物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為IT行業(yè)又一次重大的變革，為不同行業(yè)建設(shè)提供了可行的解決方案。本文主要對(duì)鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)中所產(chǎn)生的問題進(jìn)行了闡述，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決信息化進(jìn)程中所面臨的難題，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過程中的進(jìn)—產(chǎn)—銷過程中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)從制造大戶邁向智造大戶。

引言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）作為因特網(wǎng)后的又一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)革命，已經(jīng)納入各國(guó)未來國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵方向，據(jù)相關(guān)部門預(yù)測(cè)，未來幾年物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)份額將突破萬億。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)當(dāng)前尚未得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布，為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于該技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)眾說紛紜，但總體上可歸結(jié)為以下三層—感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層，如圖1所示為當(dāng)前業(yè)界常用的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

由圖1可見，物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要設(shè)備包含有各種傳感器、RFID、智能終端等，這些設(shè)備的主要功能就是完成用戶或者系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的采集以及提取，如圖2為常見的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，圖左邊為傳感器網(wǎng)絡(luò)中常采用的一個(gè)簇結(jié)構(gòu)，其中圖中的S表示傳感器，各個(gè)傳感器間可采用自組網(wǎng)的方式相互連接，從而通過接入網(wǎng)關(guān)連接到Internet；RFID技術(shù)又稱為射頻標(biāo)簽，即帶有存儲(chǔ)器的電子標(biāo)簽，它主要是通過射頻的方式將RFID中的信息傳遞給所需信息的載體或者客戶，而這種信息的傳遞主要是通過射頻間的通信完成的；而智能終端主要包含有智能手機(jī)、PDA、iPad等具有智能系統(tǒng)同時(shí)帶有無線射頻的通訊設(shè)備，用戶可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)廠商將數(shù)據(jù)或者信息遠(yuǎn)程傳送到指定的Server。

圖2 傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層又可稱為是傳輸層，該層的主要功能是完成數(shù)據(jù)與信息的傳遞，常見的接入技術(shù)包括有線接入以及無線接入，有線接入技術(shù)已經(jīng)十分成熟，該接入技術(shù)以其高穩(wěn)定性早已被廣泛應(yīng)用到日常生活中，而無線接入技術(shù)由于其低廉的部署價(jià)格以及接入的便捷性在業(yè)界也十分活躍，當(dāng)前興起的3G/TD-LTE技術(shù)已經(jīng)被廣大消費(fèi)者所認(rèn)可。云計(jì)算技術(shù)的興起，為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供了更為方便快捷的信息傳遞方式，總之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)接入層的主要任務(wù)就是完成用戶或者系統(tǒng)對(duì)感知層數(shù)據(jù)以及信息的獲取。

而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)不同的感知數(shù)據(jù)做出不同的反應(yīng)，當(dāng)前市場(chǎng)上興起的云電視、智能醫(yī)療系統(tǒng)、智能家居以及數(shù)字地球等等都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的主要作用就是感知層數(shù)據(jù)獲取信息的應(yīng)用。

鋼鐵行業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)家工業(yè)與信息化部公布的<鋼鐵“十二五”規(guī)劃>[3]中明確指出實(shí)現(xiàn)兩化融合—即信息化推進(jìn)工業(yè)化，工業(yè)化帶動(dòng)信息化，信息化的建設(shè)對(duì)于現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起著重要的作用，而我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的信息化建設(shè)相比國(guó)外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)還有很長(zhǎng)的一段路要走，因此加大推進(jìn)信息化建設(shè)是我國(guó)鋼鐵行業(yè)由當(dāng)前的制造大戶邁向智造大戶推進(jìn)的必經(jīng)之路。

當(dāng)前業(yè)界對(duì)于鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)主要包含PCS、MES、ERP以及管理決策支持系統(tǒng)（DSS）。PCS稱為過程控制系統(tǒng)，它主要完成現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器數(shù)據(jù)的獲取、通過PLC完成生產(chǎn)制造過程的控制；而MES稱為制造執(zhí)行系統(tǒng)，主要向下針對(duì)生產(chǎn)車間中的生產(chǎn)控制接口，向上連接銷售以及原料等的ERP系統(tǒng)，完成整個(gè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理，對(duì)于MES來說數(shù)據(jù)是最重要的，因此MES系統(tǒng)連接著PCS系統(tǒng)，而PCS系統(tǒng)連接著大量的Sensor、RFID、PC等設(shè)備，工作人員通過遠(yuǎn)程控制的方式即可獲取生產(chǎn)過程中所需的各種參數(shù)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)基本上都實(shí)現(xiàn)了MES的上線，并且MES系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益；ERP又稱為企業(yè)資源管理系統(tǒng)，它主要是將企業(yè)生產(chǎn)以及管理過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)以及信息通過ERP系統(tǒng)完成記錄、分析以及獲取。ERP系統(tǒng)作為企業(yè)信息化建設(shè)中與用戶交互的接口，因此它在企業(yè)信息化建設(shè)過程中的地位是不言而喻的，當(dāng)前關(guān)于ERP的使用國(guó)內(nèi)多數(shù)大型鋼鐵企業(yè)均已上線。當(dāng)前對(duì)于ERP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為自主開發(fā)以及引進(jìn)業(yè)界成熟的解決方案，SAP公司提供了全球最成熟的ERP解決方案，然而由于我國(guó)當(dāng)前傳統(tǒng)行業(yè)管理的落后性往往跟不上SAP系統(tǒng)中所提供的先進(jìn)的管理方案，因此需要技術(shù)人員重新按照符合自身管理流程的方案來重新對(duì)ERP系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，這樣就造成了資源的浪費(fèi)。

