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EcoStruxure & Internet of Things (IoT) for Innovation and Energy Management | Schneider Electric
今日主題 工業 4.0 智慧工廠．智慧車載交通
工業 4.0 智慧工廠 
智慧車載交通
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2019年2月13日 星期三
．工業物聯網的應用場景和市場潛力
What is IIoT?
從人力資源到數位技術，物聯網(IoT)改變了我們與周圍世界，互動的方式。在每一次的挑戰和新的風險中，我們生活中最個人化的領域，也迎來了新的機會。
物聯網數位產業真正顛覆的是農業、城市基礎設施、醫療保健
新的IIoT技術，如：設備感測器和即時分析。在逐漸成長的數位化和數位化工業過程中，使得工作效率進一步提高。
工業4.0被認為是企業向工業物聯網轉型的一種方案。這意味著要將智慧感測器，和強大的分析系統整合到工作流程中，並掌握即時相關數據。透過這些環節可以迅速做出決定，在工業應用的品質和成本上，更好地實現控制。
IIoT如何在產業轉型的各個方面利用技術差距？
在數位工業革命真正起飛之前，技術革命正處於某種階段。在新技術發明之後，行業人士透過尋找自身內部的技術差距，並選擇適合自身的新技術。然後，必須針對各個行業進一步配置技術。然而，技術通常是保持不變的，只是不同行業其應用場景不同，最終導致需求也有所不同。
以下是目前正在利用工業物聯網的行業：
1. 水務行業：
聯合國報告預測，「到2025年，全球約有18億人將生活在完全缺水的地區。」為此，物聯網企業提出了最優的解決方案。水務企業透過精確控制水資源的一些關鍵數據，這將有助於對水務進行更有效的管理。
在城區以及農業領域，物聯網智慧水務管理，已經大大改善了供水管理的成本，使得有效利用可用水資源成為可能。有行業人士預測，到2025年全球水務部門每年收入將為1萬億美元。
早期的傳統節水技術用於維護和蓄水。採用合適的設備，利用物聯網技術，是將節水工作提高到一個更高水準的解決方案。這種新的物聯網技術，將使智慧水表、探測器和灌溉方法，不僅可以在工業中使用，也可以在家庭中輕鬆部署。
2. 石油和天然氣行業：
據Zion Market研究結果表明，到2023年，工業物聯網市場規模將成長23,215億美元，複合年成長率為8.06%。
物聯網技術被引入到石油和天然氣行業後，減少了洩漏事件的發生。多年來，石油和天然氣行業，被洩漏事件困擾。物聯網有效地消除了這些問題發生的可能性。
如果石油和天然氣公司的目標，是將其業務向數位物聯網進行轉變，他們可以透過開發整合的物聯網方案，為自己的業務賦能。將物聯網技術納入石油和天然氣行業，不僅大大改善了石油和天然氣公司的營運模式，而且還促進了利潤的產生。企業透過與數位物聯網解決方案相結合，使得全球GDP的進一步成長。
在石油和天然氣行業中，加入物聯網技術，可以借助嵌入式感測器，即時捕獲油的生產數據。這將有助於從資產中收集相關資訊，從而更準確地進行即時決策，透過數據通信系統精準的自動化來實現。
透過給石油和天然氣行業賦能，工業物聯網從現在到2023年，平均每年將有2.17億美元的成長，或平均每年保持成長9%。
3. 運輸行業：
物聯網近年來可謂徹底改變了運輸行業。即時訪問的新數據流，使自動駕駛汽車成為在不遠的將來，可以實現的願景。物聯網技術以減少污染、優化人員和貨物流動性，以及挽救大量生命等，諸多優點證明瞭其價值所在。
物聯網正在以指數級速度成長，汽車行業的大部分成長都見證了這一點。工業物聯網的範圍不斷擴大，在資產跟蹤、流量管理、優化路線、駕駛員行為管理等領域都有諸多應用。
