西門(mén)子、ABB等自動(dòng)化發(fā)展的四大趨勢分析
自動(dòng)化的概念來(lái)自于德國，繼蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、信息時(shí)代三大工業(yè)革命之后，德國提出第四次工業(yè)的改革，全球化分工使生產(chǎn)要素加速流動(dòng)和配置，市場(chǎng)風(fēng)向變化和產(chǎn)品個(gè)性化的需求對企業(yè)反應時(shí)間和柔性化能力提出前所未有的要求，全球進(jìn)入空前的創(chuàng )新密集和產(chǎn)業(yè)變革時(shí)代?；诖?，以物聯(lián)網(wǎng)和智能制造為主導的第四次工業(yè)革命悄然來(lái)襲。
早在2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì )上，德國率先提出“工業(yè)4.0”的概念，之后美國也推出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)企業(yè)等類(lèi)似概念。無(wú)論工業(yè)4.0還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其主要特征都是智能和物聯(lián)，而主旨都在于將傳統工業(yè)生產(chǎn)與現代信息技術(shù)相結合，從而提高資源利用率和生產(chǎn)靈活性、增強客戶(hù)與商業(yè)伙伴緊密度并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。
“工業(yè)4.0”是一個(gè)宏大的愿景，但又是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念：把大量的有關(guān)人、IT系統、自動(dòng)化原件和機器的信息融入到虛擬網(wǎng)絡(luò )——實(shí)體物理系統中，并利用產(chǎn)生的數據為企業(yè)服務(wù)，其本質(zhì)即為“融合”。在制造系統中，工廠(chǎng)現場(chǎng)設備傳感和控制層的數據與企業(yè)信息系統融合，并傳到云端進(jìn)行存儲、分析，形成決策并反過(guò)來(lái)指導、協(xié)同企業(yè)的生產(chǎn)和運營(yíng)。
通過(guò)工業(yè)4.0可以建立一種人——技術(shù)互動(dòng)的嶄新模式，即機器適應人的需求。具有多通道用戶(hù)界面的智能工業(yè)輔助系統，能將數字和模擬環(huán)境直接搬到生產(chǎn)車(chē)間。而未來(lái)工廠(chǎng)也將從局部的機器智能發(fā)展到全廠(chǎng)智能。屆時(shí)，嵌入式制造系統在工廠(chǎng)和企業(yè)之間的業(yè)務(wù)流程上實(shí)現縱向網(wǎng)絡(luò )連接，在分散的價(jià)值網(wǎng)絡(luò )上實(shí)現橫向連接，并可進(jìn)行實(shí)時(shí)管理——從下訂單開(kāi)始，直到外運物流。這一理念將零散的信息、通訊、虛擬等技術(shù)整合，通過(guò)數據可視化和共享互聯(lián)，打通企業(yè)的產(chǎn)品設計、研發(fā)、生產(chǎn)與客戶(hù)管理、供應鏈和能耗管理等系統，實(shí)現從底層控制級、中層產(chǎn)線(xiàn)級，到上層企業(yè)級的整體優(yōu)化，最終幫助制造業(yè)實(shí)現更短的上市時(shí)間、更高的生產(chǎn)靈活性和資產(chǎn)利用率、更低的擁有成本和更可控的企業(yè)風(fēng)險。
工業(yè)4.0的基礎是數字化、網(wǎng)絡(luò )化和集成化。與此相應的是，工業(yè)4.0時(shí)代的工業(yè)自動(dòng)化，將在原有自動(dòng)化技術(shù)和架構下，實(shí)現集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，讓設備從傳感器到因特網(wǎng)的通訊能夠無(wú)縫對接，從而建立一個(gè)高度靈活的、個(gè)性化和數字化、融合了產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式下，生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)可通過(guò)自我診斷、自我修正和各種功能軟件讓設備更加智能，以更好地輔助工人完成生產(chǎn)。因此要求自動(dòng)化設備的通訊功能和集成能力更強，而自動(dòng)化軟件則需具備更強大的分析處理及與企業(yè)其他軟件系統的數據共享能力。
在自動(dòng)化層面，統一的控制平臺，順暢的通訊網(wǎng)絡(luò )是基礎。而要實(shí)現工業(yè)4.0，自動(dòng)化在四個(gè)層面上將進(jìn)一步拓展：自動(dòng)化系統內部的橫向連接。通過(guò)全集成自動(dòng)化、集成架構等統一平臺將控制、驅動(dòng)、低壓配電等系統深度集成，在單一的編程環(huán)境中為可擴展運動(dòng)和機器控制提供集成的平臺。這種集成可減少需要儲存的備件數量，而控制平臺的開(kāi)放性則可確保與第三方組件輕松集成。此外，在每臺機器上使用的可視化及信息軟件需實(shí)現標準化處理方式。
