物联网技术被看做是继计算机、互联网之后全球信息产业的第三次革命性浪潮，为实现物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理提供了很好的解决方案。物联网概念的提出及其核心技术的迅猛发展，为制造领域的精益生产与管理提供了重要支撑。《面向物联制造的主动感知与动态调度方法》以制造过程的主动感知与动态调度为主线，从物联制造的概念、物联制造执行系统的体系结构、多源制造信息的主动感知方法、智能制造服务建模、任务驱动的制造服务主动发现、基于多Agent的车间动态调度模型、基于过程感知的物料配送新方法、基于关键事件的生产性能实时分析、实时信息驱动的生产过程动态调度方法及技术等方面进行了深入的阐述，为物联技术在制造领域的落地应用提供了技术指导和解决方案。

　　《面向物联制造的主动感知与动态调度方法》：
　　第1章 绪论
　　1.1 物联网技术概述
　　1.1.1 物联网的起源与发展
　　网络深刻地改变着人类的生产和生活方式。特别是进入21世纪以来，随着信息技术与自动识别技术的迅猛发展，物联网（theinternetofthings，IoT）概念与技术应运而生。
　　物联网理念最早可以追溯到比尔    盖茨1995年出版的《未来之路》一书。在此书中，比尔·盖茨提及物物互联，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的物联网构想。1999年，建立在物品编码、射频识别（RFID）技术和互联网的基础上，美国Auto-ID中心首先提出物联网概念。
　　2005年11月17日，国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）发布的“ITU Internetreports2005–The Internet of Things”报告中正式提出了物联网概念。该报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行交换，RFID技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用，并从功能与技术两个角度对物联网的概念进行了解释。物联网一经提出，立即受到各国政府、企业和学术界的重视，在需求和研发的相互推动下得到了迅猛发展，深刻地改变着现有的生产和生活方式。
　　2009年1月28日，在奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行的一次“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。
　　2009年8月，温家宝“感知中国”[]的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮。无锡市率先建立了“感知中国”研究中心。中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院。自温总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，并写入“政府工作报告”，在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧洲联盟以及其他各国不可比拟的。
　　业内专家纷纷表示，物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相连的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网利用RFID技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。可以说，物联网描绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。
　　EPOSS在“Internetofthingsin2020”报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID技术被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010～2015年物体互联，2015～2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。
　　1.1.2物联网的概念及核心技术
　　1.物联网的概念
　　物联网集成了多种感知、通信与计算技术，不仅使人与人（human to human，H2H）之间的交流变得更加便捷，而且使人与物（human to thing，H2T）、物与物（thing to thing，T2T）之间的交流变成可能，最终将使人类社会、信息空间和物理世界（人-机-物）融为一体。
　　尽管物联网概念发展至今已有十余年，但仍未有一个明确统一的定义。目前，具有代表性的定义见表1.1。
　　表1.1物联网的定义
　　定义机构/学者物联网定义
　　国际电信联盟（ITU）[3]物联网是互联网应用的延伸，RFID、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将是实现物联网的四大核心技术
　　美国麻省理工学院自动识别实验室（MIT Auto-ID Center）[2]在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络（internet of things），以实现物品的自动识别和信息的互联共享
　　欧洲联盟[]物联网将是未来互联网不可分割的一部分，是一个动态的全球网络架构，它具备基于一定的标准和互用的通信协议的自组织能力。其中物理的和虚拟的物均具有身份标识、物理属性和虚拟特性，并应用智能接口可以无缝连接到信息网络
　　2.物联网体系构架
　　如图1.1所示，目前普遍认可的物联网体系架构[]主要包括感知层、网络层和应用层。它们的主要功能简述如下。
　　1）感知层
　　感知层位于物联网体系架构的最底层，起到感知识别和信息采集的作用，是物联网技术发展和应用的基础。它主要通过先进的信息传感技术，实现对现实世界物体或过程的感知识别和信息获取。感知层既包含了RFID标签与读写器、无线传感器、GPS等感知识别设备，也包含了这些智能设备自动获取的实时信息。
　　2）网络层
　　网络层位于物联网体系架构的中间部分，主要承担着信息处理和传输的功能。网络层是连接感知层和应用层的重要纽带，它通过各种网络，将感知层采集到的实时信息高效、稳定地传递到应用层。网络层主要包括互联网、通信网络、专用网络等网络形式。
　　3）应用层
　　应用层位于物联网体系架构的最顶层，它是物联网技术发展的目的和动力。应用层的主要作用是把大规模的信息进行组织、分析、决策，并且与适用行业相结合，实现对行业服务的智能化管理。应用一方面包括对信息进行分析处理的管理服务技术，一方面包括与行业前景相结合的综合应用技术。