從整合的智慧交通系統，可以得知駕駛員和車輛的即時資訊，並警告司機道路上的潛在危險。
交通運輸中的物聯網，也有助於車輛的即時停車管理。它告知駕駛員目前可用的停車場，而多層停車系統，則有助於降低營運和維護費用。
物聯網(IoT)在過去幾年中，為運輸業開闢了一系列新的可能性。物聯網是以數位方式，連接設備和訪問數據，從而深入瞭解即時有價值的數據。
4. 醫療行業：
醫療保健行業是一個龐大的生態系統，並且和物聯網技術有著密切的關係。個人醫療保健、製藥行業、智慧床、生物感測器和許多醫療保健專業機構，已經加入了非常先進的物聯網技術。即時衛生系統是物聯網的關鍵領域。醫療保健具有動態和靜態數據，必須由不同的分析工具進行評估。醫療保健必須擁有預測性維護工具，作為綜合醫療系統的一部分。
遠端健康監測，有助於舒解由於衰老因素，導致的各種人類慢性病的增加。廣泛的利用智慧可穿戴設備、生物感測器，以及其他醫療設備，可實現遠端健康監控。利用從這些設備獲取的數據，可以檢測出新的病情。這些資訊，將使人們對疾病預防方法有新的認識。
目前醫療保健中物聯網技術，最常見用途是進行患者監測。這包括能量計、X射線和其他成像設備。之前的研究發現，物聯網在醫療保健領域的大部分好處，都圍繞著整個組織的創新、可見性的增加，以及如何節約成本。未來的物聯網優勢，將滿足更高的員工生產力，創建新的業務模式，以及在全球範圍內更好地協作。
5. 採礦行業：
物聯網在採礦行業擁有廣闊的前景。物聯網被視為是將會為採礦業，帶來顛覆性變化的技術。工業物聯網在採礦領域是十分適用的，利用先進的感測器技術，可即時監控礦業資產。在採礦的過程中，利用物聯網技術，可消除掉每一環節的浪費，並在更精細的水準上監控工作流程，以根據即時數據做出最佳決策。
由於物聯網具有廣泛的適用範圍，對礦山滑坡和設備故障等情況，也可實現嚴格的監控和控制。即使在數位化轉型的早期階段，礦業公司也透過即時數據提高了生產力，降低了成本，並提高了生產效率和安全性。
根據最近的報告，40%的礦業公司計劃，在未來18個月內部署物聯網解決方案。由於物聯網使礦工，能夠從被動維護轉變為主動維護，因此可以減少資產停機時間和營運成本。
6. 飯店行業：
將我們身處的環境和各種技術進行結合，可使得身處的世界有很大的改變。相比較來看，比起以新的方式增加現有產品和服務的連接性，採用物聯網技術顯得更為重要。物聯網已經從產品轉變為服務，而服務將越來越智慧化。
飯店業的物聯網，徹底改變了服務交付，改善了客戶體驗，同時降低了成本。物聯網感測器進一步採取了預防性維護，並實現了預測性防護。
應用更多的感測器，可以盡可能早地預知危險，並在問題升級之前，發出正確預防警報。透過在所有飯店客房中添加物聯網技術，例如許多像萬豪國際酒店這樣的五星級飯店，已經實施了這項技術，這樣可以使得飯店實現智慧化。
在飯店業，業務的開展離不開物聯網應用程序。因此，建立這些平台是十分有必要的，以便物聯網設備的創新者，和早期探索者可以採用這些應用程式。透過使用早期採集的數據，飯店業務可以透過物聯網服務，和產品提供獨特的體驗，從而為他們創造價值。
IIoT的未來：
工業物聯網被認為，是影響工業廠商當今和未來，發展變革的主流技術趨勢之一。每個行業或多或少地受到一些影響，現代系統和設備整合，已慢慢進入到很多的工作流程中。此外，使用這些系統也將有助於行業，滿足所需的法規要求。
新的系統和解決方案的採用，有助於跟上瞬息萬變的市場，並應對顛覆性技術所帶來的衝擊。不僅如此，工業物聯網的企業在安全性、效率和利潤方面都取得了重大進步。
有關預測，全球工業物聯網Gateway市場在2019-2023年期間，將以13.64%的複合年成長率(CAGR)成長。而根據世界銀行最近的估計，世界總產值為75.62萬億美元，因此工業物聯網可為眾多行業人士，帶來可觀的利潤和繁榮。