與下層現場(chǎng)傳感和數據采集層及上層企業(yè)管理系統的縱向連接。從機器運行和能源使用到變量處理和材料使用，在生產(chǎn)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節中，控制器、傳感器及其它設備均會(huì )產(chǎn)生大量數據。來(lái)自生產(chǎn)車(chē)間的數據在幾年之內就會(huì )在數量上超過(guò)公司產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數據。即便是現在，也有大量的此類(lèi)數據正在通過(guò)現場(chǎng)的PLC進(jìn)行分析。當務(wù)之急乃是將所有來(lái)自各工廠(chǎng)運行系統不斷劇增的數據與來(lái)自業(yè)務(wù)應用的信息相結合，從而打造運營(yíng)智能，尤其是遠程維護解決方案和基于云技術(shù)的服務(wù)，以應對持續增加的圍繞數據分析的服務(wù)需求。如遠程狀態(tài)監測可以對個(gè)別部件的運動(dòng)進(jìn)行分析或對整個(gè)驅動(dòng)鏈實(shí)施在線(xiàn)連續監測。
基于開(kāi)放標準和統一協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò )。若要充分利用智能化網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的優(yōu)勢，需要借助統一網(wǎng)絡(luò )基礎設施，來(lái)實(shí)現工廠(chǎng)內所有設備彼此之間的相互通信。未來(lái)，網(wǎng)絡(luò )交換設備將得到更廣泛的利用。獨立IP的應用可以使產(chǎn)品和設備具備可識別的獨立身份、便于追蹤、定位和監測。此外，標準通訊可使更多的數字設備融入生產(chǎn)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，如攝像機、RFID讀卡器、數字平板、安全磁卡等，以提高生產(chǎn)管理的精細化。
移動(dòng)技術(shù)和虛擬化。目前在平板電腦或智能手機上訪(fǎng)問(wèn)生產(chǎn)數據，信息和工廠(chǎng)員工已能夠實(shí)現“移動(dòng)”并隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)應用程序。未來(lái)，很多情況下需要使用云技術(shù)處理和存儲來(lái)自各地的數據，又要在各地實(shí)時(shí)地使用這些數據。移動(dòng)技術(shù)讓人變得機動(dòng)靈活。人們可以隨時(shí)隨地與任何相關(guān)人事聯(lián)系，可以與全球同事交流分享經(jīng)驗知識、解決業(yè)務(wù)問(wèn)題。不管技術(shù)專(zhuān)家身在何處，呼叫中心代表都可以實(shí)時(shí)向其咨詢(xún)問(wèn)題，而專(zhuān)家本人也可以隨地訪(fǎng)問(wèn)世界上任意地點(diǎn)的設備服務(wù)歷史以及其它裝置的歷史，還能夠核對工廠(chǎng)更新和其它咨詢(xún)。例如，很多油井地處分散的偏遠地區，過(guò)去，技術(shù)人員需要奔波于各個(gè)油井之間將數據下載到閃存卡中，而現在則可以直接從云端下載數據，通過(guò)遠程監視設備和過(guò)程。他們可以實(shí)時(shí)生成報告，而不是按天或者按周。
虛擬化可以降低對物理服務(wù)器和其它硬件的依賴(lài)性，同時(shí)節約工廠(chǎng)的能源成本。虛擬化技術(shù)還可以改善機器的可靠性，打造低成本高可用性的備份解決方案，同時(shí)允許操作系統的多個(gè)實(shí)例在單一硬件上運行。最新的DCS系統已經(jīng)應用虛擬化服務(wù)器實(shí)現更快的處理速度及降低生命周期成本。
現階段，每一項自動(dòng)化技術(shù)都已投入使用，但大部分公司至今仍在單一地使用其中某一項技術(shù)。一旦公司理念趨于成熟，開(kāi)始接受這些新技術(shù)，就能夠出現同時(shí)應用所有這些技術(shù)的局面。目前，ABB,西門(mén)子等一系列工業(yè)自動(dòng)化等巨頭，控制層面，最新的PLC、變頻等產(chǎn)品都有標準的網(wǎng)絡(luò )通訊接口，現場(chǎng)設備通過(guò)傳感器數據采集和聯(lián)網(wǎng)傳輸即可實(shí)現診斷等智能功能；信息層面，各種數據庫軟件、制造執行系統、制造運行管理系統、產(chǎn)品生命周期管理軟件等，同企業(yè)資源規劃解決方案連接起來(lái)，則實(shí)現數據到信息的轉換、輔助商業(yè)決策；分析運營(yíng)層面：現有的云平臺也具備了遠程分析優(yōu)化的基礎和經(jīng)驗；安全層面：業(yè)界主流廠(chǎng)商都已與信息安全企業(yè)合作推出了實(shí)際方案。而未來(lái)的挑戰主要在于需要在生產(chǎn)工程、機械工程、工藝工程、自動(dòng)化工程、IT和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域建立起一個(gè)共同認可的問(wèn)題處理方式和標準。
朱先生