物联网在工程机械领域的应用分析_乔卉卉

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物联网促进工程机械业升级
工程机械作为装备制造业的重要组成部分 ， 各国都非常重视工程机械产业的发展， 对工程机械智能
0927 收稿日期： 2014-
责任编辑： 车轩玉
DOI： 10． 13319 / j． cnki． sjztddxxbzrb． 2015． 03． 16
） ，女， mail： 1035008001@ qq． com 作者简介： 乔卉卉（ 1991硕士研究生， 主要从事状态监测与故障诊断的研究。E基金项目： 河北省教育厅自然科学重点项目（ Zh2011228 ） ； 2014 年国家自然科学青年基金（ 51405313 ） J］ ． 石家庄铁道大学学报： 自然科学版， 2015 ， 28 （ 3 ） ： 8185． 乔卉卉， 马怀祥， 胡红岩． 物联网在工程机械领域的应用分析［
第3 期
乔卉卉等： 物联网在工程机械领域的应用分析
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图1
工程机械物联网架构
环境的了解。机械设备的作业环境与设备利用率 、 使用寿命及设备维护和保养方式息息相关 。设备作业 环境千变万化， 要求感知灵敏、 精确。实现高精度和高灵敏度的感知需要针对具体需要开发的传感部件 和集成丰富信息采集和处理功能的物联网终端 。工程机械物联网的基础感知器件可分为 ： 用于实现主机 角度、 速度等测量的运动控制类传感器； 用于对主机能源消耗情况和运行情况进 直线或旋转运动的位移、 位置、 环境温度进行监测的工作环境类传感器 。 例如 行监测的工作状态监测类传感器 ； 用来对主机身份、 GPS 在压路机辅助管理系统中的应用、 倾角传感器在泵车姿态控制中的应用 、 陀螺仪在臂架振动测量中 GPS 与陀螺仪在远程定位系统中的组合应用 。 的应用、 3． 2． 2 即插即用的标准化通信协议 机械设备种类繁多， 工程机械物联网的通信网络组成方式复杂 ， 接入方式多种多样， 没有统一的通信
物联网在工程机械领域的应用分析
乔卉卉， 马怀祥， 胡红岩
（ 石家庄铁道大学 机械工程学院， 河北 石家庄 050043 ）
摘要： 在客观阐述物联网的概念和特征基础上， 指出了物联网技术在工程机械行业的促进 作用， 并介绍了工程机械物联网的概念 、 关键技术、 体系架构和应用。把物联网技术渗透到传统 工程机械行业， 使传统工程机械走进了“智能机器 ” 时代， 能实现工程机械的智能化识别、 定位、 跟踪、 远程状态监测与故障诊断和信息管理 。 关键词： 物联网； 工程机械； 远程监控； GPS / GPＲS 0373 （ 2015 ） 03008105 中图分类号： TP277 文献标志码： A 文章编号： 2095当前， 物联网被誉为 21 世纪最具影响力的技术革命和改变世界的新技术 ， 各国对物联网在各行业的 应用研究方兴未艾。物联网作为信息产业的第三次革命性创新， 加速了信息化进程， 推动了传统产业的 升级并且催生了新兴产业。 工程机械产业是我国基础设施建设的支撑产业， 企业的国际化进程不断加 中国也成为世界工程机械企业竞争的中心 。 在信息化与工业化深度融合的历史潮流中， 工程机械智 快， 能化成为引领行业发展的主旋律 ， 而物联网将成为未来实现工程机械智能化、 实现工程机械产业升级的 必经之路。本文首先阐述了物联网的概念、 特点、 物联网对促进工程机械产业信息化和智能化的作用 ， 其 次提出了工程机械物联网的体系结构和关键技术 ， 最后指出了物联网在工程机械领域的应用方向 。
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石家庄铁道大学学报（ 自然科学版）
第 28 卷
化水平要求越来越高。当前物联网开始在很多领域开展试点应用， 包括智能电网、 智能交通、 远程医疗、 智能家居等。虽然在各个行业普及物联网技术在短期内很难实现 ， 但是工程机械由于在技术运用的成熟 度、 资本及企业标准易于统一等方面的优势 ， 使得工程机械专用物联网相对于人们眼中看到各种物联网 其发展必将领先于公共物联网的发展， 并将成为工程机械企业 行业的雏形更具有物联网的特征与优势 ， 促进工程机械产业升级。 新的经济增长点， 主机企业通过建立以自身为核心的物联网 ， 实现主机企业与零部件企业的信息资源共享， 然后根据 主机企业营销服务部门的信息对产业链上游和下游企业进行资源整合与优化配置 。 企业可以创造工程 软件产品趋向多元化与平台化， 硬件产品趋向标准化与模块化。 可以 机械软硬件产品分离的开发模式 ， 优化企业内部开发人员的资源配置 ， 大大缩短产品的开发周期， 突破传统产业的创新瓶颈， 推动传统工程 机械企业产业升级。 国内几家大型工程机械企业， 包括三一重工、 徐工、 中联重工， 北方重工等也纷纷研究工程机械物联 网技术， 并将其引用到产品生产和售后服务中 ， 改善了自身的产业模式。2011 年底， 三一重工成立了“基 ， 。 三一重工大部 于物联网的工程机械智能化技术湖南省重点实验室 ” 将工程机械行业带入“智能时代 ” 分产品的主机都安装了自主研发的各类传感器， 能监测机械设备的直线或旋转位移、 方向、 角度和速度 等
3． 1