　　图1.1物联网体系构架
　　3.物联网的核心技术
　　物联网系统是涉及多种技术领域的复杂系统。根据信息的感知、传输、处理与应用原则，其核心技术主要集中在如下方面。
　　1）在感知与标识技术方面
　　（1）RFID技术。RFID技术是一种设备标识技术，主要由RFID标签、天线和读写器三部分构成。因其耐用可靠、识别速度快、环境适应性强等特点，广泛应用于生产过程、物流管理等领域。
　　（2）传感器技术。传感器是一种检测装置，它按照一定规律将被测信息以所需形式进行输出，是物联网技术中非常重要的信息采集手段。传感器技术在军事检测、医疗监控、工业实验等方面有着重要的应用。
　　（3）ZigBee技术。ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线传输技术，具有成本低、网络容量大、工频段灵活等特点，同时可以嵌入多种设备，因此在电子设备、家庭内照明等方面获得了广泛应用。
　　（4）蓝牙技术。蓝牙技术是一种无线传输技术，支持点对点以及点对多点的通信。蓝牙技术具有开放的接口标准，能够实现话音和数据的同时传输，建立临时性的对等连接，在设备互联、局域网方面有着巨大的应用需求。
　　2）在数据传输网络方面
　　（1）互联网技术。互联网通过TCP/IP协议，将全球的信息资源进行连接、共享，它是实现物联网中物与物之间互通互联的最主要途径。随着IPv6技术的发展，互联网必将使物联网技术有着更大的发展。
　　（2）无线宽带网络技术。无线宽带网络通过一系列的无线通信协议和设施，在消除位置限制的同时，实现了网络用户之间的数据传递。因其空间应用上的巨大优势，以及低成本、大范围的特点，无线宽带网络必定成为物联网技术发展的重要环节。
　　（3）移动通信网络技术。顾名思义，移动通信网络是指移动物体与移动物体之间、移动物体与固定物体之间的通信网络，它克服了固定网络中信息终端位置的局限性，使得信息终端可以无处不在，为物联网技术中无所不在的感知识别提供技术保障。
　　3）在管理服务方面
　　（1）数据库系统技术。它是由数据库及其管理软件组成的系统，能够对存储的数据进行有效的管理、维护。物联网技术迅速发展的同时，获取的数据也越来越全面、深入，为了实现对这些数据的有效管理，必须借助先进的数据库系统技术。
　　（2）数据挖掘技术。数据挖掘主要是基于统计学、人工智能等方法，从海量的、不规律的及模糊的实际应用数据中，分析发现出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据。在物联网中，数据挖掘是提供高质、高效管理服务的重要手段。
　　（3）信息安全技术。物联网技术具有开放性、包容性和匿名性的特点，在实现信息泛在感知的同时，也增加了信息暴露的危险。为了保证物联网的正常稳定发展，必须采用信息安全技术解决好物联网中的用户隐私保护与信任管理问题。
　　4）在综合应用方面
　　（1）M2M。M2M（machine to machine）即机器对机器，是现阶段物联网的普遍应用形式。它利用先进的通信技术，将信息从一个终端移动到另一个终端，实现了机器与机器之间的对话。
　　（2）智能物流。物流行业是物联网技术最先应用的一个行业。随着物联网技术引入到物流业中，改变了传统物流业中出现的信息感知不及时、不彻底的现象，现代物流业呈现智能化、协同化的发展趋势。
　　（3）智能交通。智能交通是一种安全性高、可管理性强、能耗低的交通方式。物联网技术的发展使得智能交通的感知更加全面、彻底，目前推行的不停车收费系统就是其典型应用。
　　（4）环境监测。近年来，随着全球变暖、环境污染等现象的加剧，人们对周围环境的监测提出了更高的要求。物联网技术以其泛在感知、信息传递及时等特点逐步被应用到环境监测领域，典型的项目有“绿野千传”等。
　　1.1.3物联网在制造业的应用
　　制造业具有产品品种多、定制变化多样、工艺生产过程组织复杂、供应商多、客户多且服务要求高、生产周期较长等特点，对制造过程实时性、可靠性和透明性有着迫切需求。而物联网技术可以实现对物体的实时、远距离、智能化、高精度识别、跟踪、定位、监控与管理，它在制造过程中的应用也充分利用了这一特性。物联网在制造业的应用可以归纳为以下几个方面。
　　1）生产制造过程
　　物联网技术在生产制造过程中的应用主要体现在对在制品（work in progress，WIP）的识别管理、生产过程控制上。在WIP的识别管理方面，针对条码识别存在的成本高、易磨损、读取识别困难等缺点，采用RFID技术，以无线的方式，自动高效地识别和跟踪WIP信息，实现对在制品信息的智能管理；在生产过程控制[-]方面，利用物联网技术，对制造资源的自动识别与跟踪定位，使得企业管理者可以实时掌握车间生产进度，发现生产瓶颈、识别机器故障等生产扰动，改善生产过程，维持生产过程的动态平衡，实现对整个生产过程的监控与可视化管理。
　　2）制造供应链的管理过程
　　制造供应链的管理是物联网技术在制造业应用的一个重要方面，它主要体现在精准化物料配送管理和仓储的可视化管理上。通过使用物联网技术与物料配送管理，制造企业可以更好地与供应商共享物料需求信息，从而指导供应商根据车间物料消耗和未来需求进行精准的物料配送，并能够在配送上线时，快速准确地识别匹配物料，避免了人工采集物料需求及收货验货操作费时费力、易出错等问题，极大地提高了生产效率；仓储的可视化管理是物联网技术在制造业领域可行并发挥出巨大价值的地方，通过应用物联网技术，可实现原材料成品及WIP的库存可视化，以及供应链的透明化和库存数据共享，为合理有效地解决库存难题提供了新的思路。
　　3）产品的服务过程
　　物联网技术在产品服务过程的应用主要包括两个方面：一方面是产品的溯源与回收管理，把物联网技术应用于产品的全生命周期管理，可以完成对原材料、成品等在制造供应链中的追踪和查询，从而实现产品从设计到报废终止的闭环控制；另一方面是维护、维修与大修服务，通过应用物联网技术，制造企业可以有效地控制产品质量和设备的使用维护信息，为企业制定合理的维修策略提供参考。
　　随着物联网概念的兴起和自动识别技术的迅猛发展，面向制造过程的实时信息采集方法和动态优化技术得到了学术界和工业界的广泛关注。如麻省理工学院Auto-ID实验室研究用RFID/无线传感网等技术构建全球范围内物品实时跟踪系统；西安交通大学的周光辉等提出了采用RFID技术实现生产过程物料的实时跟踪和监控的体系构架；华中科技大学饶运清教授等提出了一种基于Agent技术的车间生产任务动态优化方法；重庆大学尹超教授等构建了一种能够动态反映车间生产进度、物料消耗情况、零件加工信息的机加车间生产任务执行情况三维可视化动态监控系统的体系结构、功能结构和运行模式；中国科学院软件研究所谭杰研究员构建和开发了一种面向过程行业的制造执行系统以实现对实时信息的采集和过程优化管理信息系统；西北工业大学的张映锋教授等提出和研究了一种基于物联技术的制造执行系统的体系构架和关键技术。
　　……