隨著工業物聯網在未來十年大範圍的普及，數萬億美元的一個大市場即將開啓。一方面，IIoT涉及感測器、網路和數據，但最終它是關於與特定行業相關的資金和利潤。
．說了那麼多車聯網 你真的懂車聯網嗎？
Future Vehicles May Have V2V Communication
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來源：行业知识及专业技术
根據車聯網的概念，車聯網技術體系主要包括汽車感知技術、汽車無線通信技術、汽車導航技術、電子地圖與定位技術、車載物聯網終端技術、智慧控制技術、海量數據處理技術、數據整合技術、智慧交通技術、影像監控技術、第四代行動通信（4rd－generation，4G）網路技術等，這些技術相輔相成，配合實現。車聯網系統的未來，將會面臨系統功能整合化、數據海量化和高傳輸速率的要求。
汽車感知技術
汽車感知技術是車聯網的末梢神經，是車聯網最關鍵的技術。汽車感知技術主要有感測器技術、RFID技術、衛星定位感知技術等，主要用於車況及控制系統感知、道路環境感知、車與物的感知、車輛位置感知、駕駛輔助系統感知等。
車況與控制系統感知，可以實現輔助駕駛、駕駛行為分析、主動安全提醒、遠端駕駛控制甚至自動駕駛等，車況感測器種類繁多。
車況與控制系統感知，可以實現輔助駕駛、駕駛行為分析、主動安全提醒、遠端駕駛控制甚至自動駕駛等，車況感測器種類繁多。
道路環境感知，是車輛與外部進行感知的主要技術，也是車輛與智慧交通融合的關鍵技術。道路環境感知主要有路面感知、交通狀況感知、交通信號感知、行人感知、智慧交通感知等。
車聯網重在應用，車聯網的應用首先在於車與物的聯網，尤其是貨運車聯網，車與物的聯網與感知是最基礎的。借助無線射頻辨識、感測器等技術手段，可以感知車內物品的資訊與狀況，把這些資訊借助車聯網系統，傳輸到物聯網系統，可以對車聯網系統中的物品，進行即時聯網監控、可視化管理和線上調度，從而實現智慧物流的運作。
車與車外的建築、物品及前後車輛的感知，是行車安全、防止碰撞和無人駕駛的基礎，主要採用的技術有無線射頻辨識、雷射、紅外線、影像、電磁等感應技術。
車與車外的建築、物品及前後車輛的感知，是行車安全、防止碰撞和無人駕駛的基礎，主要採用的技術有無線射頻辨識、雷射、紅外線、影像、電磁等感應技術。
車聯網位置感知技術，主要採用衛星定位技術、電磁感應技術和無線射頻辨識技術，由於電子感應技術及無線射頻辨識技術等，需在路面或路上嵌入相關的感應裝置，對智慧交通技術要求較高，不適合移動中的貨運車聯網，因此最常用的還是衛星定位技術。
車輛無線通信技術
無線移動的電子通信技術，是車聯網資訊傳輸的重要技術手段，目前汽車將逐漸成為移動的多媒體資訊中心，與辦公場所、物流資訊平台、智慧物流物聯網系統、家庭住宅等，透過先進的通信技術密切相連，充分體現「無縫行動通信」的互聯要求，其發展趨勢是靈活性、數位化、互聯性、整合性及私密性。汽車通信技術主要有行動通信技術、行動網路技術等。
行動通信（mobile communication）是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機等，在移動狀態中的物體。通信雙方採用的頻段遍及低頻、中頻、高頻、甚高頻和特高頻。
行動通信系統由移動台、基地台、行動交換局組成。從車聯網應用角度看，可以使用的接入技術，包括第四代行動通信技術、車載電話、車載台、車載傳真、車載對講等。無線4G在車聯網中，具有廣泛應用的行動通信技術。
行動網路就是將行動通信和網路，兩者結合成為一體。在最近幾年裡，行動通信和網路成為當今世界發展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業務，它們的成長速度，是任何預測家都未曾預料到的，所以可以預見，行動網路將會創造經濟神話。
