整理撰稿人：中科院國(guó)家科學(xué)圖書館武漢分館新材料與先進(jìn)制造團(tuán)隊(duì)

姜山（E-mail:jiangs@mail.whlib.ac.cn）、萬(wàn)勇

審稿專家：中國(guó)工程院院士、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所王天然研究員

1 主要科技內(nèi)涵及意義

泛在信息制造技術(shù)是以泛在網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以泛在感知為核心、以泛在服務(wù)為目的、以泛在智能拓展和提升為目標(biāo)的綜合性一體化信息處理技術(shù)。面向制造的泛在網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的傳感器網(wǎng)絡(luò)、面向物流管理的射頻識(shí)別（RFID）網(wǎng)絡(luò)、工廠控制網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息Internet的集成融合。泛在感知是指以微型系統(tǒng)與電子器件為泛在信息技術(shù)的硬件基礎(chǔ)，借助嵌入各種應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多種模式信息的捕獲、分析和傳遞，為人類深層次理解物理世界提供前所未有的技術(shù)手段，極大地拓展人們對(duì)物理世界的了解和檢測(cè)能力，促進(jìn)各領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)一步合理化和精細(xì)化控制[1]。

泛在信息技術(shù)將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)制造技術(shù)和制造業(yè)產(chǎn)生深刻的影響，特別是在對(duì)精度要求極高的超精密加工制造，需要在極端環(huán)境條件下的制造加工等領(lǐng)域產(chǎn)生不可估量的影響。基于泛在感知的信息化制造系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，將大大提升裝備的宜人化水平，并具有自標(biāo)定、自診斷、自修復(fù)等功能，制造系統(tǒng)將呈現(xiàn)出以人為決策主體的人際協(xié)同工作的局面；利用豐富的信息支持，形成更有效的生產(chǎn)組織與調(diào)度，增加設(shè)備的利用率，提升制造業(yè)的生產(chǎn)效率。裝備智能化水平將得到本質(zhì)的提升，制造模式和制造手段不再被動(dòng)地滿足用戶需求，而是主動(dòng)感知用戶場(chǎng)景的變化并進(jìn)行信息交互，通過(guò)分析人的個(gè)性化需求主動(dòng)提供服務(wù)[1]。

2 世界主要進(jìn)展

目前，在超大規(guī)模微傳感器組網(wǎng)方面，單跳星形網(wǎng)絡(luò)仍是目前工廠中使用最可靠的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?，同時(shí)多跳的Mesh結(jié)構(gòu)開(kāi)始成為工廠無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。

在工廠無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID集成方面，二者之間的融合交叉才剛剛起步。目前，主要有三種融合方式：RFID閱讀器與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的融合；RFID標(biāo)簽和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的融合；RFID與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)層次上的融合[2]。

在工廠控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)線化方面，以IEEE802.15.4為代表的低功耗短程無(wú)線技術(shù)和以IEEE802.11為代表的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)和車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)，WiMax技術(shù)正在被應(yīng)用于構(gòu)建企業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)。思科和英特爾已發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品。

在低成本無(wú)線定位和跟蹤技術(shù)方面，除GPS系統(tǒng)之外，Wifi、Zigbee、藍(lán)牙、超寬帶和RFID實(shí)時(shí)定位及跟蹤技術(shù)逐漸在工廠得到應(yīng)用，目前主要研究問(wèn)題集中在降低精確測(cè)距技術(shù)成本以及提高精度和實(shí)時(shí)性方面。

在工廠無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)與Internet融合方面，目前工廠測(cè)控網(wǎng)絡(luò)仍停留在與工廠ERP系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)。嵌入式IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正成為研究熱點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組正在著手制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)用于解決工廠設(shè)備信息及傳感信息的遠(yuǎn)程訪問(wèn)問(wèn)題[1]。

正是基于這些技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，德國(guó)和美國(guó)政府及公司近期推出了多項(xiàng)基于設(shè)備互聯(lián)和制造服務(wù)的制造業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略和計(jì)劃。

3 中國(guó)的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)政府高度重視包括泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。國(guó)家級(jí)科研基金如“973”、“863”均面向傳感器網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)立了重大項(xiàng)目，科研投入不斷提高[3]。國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略規(guī)劃如《國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》[4]、《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》[5]將物聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)感知與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和重點(diǎn)發(fā)展方向，并在資金層面予以大力支持，2013年度工信部物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)資助資金達(dá)5億元[6]，國(guó)家批準(zhǔn)在無(wú)錫成立傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)[7]，眾多城市相繼展開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)布局和科研支撐計(jì)劃。在政府大力扶持下，我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域取得多項(xiàng)重要突破并建成數(shù)個(gè)大型成熟的應(yīng)用示范系統(tǒng)。此外，我國(guó)在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域是標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)國(guó)之一，擁有大量專利，我國(guó)無(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈條完整，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶覆蓋率高，為泛在制造業(yè)感知網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施支持[8]。

