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盤點工業自動化行業十大熱門技術!


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在自動化技術的促進下,工業正在朝著數字化、智慧化、網絡化與綜合集成化的方向發展,製造業的工廠正不斷朝著高度一體化、集成化的行程前行。而未來,隨著人們應用高端自動化技術的手段越來越成熟,我們能看到更多的可能發生!

一、儀器儀錶智慧化

當前,我國智慧化領域最薄弱、最需要發展的是儀器、儀錶、傳感器等基礎產業。隨著科學技術的飛速發展和自動化程度的不斷提高,我國儀器儀錶行業也將發生新的變化並獲得新的發展。儀器儀錶產品的高科技化,特別是智慧化,將成為日後儀器儀錶科技與產業的發展主流。基於智慧控制理論基礎的智慧儀器儀錶目前大致有以下幾方面的進展:

專家控制器

專家控制系統(expertcontrolsystem,ECS)是典型的基於知識控制系統,它是一個具有大量的專門知識與經驗的程式系統。它運用人工智慧技術和計算機技術,根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗,進行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,解決那些需要人類專家才能解決好的複雜問題。

模糊控制器

模糊控制器(FC-FuzzyController),也稱模糊邏輯控制器(FLC-FuzzyLogicController)。由於模糊控制技術具有處理不確定性、不精確性和模糊信息的能力,對無法建造數學模型的被控過程能進行有效的控制,能解決一些用常規控制方法不能解決的問題,因而模糊控制在工業控制領域得到了廣泛的應用。

神經網絡控制器

神經網絡在工業控制系統中的應用提高了系統的信息處理能力,提高了系統的智慧水平。所謂神經網絡控制,簡稱神經控制,它是指採用神經網絡這一技術對複雜的非線性物件進行建模,或擔當控制器,或優化計算,或進行推理,或故障診斷等工作。

需要註意的是:在儀器儀錶的智慧化領域,無論是神經元網絡、模糊控制或混沌控制,儘管我國學者發表的文章很多,但是,嚴格細緻和自主創新的工作與成果卻並不多。一些高端儀器儀錶還仍然需要向國外進口。

二、控制系統網絡化

21世紀的控制系統將是網絡與控制結合的系統。對網絡化控制系統(NetworkedControlSystem,簡稱NCS)的研究已經成為當前自動化領域中的前沿課題之一。隨著通信網絡作為一個系統環節嵌入控制系統,這很大地豐富了工業控制技術和手段,使自動化系統與工業控制系統在體系結構、控制方法以及人機協作方法等方面都發生了較大的變化,與此同時也帶來了一些新的問題,如控制與通信的耦合、時間延遲、信息調度方法、分佈式控制方式與故障疹斷等。這些新問題的出現,使得自動控制理論在網絡環境下的控制方法和演算法需要不斷地創新。隨著計算機技術、通信技術和網絡技術的不斷發展。控制系統的結構從最初的CCS(計算機集中控制系統),到第二代的DCS(分散控制系統),發展到現在流行的FCS(現場總線控制系統)。在經濟全球化的今天,這一工業控制系統網絡化及其構成樣式使得企業能夠適應空前激烈的市場競爭,有助於加快新產品的開發、降低生產成本、完善信息服務,具有廣闊的發展前景。

三、工業通信無線化

隨著無線技術日益普及,各家供應商正在提供一系列軟硬體技術,協助在產品中增加通信功能。這些技術支持的通信標準包括藍牙、Wi-Fi、GPS(全球定位系統)、LTE(長期演進)以及WiMax(全球微波接入互操作)。然而,在增加無線連網功能時,芯片及相關軟體的選擇(假設所選擇的實現能正常工作,並滿足相關的論證要求)可能極具挑戰性。即使做出了一個可行的設計,但如果未優化性能、功耗、成本和規模,則可能不會取得市場上的成功。今天最熱門的東西未必是最好的通信標準和客戶需要的東西,因此選擇的軟硬體實現方案應有這樣的特點:每個新一代產品都不需要徹底從頭開始適應。

由於無線技術尚處於研發與不斷完善的階段,功能畢竟有限。而且在自動化技術領域,還沒有公認的且證實的在實時控制中應用較為可靠的無線技術標準,在工作迴圈時間很短的情況下,這表現得尤為突出。所以,目前無線技術的應用範圍只能局限在資料的採集與監控方面(SCADA)。但隨著可靠性的增強,無線技術將會有更廣範圍的應用。無線通訊將在未來的若干年快速地增長,但無線並不會替代有線通訊。有線具有穩定、可靠和安全性並不會消失,無線只有在有線不方便實現或成本高的地方去替代有線方案。如果無線與有線有機地結合起來,雙方發揮各自的優勢,將為增長生產率提供新的方案。在適宜有線通訊的地方使用有線通訊,在適宜無線通訊的地方使用無線通訊,由於有線和無線通訊都支持TCP/IP協議,這兩種通訊方式能夠有機地結合在一起,發揮各自特長,並能夠提高生產效率。