物流業(yè)對(duì)于傳統(tǒng)的資源性行業(yè)來說是非常重要的，現(xiàn)代物流業(yè)的形成提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，將給企業(yè)決策人員提供了可靠地信息服務(wù)，然而當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的物流體系還未實(shí)現(xiàn)智能化，因此如何解決鋼鐵物流與生產(chǎn)過程的相連是企業(yè)信息化建設(shè)所面臨的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)所提供的機(jī)會(huì)

當(dāng)前鋼鐵企業(yè)主要以三級(jí)MES以及四級(jí)ERP作為自動(dòng)化與信息化建設(shè)相結(jié)合的主要接口，而當(dāng)前我國(guó)鋼鐵企業(yè)信息化集成程度相比國(guó)外先進(jìn)鋼鐵來說還相對(duì)較低，如在原材料的購(gòu)入、入庫(kù)、以及原材料使用到成品的銷售的過程中，如何能夠?qū)崟r(shí)的跟蹤記錄、獲取原材料所需購(gòu)入的類型數(shù)量以及如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的實(shí)時(shí)調(diào)控避免造成庫(kù)存量的增加，這些都需要實(shí)時(shí)的獲取進(jìn)貨—生產(chǎn)—銷售過程中的各種信息資源，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出為該問題提出了解決的可能性。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心思想是智能感知以及智能控制，如圖4所示為當(dāng)前鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)模型圖，圖中所示的物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)鋼鐵信息化建設(shè)中的PCS、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及MES和ERP。在鋼鐵生產(chǎn)中從原料的購(gòu)進(jìn)到產(chǎn)品的加工將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，這些信息對(duì)于生產(chǎn)決策人員是十分重要的，如在原材料購(gòu)進(jìn)到煉鋼的過程中將產(chǎn)生原材料的比例參數(shù)以及產(chǎn)出鋼的各種性能參數(shù)，這些參數(shù)的記錄將影響以后相同鋼坯生產(chǎn)。同時(shí)在熱扎及冷扎過程中需要根據(jù)生產(chǎn)過程中的參數(shù)扎出不同類型的鋼坯，這些信息通過PCS系統(tǒng)傳輸?shù)組ES以及ERP系統(tǒng)。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在如圖4中所示的感知層，可以采用當(dāng)前業(yè)界廣泛興起的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[1]，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)通信，這樣相比當(dāng)前使用的有線傳輸來說理論上降低了傳輸開銷，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，提高了生產(chǎn)過程中參數(shù)數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時(shí)性。如圖3所示為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬圖，圖3(a)為當(dāng)前采用的有線方式的數(shù)據(jù)采集模式，如圖所示采集3個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)需要3個(gè)時(shí)隙，而采用圖3(b)的方式在一個(gè)時(shí)隙就可完成3個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集。

圖3 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模擬圖

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)企業(yè)決策人員可以通過智能終端實(shí)時(shí)地獲取生產(chǎn)或者銷售過程中的各種關(guān)鍵信息，這樣就減少在錯(cuò)誤決策下造成的損失，如圖4所示的用戶可以通過終端連接ERP系統(tǒng)獲取各種生產(chǎn)以及銷售的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)可以通過MES下達(dá)各種生產(chǎn)的計(jì)劃，這樣就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)貨—生產(chǎn)—銷售的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)契機(jī)，通過將RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPS技術(shù)等相結(jié)合形成一個(gè)智能化的物流管理系統(tǒng)，而對(duì)于鋼鐵行業(yè)來說，物流業(yè)的提高關(guān)系著決策者對(duì)于生產(chǎn)銷售的實(shí)時(shí)管控，管理者可以通過實(shí)時(shí)的銷售情況決定當(dāng)前生產(chǎn)的產(chǎn)品類型以及型號(hào)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前庫(kù)存的信息決定進(jìn)貨的數(shù)量，這樣就避免了生產(chǎn)過程中可能造成的原材料不足或者產(chǎn)量過剩的情況，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)貨—生產(chǎn)—銷售的平衡[2]。

圖4 鋼鐵信息化建設(shè)模型圖

總結(jié)

信息化建設(shè)對(duì)于鋼鐵行業(yè)擺脫當(dāng)前低迷市場(chǎng)來說是必走之路，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鋼廠是當(dāng)前企業(yè)以及學(xué)者研究的重點(diǎn)，也是使企業(yè)信息化建設(shè)邁向一個(gè)新的舞臺(tái)的可靠解決方案。本文從當(dāng)前鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)的現(xiàn)狀做了分析，并簡(jiǎn)要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)中所能起到的作用。(文/中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 李高亮; 太原鋼鐵集團(tuán)公司自動(dòng)化公司 康世龍)