:该环节综合了生产装备监控和流程优化,通过传感器、RFID标签对产线装备状态进行实时监控和回传,由主控系统进行状态分析后精确控制生产线各环节紧密衔接,减少不必要的操作,提高生产效率,降低管理成本。

  钢铁制造属于批量化大规模生产过程,因此对生产机车或设备的自动定位控制、以及物料或者原料控制尤为关键。随着RFID技术在钢铁生产过程自动控制中的应用普及推广,钢铁冶炼流程自动化、智能化水平不断提高。

  在某钢厂的焦化四大机车自动控制系统中,将写有炉号信息的电子标签安装在推焦车、拦焦车、加煤车的轨道的关键位置上,当装有阅读器的推焦车、拦焦车、加煤车经过这些标签时可以读取到标签内的数据并将其上传至主控计算机中。主控计算机根据这些数据再来精确控制机车的运行状态。该系统自实行以来大大提高了焦化生产的自动化程度,避免了人为的操作失误,提高了劳动生产率。物料配送方面,通过部署配料自动打包控制系统,实现工业配料的精准控制及配料监测和数据存储、查询及打印功能,同时,配料产品包装采用信息可追溯的RFID电子标签体系(包含RFID标签打印机、RFID读写器、RFID标签等),为产品后期加工及流程管理提供安全可靠的依据,也为外围互联网应用服务的提升提供了软硬件保障。

  在冶炼环节,物联网技术的应用可以提高钢铁生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平,不断提高生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平。首钢通过利用RFID技术,成功实现传统“高炉炼铁+鱼雷罐车运输+转炉炼钢”的生产过程向“一罐到底”过程的改革:该工艺是将高炉生产出来的铁水,经过必要工艺流程处理后,通过RFID跟踪测距,以不更换铁水包的生产组织模式,直接兑入转炉冶炼的铁水运输方式。与目前钢铁企业较普遍采用的传统方式相比,克服了铁水注入波动影响成品纯度、温度损耗大、烟尘污染高等弊端,低碳环保优势明显,在钢铁企业生产流程控制方面具备广阔的发展前景。

  在环境监测环节:主要通过各类传感器实现生产环节产生的废水、废气、噪声及辐射等污染物的实时监测。 利用GPS技术、传感器技术以及RFID等技术实现钢铁企业生产过程中所产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控(如对不安全气体泄露的监测等),通过RFID技术,不仅可以远程关闭运行中的设备,还能防止突发性事故的发生。

  重庆某钢铁集团建设了完备的水质分析实验室,还在焦化厂、污水处理厂、排水口等安装了原装进口的高精度美国特纳TD-1000C在线式水中油监测仪,从生产线、污水处理,到排放口都严格对石油类指标进行实时监测,以确保所排放污水达到国家相关水质标准。

  在能耗控制环节:利用RFID技术组建能源管理中心系统(EMS),构建基于自动化和信息化技术的能耗管控一体化系统,借助软件技术实现能源生产、输配和消耗信息的动态监控和管理,改进和优化能源平衡,实现节能降耗和提高环境质量。

  钢铁行业属于一个高能耗的行业,钢铁企业在生产过程中需要使用大量的能源,能源消耗量约占全国工业总能耗的15%,废水和固体废弃物排放量分别占工业排行总量的14%和17%。能源费用占企业生产总成本约20%~30%,因此降低耗能,对于钢铁企业来说至关重要。

  由于能源介质管网遍布全厂,线路长,需要配套建设钢铁公司能源环境综合监控系统,作为能源管理现场无人值守的安全技术措施,在能源中心控制室实现对变电所、煤气混合加压站、高炉鼓风站等重要场所进行视频巡检和环境集中监控,确保在第一时间发现安全隐患。

  目前,随着网络技术和传感技术的快速发展,这一方面的工作取得了较快的突破和发展,建立能源管理系统是钢铁企业运用物联网等信息化手段达到节能目的的标志性的台阶,宝钢、鞍钢、马钢、济钢、南钢、沙钢、邯钢等15家钢铁企业已经拥有了能源管理系统。此外,一些企业还主动建立了排放数据采集系统,使其与当地的环保系统相连接,将节能减排落到实处。

  目前的能耗监测应用仍处于起步阶段,EMS只是简单应用与数据监测和统计报表分析,从从业务执行的角度来看,EMS并未将能耗数据给制造执行系统(MES),进而驱动分布式控制系统(DCS)动态调节各生产环节动作,优化生产流程。随着新一代DCS的诞生,在原有系统控制功能的基础之上开始集成离散设备的控制功能,如电机控制中心(mcc)、驱动器、软启动器、断路器电源测量设备等。在多业务参数综合分析的基础之上,能耗智能控制将成为智能制造的发展方向之一。