序
前言
第1章 绪论
1.1 物联网技术概述
1.1.1 物联网的起源与发展
1.1.2 物联网的概念及核心技术
1.1.3 物联网在制造业的应用
1.2 制造执行系统
1.2.1 制造执行系统概述
1.2.2 制造执行系统研究现状与发展趋势
1.2.3 工业4.
1.3 物联制造执行系统概述
1.3.1 物联制造执行系统的需求分析
1.3.2 物联制造执行系统
1.3.3 物联制造技术的发展历程
1.3.4 物联制造执行系统的特点
1.4 生产过程主动感知与动态调度的体系构架
1.4.1 体系构架
1.4.2 工作逻辑
1.5 生产过程主动感知与动态调度的关键技术
1.6 本书的主要内容

第2章 实时多源制造信息感知装置与方法
2.1 车间制造执行过程的信息源来源分析
2.1.1 与设备运行工况相关的信息源
2.1.2 与工件加工质量相关的信息源
2.1.3 与物料/人员相关的信息源
2.1.4 与生产环境相关的信息源
2.2 一种实时多源制造信息感知装置的体系构架
2.2.1 需求分析
2.2.2 硬件设计
2.2.3 软件设计
2.3 多源制造信息的主动获取技术与传输方法
2.3.1 基于WebService的异构传感器管理
2.3.2 事件驱动的实时多源制造信息获取方法
2.3.3 基于B2MML的多源制造信息标准化
2.3.4 实时多源制造信息与现有系统的共享与集成
2.4 一种多源制造信息感知器原型系统
2.4.1 硬件原型
2.4.2 系统界面

