分析物联网在工业4.0中的运用

霍冬华

摘 要 信息技术研究不断深化，应用的范围在不断扩大，在此基础上，物联网应运而生。物联网是互联网应用的发展和延伸，实现了互联网价值更为充分的发挥。工业在技术进步的基础上实现了进一步的发展，由此迈入了全新的阶段。工业4.0是德国政府确定的未来发展项目之一，被誉为第四次工业革命，是以物联网为基础，目的是实现工业发展的智能化和数据化。从工业4.0的具体分析来看，物联网在其中发挥了关键性的作用，分析其具体的应用，可以为物联网在工业发展中的具体实践提供指导，文章就物联网在工业4.0当中的运用做具体分析，以供参考。

关键词 物聯网；工业4.0；运用

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）208-0085-04

工业发展对于社会的进步和发展有着重要的意义，所以积极的利用技术实现工业进步现实意义显著。从具体的分析来看，第一次工业革命利用蒸汽动力实现了社会生产力的大发展，由此将世界带入了工业化社会的当中[ 1 ]。第二次工业革命以电力为基础实现了社会生产力的进一步提升，使世界进入了电气化文明当中。第三次科技革命以计算机技术为基础，实现了工业发展和社会的智能化、自动化，明显提高了社会生产的效率和质量。现如今，物联网的发展和应用使得工业趋向于智能化和高效化，所以说其可以称之为第四次工业革命[ 2 ]。由上述的分析来看，每一次的工业革命都会有技术的进步和提升，工业4.0作为第四次工业革命，其代表性的技术便是物联网。分析物联网在工业4.0当中的运用，这不仅可以更加深入地认识物联网技术，更可以对工业4.0做全面性的认识和分析。

1 基本概念的分析

1.1 物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义物联网也是互联网，只不过其实现的是物物的相连。就物联网的具体分析来看，其包涵两层含义[3]，第一是互联网是物联网的核心，物联网是在互联网的基础上发展和壮大的，即物联网是互联网应用范围上的延伸。第二是物联网将互联网的利用延伸扩展到了任何产品之间，也就是说物物之间也能够进行信息交换和交流。从物联网的具体利用来看，其使用的技术较为多样，其中包含了智能感知和识别技术、普适计算等通信感知技术。正是因为物联网的利用实现了社会生产的大进步，因此也被称之为信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。图1是物联网的基本体系结构。

从目前的具体分析来看，对物联网的研究在不断的加深，物联网在社会生活的应用也在不断的拓展。现阶段，物联网在工业生产，物品传递以及其他领域已经得到了较为广泛的应用，这种应用提升了物品信息掌握的准确性，工业生产的智能化程度明显的提高，生产效率和质量都在不断的提升[4]。从具体的总结来看，物联网的应用实现了工业生产中信息追踪的准确性，有效降低了工业生产的成本。

1.2 工业4.0

工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。从该项目的具体发展来看，其由德国联邦教育局以及研究部和联邦经济技术部共同支持，总投资达到了2亿欧元。从具体的目的来看，该项目的建设主要是要提升制造业的整体智能水平，从而构建起具有较强适应性和资源利用率的商业伙伴。分析该项目发现，项目的实施与技术利用有着不可分割的关系，而其中利用的核心技术便是网络实体系统和物联网。基于该项目对工业的智能化改变，所以其又被称之为第四次工业革命，工业4.0的概念由此而来。简单来讲，该项目的实施通过信息通讯技术和网络空间虚拟系统的结合实现了制造业的智能化转型[5]。

就当前的具体分析来看，工业4.0在不断发展的过程中已经步入了中德合作的新时代，目前，中德双方签署了《中德合作行动纲要》，这份合作纲要中有关工业4.0的内容一共涉及四条，其中有一条明确指出工业生产的数字化也就是“工业4.0”的发展会全面的促进中德经济向前推进。从目前的工业4.0具体分析发现其具有3个主题[6]，其一是进行“智能工厂”的建设，即实现生产化过程和系统的智能化发展。其二是“智能生产”，即在整个制造业的生产过程中，将行业资源进行全面的整合，从而使行业中的企业同时成为行业发展的参与者和受益者。其三是“智能物流”，所谓的智能物流主要指的是通过互联网、物联网、物流网实现资源的整合，从而使得物流的供应效率实现较大提升，从而加快企业获得物流支持的匹配速度。