  三、我国工业物联网产业化发展策略

  基于工业物联网的第三次产业革命为发展中国家提供的“机会窗口”意义并不大,主要原因在于工业物联网并非新兴产业,而是工业自动化发展到一定阶段后形成的必然产物。对工业领域而言,工业物联网立足于工业自动化,是工业自动化发展到一定阶段,出于寻求生产效率的进一步提升需要,借助物联网形成的创新产业形态。对我国而言,其工业自动化尚未全面成熟,就业人口结构有待调整,工业物联网的跨越式发展将会对就业形成一定冲击。未来一段时期内,产业发展应循序渐进,优先寻求部分重点行业开展应用推广,此外在标准制定和新技术研发环节应加强研究力度,增强产业发展国际话语权和自身硬实力。

  1、加快核心技术研发,积极参与国际标准体系建设

  一是加强工业物联网标识和地址顶层设计,在生产制造环节重点推动适用于工业物联网环境的IPv6协议开发和软硬件研发,在研发设计环节鼓励网络、软件进行IPv6改造。持续推进传感器核心技术研发,加快无线宽带网络、云计算、大数据和制造业融合发展。研究和规划部署工业互联网通用基础技术平台,为各异构智能终端互联互通、安全组网提供通用发展平台,降低工业物联网应用设计成本。二是通过国家或民间标准化机构进行标准化工作;考虑建立融合ICT与工业设备的通用标准体系;及时制定出台“两化深度融合”标准化路线图;建立实验床进行技术与标准验证,引导广大中小企业推进信息化建设。积极参与工业物联网国际标准体系搭建工作,推进国际标准与国内标准体系同步发展,加快抢占未来产业竞争的制高点,提升国际标准制定的话语权。

  2、优化人才培养体系,加强产学研联合互动

  一是优化专业学科设置,积极发展职业教育。工业物联网属于交叉性学科综合应用,涉及信息安全技术、网络通信技术、广域自动化技术等的融合。有必要结合领域需求调整和优化高校专业学科建设,合理配置资源,积极发展职业教育,培育一批创新复合型人才。二是加强产学研合作,推动成果研发转化。充分吸收和借鉴发达国家产学研用联合模式,一方面,针对不同类型自发的产学研合作网络或产业研发联盟,政府要通过引导和支持的方式促进其发展;另一方面,选择几个重点行业进行试点,以行业骨干企业为龙头,联合科研实力雄厚的大学和科研机构,组建多种形式的产学研研发联盟,充分调动各方资源和力量,共同推进技术研发和应用推广。

  3、建立健全产业发展机制保障体系

  一是建立专项基金激励制度。设立工业物联网专项发展基金、鼓励社会风险投资的投入,支持和培育创业型中小企业的发展,消除科技成果转化与产业化之间的障碍,促进创新成果的转化,培育一批具有国际视野和国际水平的高技术企业。 二是加强领域“专精特新”企业扶持力度。逐步建立工业物联网领域“专精特新”企业培育库,针对自动化水平较高、管理精益、产品或服务有特色、具备一定的创新研发能力的企业开展重点培育;优先推荐申报专项资金;定期开展领域专业培训,建立现代化制造发展理念。三是加快布局工业物联网安全保障体系。鼓励企业加强工业物联网信息安全防范软件和入侵检测领域软件研发,提升信息安全防范软实力;培育一批第三方工业控制设备安全监测服务机构,面向企业提供工控设备安全性验证服务,采取主动防范和被动模拟攻击等形式验证系统安全;逐步构建工业互联网信息安全认证体系。

  4、国家层面部署重大工程,推进应用试点建设

  在人工智能、新型传感器、3D打印、智能装备等重点领域制定发展技术路线图,引导企业在系统集成、设计、制造、试验检测等核心环节开展技术攻关和应用示范,攻克一批关键零部件和软件开发,推动制造业向智能化发展转型,初步构建产业体系。在全国范围内分行业分区域选取试点示范企业,通过专项政策倾斜予以支持,建设数字制造示范工厂,推动智能制造在我国传统企业中的试点落地,发挥示范带动效应。以行业龙头企业为先导,鼓励和引导其应用大数据技术提升生产制造、供应链管理、产品营销及服务等环节的智能决策水平和经营效率。

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责任编辑:何雪萍
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