四、物聯網與自動化

當今,物聯網可謂是在各大媒體出鏡率最高、而且與“智慧”聯繫密切的名詞之一。從“管理、控制、智慧”的角度來看,其實物聯網與工業自動化是一脈相承的,工業自動化包含採集、傳輸、計算等環節,而物聯網是全面感知、可靠傳遞、智慧處理,兩者是相通的。物聯網只是更加強調無線、海量採訪、智慧計算。物聯網與自動化技術是有著十分密切地聯繫的。兩者的區別是:“傳統的自動化網絡多是通過有線網絡來實現,網絡連接範圍較窄,而在傳感網絡中,無線網絡成為主要的傳輸路徑,且連接的範圍更加廣泛。”一脈相承的天性,讓工業自動化廠商尋機物聯網的發展是順其自然的事情。

物聯網的應用領域,諸如:物聯網技術在物流、供應鏈、倉儲的管理系統的應用;物聯網技術在工業製品生產、追蹤、進度監管、質量追蹤等方面的應用;物聯網技術在貴重商品、危險品的監管、追蹤和防偽應用系統;物聯網技術在大型會議、高層會議以及重要會議的電子證件、大型賽事、演唱會、景區等人員快遞流通區的電子門票(如:上海世博會)的應用;物聯網技術在交通收費、各型別車輛的遠距離自動識別和管理的應用;物聯網技術在區域內的人員自動識別、記錄、定位以及查詢的應用;物聯網技術在動物、食品行業鏈的全流程追溯應用;農業、救災與搶險等方面的各個領域都會用到物聯網;物聯網技術在貴重資產和重要資產的管理的應用;物聯網技術在品牌服飾的全流程的應用;物聯網技術在圖書領域的應用;物聯網技術在軍隊槍械管理、人員管理、車輛管理、物資管理、安全保密等領域的應用;物聯網技術在航空、汽車等領域的應用;物聯網技術在零售業的應用;物聯網技術在社會安全領域的應用;物聯網技術在智慧城市領域的應用;以及短距離通訊技術:zigbee芯片、zigbee通訊模塊、zigbee網絡、GPS、RTLS實時定位系統、藍牙技術、UWB(超寬帶)技術及應用;EPC(產品電子碼)網絡:EPC貼標、EPC中間件、EPC服務器、EPC公共服務平臺,EPC網絡;傳感網絡、移動通訊網、全球定位網絡等相關應用網絡、商業智慧分析軟體系統等等。“物聯網”顛覆了人類之前物理基礎設施和IT基礎設施截然分開的傳統思維,將公路、建築物等物理設施與個人電腦、手機、家電、交通設施、IT設施有效的聯繫在一起,使得政府管理、生產製造、社會管理,以及人們的個人生活全面實現互聯互通。

五、雲計算與自動化

雲計算是分佈式處理、並行處理和網格計算的發展,或者說是這些計算機科學概念的商業實現。它的核心是海量資料的儲存和計算,特別強調虛擬化技術的應用。簡言之,雲計算就是一種依托internet的超級計算模型,將巨大的資源聯繫在一起為用戶提供各種IT服務。

例如,雲計算樣式將來帶來自動化軟體行業的巨大變革。主要有:

㈠自動化系統的架構將更加靈活,分佈式架構將擴展到更大範圍。

現代的大型工業自動化和信息化專案中,系統變得日益龐大和複雜,現有的網絡和系統體系架構已經無法從容應對這些挑戰。雲計算這一革命性理念的提出,徹底打破了自動化系統中原來的僵化的體系結構。在雲計算的系統中,自動化和信息化系統並不是簡單運行在某一臺固定的計算機上,而是運行於包括Internet在內的整個網絡之上,基於整個網絡來分配系統的資源及實現各種功能。

㈡海量信息的分析與處理將成為自動化軟體的常規功能。

在現代大型自動化專案中,自動化信息化資料量越來越大,用“海量”形容也並不為過。所以目前自動化軟體中所用的資料庫型別,資料儲存樣式和資料的讀取、查詢樣式,各項技術目前都在圍繞大量資料的準確、及時處理來進行。海量信息的處理,已經成為制約自動化軟體發展的瓶頸之一。而在雲計算時代,用戶可以在不同的層面發揮不同硬體平臺和網絡的計算能力,可以很容易地利用“雲”中的服務(SaaS),平臺(PaaS)和計算硬體及網絡資源(IaaS),充分整合公共網絡的計算能力,使得對海量自動化和信息化信息的分析和處理變成現實,滿足大規模應用系統的需要,同時也能夠實現複雜的自動化信息化系統的控制。