2 物联网在工业4.0当中的应用

从上文的具体分析来看，工业4.0的实现是以物联网技术为基础的，所以分析工业4.0的发展会发现处处都是物联网应用的影子。就现阶段的实践总结分析来看，工业4.0当中的物联网应用主要体现在五个方面，以下便是工业4.0当中物联网具体应用的系统机构图和具体的分析[ 7 ]。

2.1 生产设备的互联

从目前的具体分析来看，随着自动化、智能化的发展，工业生产中的程序化特征会更加的显著。在工业4.0不断推进的过程中，必然会有大量的终端控制设备以及数据终端程序进入到生产的控制当中实现对生产网络的控制。就目前的预测分析来看，到2025年左右，1 000亿物理终端会在生产控制当中进行运用[8]。面对如此庞大的设备群，如何实现其有效的连接是目前研究的一个重点。从传统的连接来看，物理缆线要实现如此大规模的物理终端连接，即使不进行成本的考虑，仅仅是线路布设就困难重重，所以传统的物理连接方式不适用于工业4.0的发展。

物联网行比于传统的物理连接方式，其具有明显的层次性特点，即在具体的利用中，利用物联网的网络层技术对复杂的布线做科学的设计，这样，不仅布线的成本问题得到很好的解决，线路布设的繁琐与复杂问题也得到了很好的解决。从现阶段的分析来看，在生产设备的互联当中，主要使用的物联网网络层技术较为多样，像WiFi技术、蓝牙技术、UWB技术以及NFC技术等都是主要的利用技术[ 9 ]。通过这些技术的使用，当有终端需要联网的时候，企业只需要为终端安装无线通信模块，终端设备的联网即可以实现。

2.2 物品识别的定位

从工业4.0的具体发展来看，其突出的特点是实现产品的个性化定制，而就此特点的实现来看，其需要企业对客户的需求做全面的了解，对订单的管理做全面性提升，对原材料的采购以及半成品和成本的具体生产环节做跟踪性的分析[10]。为了实现上述目标，对各个环节要进行标识，这样，企业可以了解产品生产的具体环节，从而对其生产的过程做控制和调节。举个简单的例子，在某产品的定制过程中，客户突然有了时间提前的需要，此时，利用对各环节的标识可以分析其实现的可能性，根据这种可能给予客户准确的回答会给客户更加可靠的感觉。如果没有做物品识别的定位，具体准确的分析无法完成，对具体工作状态的分析和评估会出现较大的差异。

物联网技术的利用不仅能够实现物品识别的定位，还可以实现物品管理的定位。当产品生产出来进入仓库后，利用物联网技术对产品做二维码等扫描，这样，产品的具体信息可以体现在包装标签上[ 1 1 ]。产品的入库、储存、出库、配送等都在标签信息的基础上实现识别和定位，产品的准确物流信息、管理信息会反映到企业的整体系统当中。综合来讲，利用物联网技术实现物品的识别并对其做定位分析，可以实现其管理的科学性和准确性。

2.3 智能物流

在工业发展的过程中，物流建设是需要重视的一部分内容，因为物流的投入对整个工业发展的成本控制有着重要的影响，所以积极的分析物流构建的方式，实现其智能化发展意义重大。从物联网的具体利用来看，其能够实现智能物流的发展，从而建设高效且低成本的物流链，进而控制工业制造的成本。就智能物流中物联网的利用来看，主要体现在以下3个方面[ 1 2 ]：

第一是在供应链管理方面，从工业4.0的未来发展来看，其生产商、销售商、原料供应商等会所定在一个相对封闭的系统当中，在这个系统中，利用物联网实现物品当前状态的获取，这样便于各个环节物品的供应针对，从而提高供应的准确性。

第二是物流智能配送中心方面。利用物流网技术将产品的具体电子信息以二维码等方式贴于产品表面，通过对该货物的实时追踪和记录，再结合物联网管理信息系统，这样，货物的出库、盘点、配送等可以实现一体化。一体化的管理明显的提升了物流配送的效率，其质量也有了进一步的提升。

第三是可视化管理方面。在实际利用中，使用物联网的传感器网络技术对车辆进行监控，这样，车辆的位置和状态信息可以通过网络传输系统进入到智能管理系统的当中，用户以及管理人员利用终端做登录便可实现对具体物品信息的查询和了解。简言之，物联网技术的使用使得智能物流的发展更加的迅速。

2.4 环境污染监测

从现阶段的具体分析来看，绿色生产已经成为了社会共识，所以在工业发展的过程中，推进绿色工业的发展势在必行。工业4.0作为未来发展的重要项目，绿色生产是必须要坚持的内容，所以在具体的生产制造过程中，利用物联网技术做好环境污染的检测十分的必要。就目前的具体分析来看，在工业4.0的发展中，物联网技术的利用对于环境污染检测有两方面的突出意义：