行動網路向多媒體資訊應用發展。隨著技術的進步，向行動用戶提供多媒體業務，將是未來10年內行動通信發展的主要潮流。
．機器人 2.0 時代給感測器行業帶來機會
Sensor solutions for robotics: Working together as equals | SICK AG
來源：
近年來，工業機器人產業發展十分迅速，去年全球銷量達到38.7萬台，同比成長31.6%。工業機器人已經是製造業的主要角色，在工廠轉型升級的過程中，發揮著巨大的作用，而隨著人工智會、物聯網、感測器等技術的興起，以協作機器人為代表的機器人2.0時代到來，再次掀起新一輪工業變革浪潮。
在機器人2.0時代，感測器的地位越來越重要，成為機器人功能增強和效率提升的關鍵組件。為了促進機器人技術在製造業中應用，前瞻性的行業專家做了很多努力，包括在感測技術上的不斷創新，從而推動了機器人感測器市場的發展。
機器人2.0時代需要更多感測器
目前，工業機器人在製造業的應用場景，常見於物料搬運、焊接、拋光和檢查等工藝上，能夠降低工廠勞動成本和提升效率，最終獲得最大的利潤等。
而工業機器人解決方案的整合過程，也帶動了感測器市場，感測器幫助實現機器人生產線的監控，例如可視化、效率分析，確保生產線能夠即時完成各項任務。
機器人行業的一個重要趨勢，是給設備安裝更多的感測器，例如將安裝視覺、雷射感測、力覺、扭矩和其他類型感測器，以便執行更複雜的任務，並能達到節省時間，和確保人類安全的目的。2.0時代的機器人，在無人值守的環境下，自主完成工作任務，對於周邊環境的檢測和決策是重要的環節，這裡會涉及到各種各樣的感測器產品。
由於機器人內部和外部，安裝了各種感測器，透過這些感知組合，使得機器人在製造過程中，變得更有價值。尤其是協作機器人，這些機器需要多個感測器，才能和人類共事，從而創造了巨大的感測器市場。機器人與人類協作是一個很大的場景，協作機器人易於使用和有較高的安全性，可以和人類一起完成工作任務。
人機協作提高人類的生產力
協作機器人實際上旨在提高人類的生產力，具有強大的功能、高精度和數據分析能力，可以幫助工人提升價值。而且這種機器人可以24小時工作，可以在晚上完成制備材料，執行一些重復操作，或進行機床上下料等工作，當一個組件完成時，機器人將其從機器中取出，裝入第二個組件，並將第一個組件放置到下一道工序中。機器人釋放了工人的雙手和時間，讓工作員工獲得更多的樂趣。
雖然協作機器人處於起步階段，目前市場上有競爭力的產品並不多，其中優傲機器人仍然佔最大市場佔有率，不過業內預計未來成長的空間很大。協作機器人將給感測器行業，帶來可觀的市場，預計到2024年此類機器人為感測器行業，貢獻至少6億美元的市場。
先進的感測器改變了機器人在製造業的使用，在智慧製造的大趨勢下，工廠企業鼓勵採用機器人來提升效率，透過機器人克服新的挑戰，例如滿足個性化訂製的需求等。
協作機器人的優勢逐步顯現，而2.0時代的智慧化機器人也在成長，無疑將推動感測器市場的發展，預計未來幾年，製造業機器人感測器市場，將以13％的複合年成長率成長。
協作機器人的優勢逐步顯現，而2.0時代的智慧化機器人也在成長，無疑將推動感測器市場的發展，預計未來幾年，製造業機器人感測器市場，將以13％的複合年成長率成長。
．Extronics 推出混合型 RFID 標籤，確保煉油廠工人安全
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來源：RFID世界网 作者：林俊奇 編譯
英國科技公司Extronics宣佈推出增強型有源RFID標籤產品，為東南亞石油天然氣公司的混合安全，和訪問控制裝置，提供服務。該標籤是Extronics提供的，十款有源RFID標籤之一，擁有無源HF RFID功能，及主動Wi-Fi傳輸功能。