中科院是我國(guó)最早展開(kāi)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究機(jī)構(gòu)之一，早在1999年就在“知識(shí)創(chuàng)新工程點(diǎn)領(lǐng)域方向研究”中將其列為重點(diǎn)項(xiàng)目?！笆濉?、“十一五”期間，上海微系統(tǒng)所、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、微電子所等幾十家相關(guān)單位，先后投入數(shù)億元，在傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域攻克了大量關(guān)鍵技術(shù)，并研制了多種樣機(jī)。2010年，中科院成立物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心，作為中科院在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的總體單位，開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)與智能傳感器創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用。中科院還領(lǐng)導(dǎo)建立了多項(xiàng)具有中國(guó)特色的傳感網(wǎng)創(chuàng)新體系架構(gòu)，被國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采納[9]。中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、信息工程所、上海微系統(tǒng)所，浙江大學(xué)等單位在工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、信息安全等領(lǐng)域，都進(jìn)行了前期的部署。

4 未來(lái)標(biāo)志性目標(biāo)或成果

圍繞著制造過(guò)程中的信息獲取與交互，重點(diǎn)解決無(wú)處不在的超大規(guī)模傳感器節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)與信息傳輸、企業(yè)范圍內(nèi)的信息流集成與遠(yuǎn)程訪問(wèn)兩個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題。

在超大規(guī)模傳感器節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)與信息傳輸方面，將在技術(shù)上突破拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，實(shí)現(xiàn)使用同一通信介質(zhì)的微傳感器的快速動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)維護(hù)以及按需加入不同網(wǎng)絡(luò)。突破無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID網(wǎng)絡(luò)的集成中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID網(wǎng)絡(luò)的互操作。發(fā)展集成RFID閱讀功能和無(wú)線傳感與組網(wǎng)功能的核心設(shè)備。

在企業(yè)范圍內(nèi)的信息流集成與遠(yuǎn)程訪問(wèn)方面，將突破面向工廠自動(dòng)化的高可靠、高實(shí)時(shí)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和企業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線控制網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)與互操作。突破精確無(wú)線測(cè)距技術(shù)，提高測(cè)距傳感器精度，降低成本。通過(guò)全面獲取過(guò)程數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量信息，為控制策略的優(yōu)化提供基礎(chǔ)；通過(guò)隨時(shí)獲取設(shè)備的健康狀態(tài)與運(yùn)行效率信息以及面向工廠資產(chǎn)跟蹤的位置信息，實(shí)現(xiàn)企業(yè)精細(xì)化管理[1]。

由此將引發(fā)制造業(yè)的管理模式由目前的集中管控向分布式控制模式轉(zhuǎn)變，由局部或本地的優(yōu)化控制向跨域的全局優(yōu)化決策方向發(fā)展。

1 中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)制造領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國(guó)至2050年先進(jìn)制造科技發(fā)展路線圖.北京:科學(xué)出版社，2009.

2 聶濤,陸陽(yáng),張鵬.RFlD與WSN在物聯(lián)網(wǎng)下協(xié)同機(jī)制的分析.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011,28（6）:2006-2010.

3 余向陽(yáng).無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究綜述.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2008，8:8-11.

4 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）.中國(guó)政府網(wǎng).2013-08-16.http://www.gov.cn/jrzg/2006-02/09/content_183787.htm.

5 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知.中國(guó)政府網(wǎng).2013-08-16.http://www.gov.cn/zwgk/2012-07/20/content_2187770.htm

6 工信部擬明年設(shè)5億物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)資金.中國(guó)政務(wù)信息化網(wǎng).2013-08-16.http://www.chinaeg.gov.cn/show-2680.html.

7 中國(guó)首個(gè)“國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)”在無(wú)錫開(kāi)建.新華網(wǎng).2013-08-16.http://www.gov.cn/jrzg/2009-12/02/content_1478558.htm

8 靠什么“搶灘”物聯(lián)網(wǎng)？求是理論網(wǎng).2013-08-16.http://www.qstheory.cn/kj/kj/201009/t20100927_50576.htm

9 中國(guó)科學(xué)院工程管理與信息技術(shù)學(xué)院.關(guān)于我們.2013-08-16.http://ceit.ucas.ac.cn/index.php?id=451.