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UWB技术在工业物联网中的应用

工业物联网是工业4.0的核心,虽然提出后还停留在理论化阶段,我们理解层面的更高层次的工业制造水平,是由集中式控制向合成式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的弹性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中,传统的行业框架会被打破,并会产生各种新的活动领域和合作形式,产业链分工将被重组。 而工业物联网的发展会给UWB工业带来巨大的机遇。 
        工业4.0的具体模式仍然在探索。虽然工业4.0强调高度智能,强调无人化,但是,实际上在现有的自动化工厂或者数字化工厂,工业机器人、自动化流水线都已经存在。但是基于全要素的流程管控系统目前基本还是缺乏的,全要素的流程管控的前提是对全要素的信息收集,包括寿命、位置信息、功能、工序长短。国外少数的汽车厂商已经引入了UWB的生产定位系统,来确定部分要素的时间、位置信息。但是还是远远不够,现有的自动化工厂或者数字化工厂仅仅是基础条件,只有上述设备具备了主动感知环境、产品工艺、操作者水平的变化,主动调整软件和程序,自动适应周围的变化,并根据这些变化不断地学习和优化自己的控制性能,才是讲真正的智能制造。
工业4.0的发展路径:从数字工厂到智能工厂,智慧化是工业4.0的演进方向。智慧工厂是工业4.0的最终细胞形态,实现智慧工厂的前提是数字化工厂,而数字化工厂又是以数字化车间为基础的。要实现数字化基础,对生产各个环节的人、生产资料、生产工具的信息采集、位置确定、仿真模拟、虚拟制造等环节都是必不可少的。而确定位置目前的两大技术就是RFID和UWB技术,两者根据模式和成本又不同的适用方向。
   智能工厂中,必须嵌入了具有设计功能和产品生命周期管理功能的PLM软件、制造执行系统MES以及供应链管理系统SCM等、基于UWB的要素定位系统,工厂内部执行系统以CPS驱动底层硬件设备,车间内部通过工业以太网或者无线网络结构实现互通互联。可以选择的无线技术包括蓝牙、ZIGBEE、UWB、WIFI或者5G技术。工厂的决策、生产、流通环节更加智能化。   
       目前走在前列的是西门子等国际传统的智能制造提供商。根据西门子自身的定位,处在工业3.8的位置,目前正在强化和完善数字化工厂在智能制造环节的作用。从硬件设备到软件开发,从工厂内部联网到外部联网,进行全方位的改造。所有的生产要素都被精确定位,并纳入到实时的流程控制中去,逐步改造和升级的数字化工厂就是未来智能工厂的雏形。   
       数字化工厂与智能工厂之间是渐进的关系,数字化工厂是实现工业4.0的第一步。在数字化工厂的基础上,基于信息物理融合系统(CPS)的智能生产系统就过渡到了智能化工厂。因此,二者的区别不仅仅体现在层次方面,二者的主要建设内容页有极大的区别,数字化工厂重点在于如何实现三项集成,改善质量,控制成本,提高效率等,而智能工厂则更多的强调智能决策,人机交互,虚拟仿真等,可以实现跨企业价值链的业务集成和构建端到端的价值流,关键技术是物联网和CPS。
 
数字化工厂是工业4.0的第一步。主要的建设任务包括:
  • 建立网络系统,包括外部互联网、内部工业以太网、无线通讯网络等;
  • 建立数据采集与监视控制系统,保障各个环节顺利运行;
  • 建立自适应的流程管理系统;
  • 建立合适的工业级应用软件系统,例如ERP、PLM、MES等。 
  • 建设全生产要素的工业定位系统,采用UWB技术或者RFID技术。