這款增強型標籤，是基於Extronics的iTAG100標籤開發的，使用了有源Wi-Fi傳輸，並內建了一個用於訪問控制的無源RFID標籤，該產品還內建儲存照片ID的空間。目前，一家8000人的煉油廠，已使用該增強型標籤，進行訪問控制及人員辨識。
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| (整合訪問控制功能的增強型iTAG100標籤) |
一家世界上最大型的石油和天然氣公司，將率先採用這一技術，該公司已在另一個煉油廠(1100名員工)使用了Extronics的工人安全技術。
石油和天然氣工人工作時，往往會攜帶各種安全，和身份證件裝置。這些裝置包含個人防護裝備(PPE)，氣體監視及辨識裝置等。隨著員工安全計劃的完善，員工攜帶的裝置，將越來越多。
此外，煉油廠希望確保工人們每次上班時，都記得帶上這些裝置。如果，員工安全技術整合在訪問控制裝置中，那麼便可杜絕漏帶情況。
Hartley表示，針對該情況，公司開發了該款標籤產品，Extronics公司修改了現有的iTAG100，內建了儲存圖片，和工作人員身份的空間，和內建了HF 13.56 MHz MIFARE DESFire EV1 RFID訪問控制晶片，該款NXP晶片符合ISO 14443A標準。該標籤還配備TGUARD標籤保護器，以承受該類標籤的惡劣使用環境。
員工工作時，將佩戴該安全標籤，標籤可以掛在腰帶上、口袋裡或者脖子上。該煉油廠在入口處安裝了訪問控制讀卡器，現在，員工僅需在讀卡器附近進行讀卡，門禁軟體便可自動開門，並將其狀態更新為已到達狀態。
當工作人員在工廠周圍移動時，員工的標籤ID號碼(繫結Extronics軟體中的身份)將被Wi-Fi節點讀取。通常，標籤會每隔15秒鐘發射訊號。
此外，標籤還帶有一個內建的運動感測器。當感測器檢測到在指定的時間段(例如，20分鐘)內保持靜止，將自動降低訊號發射頻率，該功能有助提升電池壽命。
軟體將根據標籤傳輸的節點，訊號強度和三角測量，來計算使用者的位置。Hartley解釋說，Wi-Fi節點的密度，決定了位置精確度，但是通常情況下，公司希望跟蹤特定區域內的工作人員。因此，公司無需花費大量資金佈署過多節點。
該軟體還可完成一些額外的事情。例如，該軟體可以判斷員工是否進入未授權區域，並向管理者發出警告；發生緊急情況時，該軟體可以確保工人被精確定位。
然後，管理人員可以開啟，Extronics的撤離管理器軟體儀表板，來檢視撤離者資訊；管理者點選員工姓名時，軟體會顯示出員工在地圖上的相對位置。
這款標籤不僅具有訪問控制功能、ID和圖片，還內建震動感測器來確定員工是否跌倒。Hartley說，自2005年以來，Extronics一直在提供工人安全解決方案，但與訪問控制相整合的方案還是首例。
．火車四種內飾使用3D列印製造
3D Printed model railway - Building instruction - turnout
來源： 南极熊3D打印网
Angel Trains是英國領先的火車租賃專家之一，2018年12月11日，筆者從外媒獲悉，該公司與工程咨詢公司ESG Rail和3D列印技術供應商Stratasys合作，使用3D列印生產火車上的四種內飾部件。
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| 3D列印抓手柄 |
批准維修的部件，包括扶手和座椅靠背台。 所有零件均採用Stratasys經過軌道認證的熱塑性材料，和熔融沈積成型（FDM）技術進行3D列印。
