工业物联网发展现状及要解决问题浅析

2017-09-26 10:12:00 来源:

工业物联网技术是一个跨学科的工程,它涉及自动化、通信、计算机以及管理科学等领域。工业物联网的广泛应用还面临着众多的问题。
   1 工业物联网的发展现状

  工业物联网中的关键技术是感知技术。当前,国际上对于工业物联网的研究主要有三个标准,即Wireless Hart、ISA100.11a 以及WIA-PA 标准。国内对于工业物联网的研究也十分活跃,中科院沈阳自动化研究所牵头制定了WIA-PA 标准,使得我国在工业无线标准的领域里占据了一席地位,清华大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、东北大学,北京科技大学等都在工业物联网的领域中做出了大量的研究成果。

  传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN) 在工业物联网应用过程中起到了枢纽的作用。工业环境的特殊性,致使传感器网络的应用必须考虑大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应,以及马达、器械等运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰,如何保证传输的可靠性是传感器网络在工业物联网应用的重点。

  中科院沈阳自动化研究所牵头指定的WIA-PA 标准,提出了一种自组织、自治愈的MESH 路由机制。所谓MESH 路由机制,就是指通过自组织的方式将Sensor 节点与Sink 节点相连接,该路由机制保证了链路在失效的情况下自动启用备用链路,从而保证数据传输的高可靠性和强稳定性,它兼容了IEEE802.15.4 标准,实现了短程的可靠通信。当前,WIA-PA已应用在石油开采、污水处理、冶金生产等行业。

  在工业生产过程中,生产过程参数对于最终产品的形成起非常重要的作用,某一个环节的参数变动可能导致最终产品性能的改变,尤其在钢铁行业的生产过程中,整个工艺流程需要采集大量的参数数据,如何保证过程参数的准确性是传感器网络在冶金工业应用中最需要考虑的。是在工业生产过程中一个实时监测系统某时刻的检测结果,在显示某时刻所获得参数超过了阈值时,系统将根据生产过程中的需求来选择传感器重传或者放弃该数据等不同操作。

  工业环境的特殊性要求感知设备在其性能、体积、材质等方面达到一定的指标,当前国内外生产RFID 以及各类传感器的厂商成千上万。成熟的MEMS、SOC 以及新材料等技术使得传感器满足了多数行业的需求,而当前工业所面临的主要是成本控制以及性能高端传感器的大量需求。RFID 作为物联网技术应用的主角,其低廉的价格以及使用的便捷性得到了企业的广泛应用,当前多数企业在库存管理方面采用了RFID,管理员定期定时扫描库存设备,摒弃了以前逐个检查的方式,从而大大提高了工作效率。

  设备是工业生产的基石,如何保证设备正常运行以及及时维修是企业保证生产正常运行的关键。例如,太原钢铁有限公司采用上海某公司研发的点检系统,在各个需要点检的设备部位安装RFID,并且将该设备信息录入到点检系统中,点检员定期通过手持PDA 设备获取设备某部位的温度、侧移等关键数据,从而为生产设备正常运行提供关键的数据。当前在冶金、石油、煤矿等高污染行业中均引入了物联网技术作为环保监测手段,以保证企业的和谐绿色发展。

  环保作为21 世纪最受关注的民生产业之一,环保监测和能源管理物联网技术实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理的各个环节指标实现实时监控。通常在各个重点排污企业的污染源口安装无线传感设备,实现了实时监测排污数据,并且通过远程控制的方式实现远程开启、关闭排污口等功能,从而防止突发性的环境污染事件。

  工业物联网的发展需求大量的传感设备,抗腐蚀性、高强度、耐高温等特性的专用传感器的发展将成为工业物联网应用的一个推进器。

  两化融合是世界工业化发展的一个趋势,物联网技术给工业化带动信息化、信息化促进工业化提供了一个新的突破口。当前,先进制造企业基本上实行了信息化管理,如多数企业采用的基于ERP 的现代企业管理制度,基本上实现了信息共享、实时获取生产经营情况等功能。

  ERP 作为当前企业应用最为成熟的现代化企业管理解决方案,及时、高效地获取生产经营情况是企业管理决策人员所希望的,而现代物流业发展、电子商务平台的运用以及SCM 和CRM 等成熟解决方案的应用,使得制造业从传统的制造方式到真正实现了智造。

  物联网的提出给两化融合的进一步解决提供了一个新的突破口,新型制造业的发展是基于自动化技术的应用,物联网的应用改变了传统自动化技术中被动的信息收集方式,实现了自动、准确、及时地收集生产过程的生产参数。传统的工业生产采用M2M(Machine to Machine) 的通信模式,实现了机器与机器间的通信,而物联网通过Things to Things 的通信方式实现人、机器和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接,从而使得企业与客户、市场的联系更为紧密,企业可以感知到市场的瞬息万变。例如在钢铁行业中,物联网的存在,使得管理决策人员能够实时地掌握价格的涨幅变化以及原材料的变化,从而对生产做出准确、合理的调节;基于ERP 的管理理念使得管理理念得到了改变,从而提高了管理效率。