第一是物联网可以实现污染数据的实时检测。在传感器网络的污染节点当中进行网关和监控中心的布置，可以及时的获取监控污染物的排放数据，对比分析监控指标可以发现污染物的合格性。总之，通过物联网的利用，在工业制造中的环境污染监控会更加的及时[13]。

第二，物联网的利用可以实现远程污染口的关闭。从文中的分析可知物联网是互联网的深化和延伸，所以互联网具备的功能物联网也同时具备。利用物联网布设监控区域和监控中心，及时的获取污染排放数据，对比排放数据和标准的差异性，针对与标准存在重大差异的污染排放点，利用物联网的远程控制程序对该排放点做及时的关闭处理，这样可以避免污染事故的突然发生。简言之，物联网技术的利用不仅实现了污染检测的远程监控，而且实现了污染排放的远程控制，这会强化工业4.0发展中的绿色制造。再者，利用物联网，相关的环保部门以及相关的机构在进行环境评估和预测时会更具准确性和效率性。

2.5 智能工厂安全系统

从目前的具体分析来看，在工业4.0的发展过程中，威胁其发展的重要问题是安全，所以必须要对工业4.0发展过程当中的安全问题做具体的分析。物联网的应用实现了工业4.0安全发展问题的解决，具体表现在两个方面：

其一是利用物联网可以实现人员出入的控制。从具体的分析来看，在智能工厂当中，出入企业的人员配置智能一卡通，人员在进出的时候利用一卡通做鉴权认证，这样，外人的随意进入可以实现有效的避免。对于企业的核心区域，要进入区域需要进行二次授权和认证，这样，企业的安全可以实现层层保护。再者，利用物联网构建企业监控系统，同时在系统当中进行图像识别、人脸识别以及报警系统的设置，这样，整个工厂的安全控制效果更加的突出。

其二是利用终端接入控制进行网络安全的保护。就企业的具体运行来看，网络安全对于企业的影響十分的重要，所以需要对网络安全的控制做全面性的强化。在工厂的网络利用中，要进行终端接入，需要对接入终端做授权或者是物理地址的认证，只有在认证成功之后，网络才能够实现接入，否则拒绝网络的进入。通过这样的网络终端控制，非法终端的接入被有效的避免，网络的安全问题得到有效的保证[14]。

综上所述，通过人员的进出控制和终端的接入控制，智能工厂在具体的运行中表现出更强的安全特性，这可以有效解决工业4.0发展中的安全威胁。

3 对于物联网以及工业4.0的建议和思考

上文具体分析了物联网以及工业4.0，并对工业4.0发展过程中的物联网利用做了全面的研究，从分析中可以发现，物联网的利用对于工业4.0的推进帮助巨大。基于此，在工业4.0的未来发展中，物联网的具体利用需要做两方面的提升。

第一是物联网的研究要持续的深化。从目前的分析来看，物联网的重要性显著，但是具体的技术还在发展当中，也就是说现阶段利用的物联网还存在着缺陷和不足，而这些缺陷和不足是需要用技术提升做补充的，因此在物联网的深化应用中，需要对具体的技术做深入性的分析和开发，这样，物联网会在更先进技术的基础上实现进一步的提升。物联网的技术提升，缺陷和不足得以改善，具体的利用效果会更加的显著，价值体现更加充分[15]。

第二是要做物联网相关的专业性人才培养。物联网作为工业4.0发展过程中所依赖的重要技术，其价值要得到发挥必须要有专业的人才来实施。从目前的分析来看，因为物联网的发展尚短，具体的专业性人才培养为形成规模，所以在未来的工业化4.0推進中，人才会成为制约物联网利用的重要因素。基于这样的认识，在目前的物联网利用中，一方面总结经验和理论，另一方面总结技术实践与方法，从而形成系统的物联网培养体系。利用此体系做物联网专业技术人才培养的框架，规模化培养物联网人才，物联网在工业4.0推进中的效果会有进一步提升。

4 结论

工业4.0是未来工业发展的主要趋势，而在工业4.0的发展中，物联网是基础，所以为了实现工业4.0的认识深化物联网具体价值的全面性认知，需要对这两个概念做全面性的解读。本文所分析的二者的概念以及物联网在工业4.0当中的运用，其根本目的是为工业实践进步提供具体技术利用的指导和参考。

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