傳統上，用於這些部件的標準熱塑性塑料，具有差的機械性能和防火性能，因此不適用於機車車輛應用。 現在，所使用的新的高性能材料，包括基於PEKK的熱塑性塑料Stratasys Antero 800 NA，能夠達到Rail標準EN45545－2的要求。 這些部件已經過ESG Rail的結構評估，並將很快開始在職乘客試驗，預計將持續到2019年夏天。
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| FDM 3D列印部件（從左到右）：電氣連接蓋，抓握手柄，扶手和座椅靠背台 |
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| 3D列印座椅靠背桌（正面）和原装座椅靠背桌（背面） |
此次合作的目的是利用增材製造，來幫助解決過時零件的問題，降低維護整車壽命的成本，並使車輛能夠長時間提供乘客服務。 這項創新還具有降低，列車營運公司成本的額外潛力，因為它們可以根據需要生產運行部件，而不是大批量生產。
在評論此公告時，Angel Trains的技術總監Mark Hicks表示：「這項激動人心的行業合作，有可能改變鐵路行業的製造業。 我們很自豪能夠透過ESG Rail和Stratasys推動這項創新，並希望這一解決方案，能夠幫助該行業擺脫技術限制，讓我們的列車能夠繼續滿足，現在和未來的乘客需求。」
．石墨烯 RFID 天線詳細解讀
Simulation of Graphene‐based Patch Antenna and Grapehene material making in CST
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來源：捷通科技超高频RFID
什麼是石墨烯RFID天線？石墨烯材料是由英國的2010年諾貝爾物理學獎，獲得者安德烈·海姆爵士(Sir Andre Geim)，以及康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士(Konstantin Novoselov)，用微機械剝離法，成功從石墨中分離出來的。
它是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種，新型奈米材料。逐漸成熟的石墨烯導電漿料技術，就是利用傳統絲網印刷，便可獲得低成本的各式印刷天線。
它是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種，新型奈米材料。逐漸成熟的石墨烯導電漿料技術，就是利用傳統絲網印刷，便可獲得低成本的各式印刷天線。
石墨烯RFID天線有哪些優勢呢？採用石墨烯導電漿料製作天線，其製程環保簡單且無污染，價格便宜且質量輕，適合各種無線天線的印製，在市場上無論從性能或是價格方面來說，都具備十足的競爭力。
石墨烯印刷天線的開發，成功降低了RFID標籤的成本，解決了易碎標籤生產良率低的問題，使得RFID的應用範圍更加廣泛。
石墨烯印刷天線的開發，成功降低了RFID標籤的成本，解決了易碎標籤生產良率低的問題，使得RFID的應用範圍更加廣泛。
石墨烯漿料有哪些特點？石墨烯漿料的特點是低電阻與極高的印刷穩定性，產品本身在常溫下可保存，採用簡單的印刷生產工藝來生產各式天線。
石墨烯RFID天線的挑戰，石墨烯因為其二維結構關係，在工業實際應用上的挑戰，首在如何解決石墨烯粉末容易團聚，不易分散的特性。
由於石墨烯特性跟導電銀粉，有截然不同的外觀與導電特性，使得以石墨烯為基底的導電漿料的配方、製程工藝也截然不同。
由於石墨烯特性跟導電銀粉，有截然不同的外觀與導電特性，使得以石墨烯為基底的導電漿料的配方、製程工藝也截然不同。
現階段鋁蝕刻天線的流程繁雜、成本偏高，且以強酸蝕刻金屬之減法製程，實在不環保。而加法製程的石墨烯印刷天線，製程簡單且環保，是相對節能綠色的製程。