  2 工业物联网需要解决的问题

  工业物联网技术是一个跨学科的工程,它涉及自动化、通信、计算机以及管理科学等领域。工业物联网的广泛应用还面临着众多的问题。

  2.1 设备兼容问题

  如何解决物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。设备兼容关键是标准的统一,当前工业无线的三大标准HART、ISA以及WIA-PA 均兼容了IEEE802.15.4 无线网络协议,但是相互之间的兼容性还存在一定问题。

  2.2 数据采集技术

  价格低廉、性能良好的传感器是工业物联网应用的基石,工业物联网的发展要求更准确的、更智能的、更高.
移动互联网的快速兴起,尤其是移动智能终端的快速普及,给移动芯片产业的发展带来了前所未有的强大动力。在全球半导体行业整体疲软的局势下,移动芯片市场却一枝独秀地实现了快速增长,成为集成电路产业盈利的主要来源,同时,以ARM为代表的厂商的崛起,正在改写全球芯片产业的市场格局。尤为值得一提的是,伴随全球移动芯片产业的快速发展,我国的芯片产业也实现了跨越式发展,从曾经的“无芯”到“有芯”以及未来可能的“强芯”,我国移动芯片产业正在进入新一轮的黄金发展期。

近年来,在移动互联网发展的有力带动下,移动智能终端超越PC成为全球集成电路发展的新市场和新动力。借助于国内市场的快速发展和对国际开放性技术成果的积极利用,我国在移动芯片领域已初步实现核心技术和市场应用的双重突破,取得了远好于PC时代的产业位置。

全球移动芯片产业的三大趋势

全球移动芯片产业发展正呈现出三大发展趋势,第一是移动芯片成为集成电路产业发展的关键动力;第二是通信基带芯片持续增长,应用处理芯片快速兴起;第三是移动芯片驱动集成电路制造产业快速升级。

移动芯片无疑已成为集成电路产业发展的主要推动力。2007年以来,移动互联网发展开启了信息产业新周期,智能终端近3年始终保持超过50%的高增长率,PC则连续四季度同比下滑。20年来PC主导全球芯片市场的现状被改变。2012年移动终端芯片销售额为651亿美元,占全球芯片市场的24%,与PC芯片持平。毫无疑问,智能终端为集成电路产业带来了新的发展方向。

2012年,全球移动芯片市场规模增长15%,而同期半导体行业整体下降3%。移动芯片已成为集成电路产业企业盈利的重要来源,并重塑了集成电路产业格局。ARM崛起成为芯片产业新的领导者,全球90%的智能终端采用了ARM架构的移动芯片;高通市值超越英特尔,成为移动芯片霸主。通信基带芯片和应用处理芯片成为移动芯片发展创新的关键。

在移动互联网的浪潮下,通信基带芯片也出现了持续增长。2012年,通信基带芯片出货同比增长8%,达到22.8亿片:3G芯片同比增长5%,其中TD-SCDMA芯片超过8000万片,同比增长30%;LTE芯片出货量比2011年增长超过5倍,首度接近1亿片,通信基带芯片产业持续增长。同时,应用处理芯片也随着移动终端智能化而快速兴起,2012年全球总计出货超过8亿片,同比增长超过50%。多核复用成为应用处理芯片设计的重点,四核逐渐成为市场主流。同时,整合应用处理器和通信基带处理器的集成型单芯片因性价比、功耗控制等优势而快速发展,已经快速成为移动芯片发展的重要方向。

移动芯片市场的快速发展正在驱动集成电路制造产业快速升级。移动芯片的快速发展和升级换代,加速着芯片制造企业的工艺改进和升级。台积电工艺升级周期已缩短为两年一代,2012年台积电实现28纳米量产,同期完成全球第一枚20纳米移动芯片试制;英特尔进入22纳米时代,并计划在2014年推出14纳米工艺。同时,移动芯片促进制造企业由关注“性能提升”向“性能和功耗平衡”转变,产业逐渐发展到“后摩尔时代”。芯片设计企业与芯片制造企业的合作前所未有的紧密。

合力推动产业健康持续发展

国内芯片企业应抓住当前的有利时机,充分利用市场优势,加强产业链各环节的协同,推动芯片产业和技术进一步提升。一是优化芯片产业整体布局,推动良性发展。充分发挥国家的政策支持以及引导和扶持作用,做好对IP核、芯片设计、芯片制造等关键环节的整体统筹布局。充分发挥移动互联网和智能终端的产业拉动效应,以终端芯片为重点,加快内需市场移动芯片国产化进程,推进国内企业在市场规模、营收、利润及国际影响力等的提升,同时,推动其在物联网、传感网等感知领域,以及智能电网、安防监控等新领域的应用。