工程机械物联网体系架构 物联网的体系架构可分为 3 个层次： 感知层、 传输层、 应用层。感知层相当于人体的感知器官， 由传感器
［ 6 ］ 、 执行器与控制器及传感网络构成， 是联系物理世界与虚拟世界的纽带 。传输层相当于人的神经系统， 通
过各种通信网络和互联网数据传输数据信息， 使其实现数据信息的远距离传输交换和共享。应用层相当于 人的大脑， 综合感知的信息和存储的知识作出判断， 是物联网实现其社会价值， 带来经济效益的部分。 工程机械物联网是物联网在工程机械行业的创新应用 ， 根据工程机械独特的行业特点， 其架构也具 ， 1 。 有自己的特色 架构如图 所示 ＲFID 标签与 工程机械物联网的感知层包括倾角传感器 、 压力传感器、 液位传感器等核心传感器件， IO 控制器、 读写设备， 运动控制器、 工业遥控器等核心驱动部件和负责机械设备定位和数据传输的移动终 并且需要信息采集、 信息融合、 短距离传输等核心技术的支撑。工程机械物联网的传输层包括机器之 端， WiFi、 Zigbee、 间互联用的以太网， 蓝牙等短距离传输技术， 机器与企业控制中心互联采用的 GPＲS 等长距 离无线通信技术， 企业与客户及客户之间交流的智能移动通信平台和各种通信模式之间互通的标准化协 议。GPＲS 通用分组无线业务是一种基于 GSM 的无线分组交换技术， 已于 2002 年在我国投入商业运行， 拥有比较完善的网络覆盖
通过为用户构建面向服务的企业控制中心体系架构 ， 可以形成类似于行业资讯、 设备租赁与买卖、 故障诊 断与预警、 健康寿命分析、 专家系统等各种相关的第三方增值服务 。
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工程机械物联网的应用
利用 GPS、 手机通信网 GPＲS 和互联网等技术， 对各种工程机械设备进行智能化识别、 定位、 监控、 状
［7 ］
。应用层将各种信息数据存储到海量数据服务器 ， 通过高性能软件处理海量
［8 ］
数据， 实现对数据的分类、 存储、 挖掘与管理， 为企业打造企业控制中心， 实现对分布在全球的所有机械设 备的 GPS 定位、 工矿传输、 锁机解锁、 远程诊断 3． 2 3． 2． 1 工程机械物联网关键技术 精确的感知和识别技术 工程机械物联网技术的基础和前提就是感知和识别技术 ， 包括对主机设备状态的监测和对设备作业 。
［4 ］
。实现了对主机的自动识别定位， 状态监测。 徐工集团在 2010 年 5 月成立了中国工程机械第一家
物联网研发中心。徐工集团与中国移动江苏移动公司正在合作研究工程机械设备远程诊断 、 工业生产设 工程机械操作人员安全生产状况监控、 呼叫中心建设。 北方重工现在有两个物联网示范工 备远程管理、 程： 全断面掘进机（ 又称盾构机） 和自移式破碎站。北方重工的盾构机实验室的设备已经成功通过物联网 的手段实现了远程监控。
［1 ］ 联网的特征、 相关的技术、 面临的挑战和未来的市场机遇 。 随后， 美国、 欧洲、 日本、 韩国相继提出了自 “感知中国 ” ， “物联网 ” 己的物联网发展规划。2009 年， 温家宝总理提出 后 一时成为国内热点。2010 年，
《政府工作报告》 温家宝总理在 中明确指出， 利用物联网技术加快推动经济发展的转变 。 ， 物联网是指通过各种信息传感设备 如传感器、 射频识别 （ ＲFID ） 技术、 全球定位系统 （ GPS ） 、 红外感 、 、 、 、 、 应器 激光扫描器 气体感应器等各种装置与技术 实时采集任何需要监控 连接 互动的物体或过程， 采 集其声、 光、 热、 电、 力、 化学、 生物、 位置等各种需要的信息， 与互联网结合形成的一个巨大网络， 其目的是 ［2 ］ 物与人、 人与人以及所有的物品与网络的连接 ， 方便识别、 管理和控制 。 实现物与物、 物联网是互联网和通信网的网络延伸和应用拓展 ， 是多学科技术、 思维、 应用创新的结合与升华。 其 ［3 ］ 基本特征可简单概括为全面感知 、 可靠传送和智能处理 。全面感知即利用射频识别、 二维码、 传感器等 感知、 捕获、 测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取； 可靠传送即通过将物体接入信息网络， 依托 各种通信网络， 随时随地进行可靠的信息交互和共享 ； 智能处理即利用各种智能计算技术， 对海量的感知 实现智能化的决策和控制。 数据和信息进行分析并处理，
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物联网的概念和特征
麻省理工大学的 Kevin Ashton 在 1998 年首次提及了物联网的概念。2005 年 ITU 在信息社会世界峰 “物联网” — —the Internet of things 》 的概念， 并发布了《ITU Internet reports 2005 — 介绍了物 会上正式确定了
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工程机械物联网的体系架构及关键技术
“工程机械物联网” 即通过全球定位系统（ GPS） 、 手机通信网和互联网， 实现工程机械智能化识别、 定
位、 跟踪、 监控和管理， 使工程机械、 操作手、 技术服务工程师、 代理店与制造厂达成异地、 远程、 动态及全
［5 ］ “物物相连、 天候的 人人相连、 物人相连” 。