西門子、ABB等自動化發(fā)展的四大趨勢分析
自動化的概念來自于德國，繼蒸汽時代、電氣時代、信息時代三大工業(yè)革命之后，德國提出第四次工業(yè)的改革，全球化分工使生產要素加速流動和配置，市場風向變化和產品個性化的需求對企業(yè)反應時間和柔性化能力提出前所未有的要求，全球進入空前的創(chuàng)新密集和產業(yè)變革時代?；诖?，以物聯(lián)網和智能制造為主導的第四次工業(yè)革命悄然來襲。
早在2011年漢諾威工業(yè)博覽會上，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、互聯(lián)企業(yè)等類似概念。無論工業(yè)4.0還是工業(yè)互聯(lián)網，其主要特征都是智能和物聯(lián)，而主旨都在于將傳統(tǒng)工業(yè)生產與現(xiàn)代信息技術相結合，從而提高資源利用率和生產靈活性、增強客戶與商業(yè)伙伴緊密度并提升工業(yè)生產的商業(yè)價值。
“工業(yè)4.0”是一個宏大的愿景，但又是一個簡單的概念：把大量的有關人、IT系統(tǒng)、自動化原件和機器的信息融入到虛擬網絡——實體物理系統(tǒng)中，并利用產生的數據為企業(yè)服務，其本質即為“融合”。在制造系統(tǒng)中，工廠現(xiàn)場設備傳感和控制層的數據與企業(yè)信息系統(tǒng)融合，并傳到云端進行存儲、分析，形成決策并反過來指導、協(xié)同企業(yè)的生產和運營。
通過工業(yè)4.0可以建立一種人——技術互動的嶄新模式，即機器適應人的需求。具有多通道用戶界面的智能工業(yè)輔助系統(tǒng)，能將數字和模擬環(huán)境直接搬到生產車間。而未來工廠也將從局部的機器智能發(fā)展到全廠智能。屆時，嵌入式制造系統(tǒng)在工廠和企業(yè)之間的業(yè)務流程上實現(xiàn)縱向網絡連接，在分散的價值網絡上實現(xiàn)橫向連接，并可進行實時管理——從下訂單開始，直到外運物流。這一理念將零散的信息、通訊、虛擬等技術整合，通過數據可視化和共享互聯(lián)，打通企業(yè)的產品設計、研發(fā)、生產與客戶管理、供應鏈和能耗管理等系統(tǒng)，實現(xiàn)從底層控制級、中層產線級，到上層企業(yè)級的整體優(yōu)化，最終幫助制造業(yè)實現(xiàn)更短的上市時間、更高的生產靈活性和資產利用率、更低的擁有成本和更可控的企業(yè)風險。
工業(yè)4.0的基礎是數字化、網絡化和集成化。與此相應的是，工業(yè)4.0時代的工業(yè)自動化，將在原有自動化技術和架構下，實現(xiàn)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的通訊能夠無縫對接，從而建立一個高度靈活的、個性化和數字化、融合了產品與服務的生產模式。在這種模式下，生產自動化技術可通過自我診斷、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。因此要求自動化設備的通訊功能和集成能力更強，而自動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(tǒng)的數據共享能力。
在自動化層面，統(tǒng)一的控制平臺，順暢的通訊網絡是基礎。而要實現(xiàn)工業(yè)4.0，自動化在四個層面上將進一步拓展：自動化系統(tǒng)內部的橫向連接。通過全集成自動化、集成架構等統(tǒng)一平臺將控制、驅動、低壓配電等系統(tǒng)深度集成，在單一的編程環(huán)境中為可擴展運動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現(xiàn)標準化處理方式。
與下層現(xiàn)場傳感和數據采集層及上層企業(yè)管理系統(tǒng)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，在生產過程的每個環(huán)節(jié)中，控制器、傳感器及其它設備均會產生大量數據。來自生產車間的數據在幾年之內就會在數量上超過公司產生的業(yè)務數據。即便是現(xiàn)在，也有大量的此類數據正在通過現(xiàn)場的PLC進行分析。當務之急乃是將所有來自各工廠運行系統(tǒng)不斷劇增的數據與來自業(yè)務應用的信息相結合，從而打造運營智能，尤其是遠程維護解決方案和基于云技術的服務，以應對持續(xù)增加的圍繞數據分析的服務需求。如遠程狀態(tài)監(jiān)測可以對個別部件的運動進行分析或對整個驅動鏈實施在線連續(xù)監(jiān)測。
基于開放標準和統(tǒng)一協(xié)議的通訊網絡。若要充分利用智能化網絡技術的優(yōu)勢，需要借助統(tǒng)一網絡基礎設施，來實現(xiàn)工廠內所有設備彼此之間的相互通信。未來，網絡交換設備將得到更廣泛的利用。獨立IP的應用可以使產品和設備具備可識別的獨立身份、便于追蹤、定位和監(jiān)測。此外，標準通訊可使更多的數字設備融入生產線網絡，如攝像機、RFID讀卡器、數字平板、安全磁卡等，以提高生產管理的精細化。
移動技術和虛擬化。目前在平板電腦或智能手機上訪問生產數據，信息和工廠員工已能夠實現(xiàn)“移動”并隨時隨地訪問應用程序。未來，很多情況下需要使用云技術處理和存儲來自各地的數據，又要在各地實時地使用這些數據。移動技術讓人變得機動靈活。人們可以隨時隨地與任何相關人事聯(lián)系，可以與全球同事交流分享經驗知識、解決業(yè)務問題。不管技術專家身在何處，呼叫中心代表都可以實時向其咨詢問題，而專家本人也可以隨地訪問世界上任意地點的設備服務歷史以及其它裝置的歷史，還能夠核對工廠更新和其它咨詢。例如，很多油井地處分散的偏遠地區(qū)，過去，技術人員需要奔波于各個油井之間將數據下載到閃存卡中，而現(xiàn)在則可以直接從云端下載數據，通過遠程監(jiān)視設備和過程。他們可以實時生成報告，而不是按天或者按周。
虛擬化可以降低對物理服務器和其它硬件的依賴性，同時節(jié)約工廠的能源成本。虛擬化技術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，同時允許操作系統(tǒng)的多個實例在單一硬件上運行。最新的DCS系統(tǒng)已經應用虛擬化服務器實現(xiàn)更快的處理速度及降低生命周期成本。
現(xiàn)階段，每一項自動化技術都已投入使用，但大部分公司至今仍在單一地使用其中某一項技術。一旦公司理念趨于成熟，開始接受這些新技術，就能夠出現(xiàn)同時應用所有這些技術的局面。目前，ABB,西門子等一系列工業(yè)自動化等巨頭，控制層面，最新的PLC、變頻等產品都有標準的網絡通訊接口，現(xiàn)場設備通過傳感器數據采集和聯(lián)網傳輸即可實現(xiàn)診斷等智能功能；信息層面，各種數據庫軟件、制造執(zhí)行系統(tǒng)、制造運行管理系統(tǒng)、產品生命周期管理軟件等，同企業(yè)資源規(guī)劃解決方案連接起來，則實現(xiàn)數據到信息的轉換、輔助商業(yè)決策；分析運營層面：現(xiàn)有的云平臺也具備了遠程分析優(yōu)化的基礎和經驗；安全層面：業(yè)界主流廠商都已與信息安全企業(yè)合作推出了實際方案。而未來的挑戰(zhàn)主要在于需要在生產工程、機械工程、工藝工程、自動化工程、IT和互聯(lián)網領域建立起一個共同認可的問題處理方式和標準。
朱先生