二是突破关键技术,进一步加强对核心技术研发、关键设备购置等的支持及协调,加大对移动芯片内部各类关键IP核的自主研发,推动高制程工艺的技术突破和尽快量产,夯实多模多频、集成单芯片、高工艺芯片设计和制造等核心技术基础。

三是加强产业联动,实现IP核、设计、制造三大环节协同发展。建议终端企业和芯片设计企业针对移动芯片设计研发加强合作,促进“芯片与整机”、“芯片设计与制造”、“IP核与芯片设计”参与主体间的资源协调、优化和紧密合作,从而提升产业的协同实力和产业链各环节的同步提高。

我国移动芯片产业实现突破发展

在国家对TD-SCDMA和集成电路产业的大力支持下,借助智能终端和3G市场的有力拉动,我国移动芯片取得了长足进步,基本具备了进一步创新升级的产业和技术条件。

3G时代,我国成功实现了从“无芯”到“有芯”的跨越。在通信芯片方面,展讯、联芯科技、重邮信科、锐迪科、国民技术等已实现TD-SCDMA/GSM芯片的商用,彻底扭转2G时代几乎全部依赖进口的现状。2012年我国基带芯片出货8亿片,国产化率提升到11%:在TD-SCDMA市场,国内芯片企业市场占有率超过三分之二;在GSM市场,国内企业始终位于前三;WCDMA芯片已实现累计千万片出货。在应用处理芯片方面,2012年我国智能手机应用处理芯片出货超2.5亿片,国产化率增至10%。展讯和联芯等企业提供的集成型芯片是拉动产业发展的重要力量。同时,全志、瑞芯微等通过为平板电脑提供应用处理芯片,年出货量亦达到千万级别。国内企业已实现多核、高工艺等设计技术突破,四核应用处理芯片已规模商用。在40纳米工艺广泛采用的基础上,今年部分国内芯片企业也将把技术工艺升级到28纳米。

在LTE时代,我国的芯片产业进一步具备了从“有芯”到“强芯”的可能。在LTE芯片方面我国目前已基本跟上国际水平。海思、展讯、联芯、中兴微电子、创毅视讯、重邮信科、国民技术等多家企业已实现LTE基带芯片的商用供货;多家产品已支持或今年支持2G/3G/LTE多频多模。

近年来,我国集成电路制造产业也取得了长足进步。2012年,国内集成电路制造业销售收入501亿元,近7年来年均增长率为30%。在全球半导体产业销售收入整体下降的情况下,中芯国际2012年实现29%的逆势增长,同期国内客户占比已经上升到34%,在不到5年时间内增加了一倍,国内芯片制造业与设计业相互带动效应渐显。2012年中芯国际实现40纳米工艺量产,当年即占总销售收入的2.6%,目前其28纳米生产线也在积极建设中。

在当前的产业格局下,我国移动芯片产业要实现进一步突破升级,在市场拓展、技术提升、产业合作等方面仍面临巨大挑战,具体表现在三个方面。
互联网大会召开在即 A股“搭起”网络平台

伴随着移动支付、社交网络、大数据和云计算等互联网信息技术的发展浪潮,以第三方支付、P2P、网络贷款及金融机构线上平台为代表的互联网金融模式已渐露端倪。在全球化发展、电子信息技术日新月异、移动互联网兴起的今天,互联网已经渗透到生活的方方面面,也酝酿着资本市场重大变革。8月,中国互联网大会将在京召开,在此背景下互联网板块将迎来机遇。

互联网巨头频频发力

2013中国互联网大会将于8月13日-15日在北京国际会议中心举行,围绕“共建良好生态环境,服务美好网络生活”的大会主题,全球200余位嘉宾将共聚一堂,共同关注移动互联网、电子商务、互联网金融、大数据、云计算、物联网、IPv6、创新创业等多个领域。

回顾近期互联网行业大事,中国互联网三巨头2013年来在移动互联网上频频发力,阿里巴巴和百度分别通过收购来优化在移动互联网的布局,腾讯在微信基础上发展手机游戏和电商。百度7月宣布19亿元收购移动互联网应用分发公司91助手,创下中国互联网行业最大金额的收购,也由此拿下移动互联网的“船票”。

除了移动互联网领域,互联网还对金融服务业产生深远影响。近期市场上热衷的余额宝、活期宝、现金宝等产品就是金融与互联网的结合的产物。催生互联网金融新霸主的两条路径:金融机构“触网”和互联网公司“贴金”。金融机构拥有客户、研究和资本优势,而互联网公司拥有技术、数据和创新优势,互联网金融新霸主将从两个领域诞生:一是传统金融机构通过自建或合作的方式,利用互联网思想和技术创新盈利模式和改善客户体验。二是一些有资质的互联网企业通过申请金融牌照、收购中小金融机构等方式进军金融领域。

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