第3章 具有感知交互能力的加工设备智能化建模技术
3.1 加工制造资源智能化建模需求分析
3.2 实时信息驱动的装配活动智能导航服务理念
3.2.1 实时信息驱动的装配活动智能导航服务的设计理念
3.2.2 实时信息驱动的装配活动智能导航服务的体系构架
3.3 实时信息采集方法
3.4 设备端制造活动智能导航的应用服务
3.4.1 实时操作引导服务
3.4.2 工序间协作生产信息服务
3.4.3 任务队列优化服务
3.5 基于云计算信息构架的加工资源制造服务的云端化接入方法
3.5.1 加工资源制造服务云端化接入需求分析
3.5.2 一种云制造设备的服务化封装与云端化接入模型
3.5.3 制造服务能力描述模型
3.5.4 设备端制造服务封装
3.5.5 制造服务云端化接入
3.6 运行实例

第4章 任务驱动的制造服务主动发现与配置方法
4.1 任务驱动的制造服务主动发现与配置方法体系构架
4.2 加工资源制造服务UDDI
4.2.1 UDDI基本概念
4.2.2 UDDI支持的信息类型
4.2.3 加工资源制造服务在UDDI中的描述模型
4.2.4 加工资源制造服务的注册与发布
4.3 加工资源制造服务主动发现策略与技术
4.3.1 制造任务分解与建模过程
4.3.2 任务驱动的加工资源制造服务主动发现方法
4.3.3 加工资源制造服务与制造任务的语义匹配
4.4 任务驱动的制造执行系统动态配置方法
4.4.1 灰色关联度的基本概念
4.4.2 加工资源制造服务动态配置流程
4.4.3 加工资源制造服务评价指标体系
4.4.4 基于灰色关联度的制造服务配置方法
4.4.5 应用案例分析

第5章 实时信息驱动的制造任务动态调度
5.1 基于多Agent技术的制造任务动态调度模型
5.1.1 多Agent系统及其结构
5.1.2 基于多Agent系统的制造任务动态调度体系构架
5.2 多Agent系统的通信与交互
5.2.1 Agent间的通信模式
5.2.2 Agent间的通信语言
5.2.3 多Agent系统中Agent的交互
5.3 设备Agent
5.4 任务分配Agent
5.4.1 博弈论
5.4.2 基于非合作博弈的任务分配问题
5.4.3 模型概述
5.4.4 效益函数
5.5 实时调度Agent
5.5.1 遗传算法简介
5.5.2 基于遗传算法的实时调度
5.6 生产监控Agent
5.7 基于JADE的多Agent制造任务动态调度系统
5.7.1 JADE概述
5.7.2 JADE上的Agent平台
5.7.3 Agent之间的交互
5.7.4 仿真实例

第6章 基于过程感知的物料配送任务动态分配方法
6.1 物料配送介绍
6.1.1 物料任务动态配送的需求分析
6.1.2 物料配送过程中的“资源-任务”描述
6.1.3 物料配送任务动态分配过程中的优化目标
6.2 以智能搬运载体为核心的配送方法
6.2.1 配送策略
6.2.2 解决方案
6.2.3 数学模型
6.3 智能搬运载体的构建方法
6.3.1 实时多源配送信息的采集和封装
6.3.2 实时配送信息的交互机制
6.3.3 搬运载体端的实时配送导航
6.4 物料配送任务两阶段动态分配方法
6.4.1 物料配送任务的描述方法
6.4.2 实时需求信息驱动的配送任务预优化
6.4.3 基于层次分析法的配送任务组合优化
6.5 实例分析
6.5.1 应用场景设置
6.5.2 搬运载体和配送任务信息描述
6.5.3 方法实施
6.5.4 结果分析

第7章 生产过程的主动感知与性能分析
7.1 生产过程的主动感知与性能分析的体系构架
7.1.1 基于关键事件的实时生产性能分析
7.1.2 基于决策树的生产过程异常动态识别
7.2 制造执行过程中的关键事件
7.2.1 生产成本管理
7.2.2 生产质量管理
7.2.3 维护管理
7.2.4 库存管理
7.2.5 交货期管理
7.3 基于分层着色Petri网的关键事件建模
7.3.1 分层着色Petri网模型简介
7.3.2 基本事件建模方法
7.3.3 复杂事件建模方法
7.3.4 关键事件建模方法
7.4 基于决策树的生产过程实时性能分析
7.4.1 基于决策树的生产过程实时性能分析的体系构架
7.4.2 基于历史生产信息的决策树构建
7.4.3 基于决策树的生产异常提取
7.4.4 基于模糊决策树的异常原因定位方法

第8章 原型系统
8.1 需求分析
8.2 基于SOA的原型系统设计
8.2.1 原型系统体系构架
8.2.2 信息模型
8.3 仿真验证
8.3.1 原型环境的构建
8.3.2 车间布局
8.3.3 制造任务分配
8.3.4 物料配送
8.3.5 生产过程主动感知
8.3.6 事件驱动的动态调度
8.3.7 车间生产过程实时状态监控与追溯
参考文献