㈢徹底改變工程開發樣式。

在雲計算時代,工程專案的開發將不再拘泥於單台計算機,SaaS樣式使用戶可以通過Internet,直接利用自動化軟體供應商服務器上的軟體進行開發,開發過程在雲計算網絡中進行,開發完成後,生成可直接運行的工程專案即可。

㈣轉變軟體供應商的服務樣式,降低維護成本。

雲計算的樣式也將降低軟體供應商的服務成本。以往軟體供應商需要對運行在各種軟硬體環境中的自動化軟體進行技術支持與維護,而雲計算時代,他們只需要維護本服務器上的一套軟體即可。

㈤降低自動化系統對硬體的要求,提升軟體的行業地位。

無論是基於企業內部網絡的私有雲,或與外網有一定連接的混合雲,都以動態分配系統計算能力為目的,可以使系統的運算進行地更加平緩穩定,從而在不降低運行效率的前提下,極大地降低企業對硬體系統的要求。眾所周知,在目前的自動化系統中,軟體處於“靈魂”的地位,但價值卻相對低廉,只占5%-10%。在雲計算時代,系統對硬體的要求降低,而對軟體的要求則越來越高,所以軟體在自動化行業中的價值比重和重要性,都將有很大提高。

㈥新技術與新的產品理念將成為競爭的核心。

毫無疑問,雲計算樣式將來帶來自動化軟體行業的巨大變革。如何把握IT發展的潮流趨勢?如何開發基於雲計算的新一代自動化軟體?如何將舊的自動化軟體版本兼容於雲計算平臺?如何將傳統的自動化工程系統升級為雲計算系統?將成為業內企業考慮的首要問題。相信隨著雲計算技術的日趨成熟及自動化界的努力,我國利用“雲計算”的自動化系統的發展將日新月異。這也是中國自動化界應當註意的問題。

六、低碳經濟自動化

低碳經濟自動化是一個廣泛而重要的課題。我們以流程工業為例來說明之。流程工業是指在我國國民經濟中占有重要經濟地位的石化、煉油、化工、冶金、製藥、建材、輕工、造紙、採礦、環保、電力等在國民經濟中占主導地位的行業,我國流程工業企業年產值占全國工業企業年總產值的66%。流程工業的發展狀況直接影響國家的經濟基礎。流程工業是一個非常巨大的產業,在產業中占據重要的地位,是國民經濟發展中極為重要的基礎支柱產業,是製造業的重要組成部分。其特點是以處理連續或間歇物料流、能量流為主,產品多以大批量的形式生產。

流程工業的生產和加工方法主要有化學反應、分離、混合等等。在知識經濟時代的21世紀,作為傳統工業的流程工業將仍然是經濟發展的重要支柱產業。流程工業既是能源、各種原材料的產生者,也是能源的主要消耗者,節能降耗與減排至關重要。這些行業普遍存在能耗大、污染污染嚴重、產品質量差、生產過程工藝落後、自動化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競爭力弱等缺點。工業是我國經濟的最大主體,也是耗費能源、資源,產生環境污染的最主要行業。流程工業首當其衝成為了主要標的,尤其在石油加工、化工、鋼鐵、電力、有色、建材等六大行業,其能源消耗占全國工業能耗的近70%。大力促進“低碳經濟”的發展,必然能夠搶占科研專案和市場開發的創新先機!現在,世界經濟正在加速向“低碳經濟”轉型,“低碳經濟”催生了許多新的經濟增長點,“低碳經濟”將是未來國家和企業競爭力之所在。聰明的企業善於抓住機遇,轉變生產方式,走在前面,將被動變為主動。利用社會發展理念的變革作為企業加速發展的動力。努力搶占“低碳經濟”的制高點。對於企業應當在考慮企業發展的戰略時,考慮企業如何制定“低碳戰略”,並力求與國家的可持續發展趨勢同步增長。

七、安全生產自動化

安全生產自動化是近年來,頻繁出現的“詞彙”!這是由於由於各種安全生產事故不斷發生,應用自動化技術促使安全生產的需求日益增長。如何高效地利用自動化與信息化等高新技術,提高安全生產的水平成為當務之急。因而國家提出了“科技興安”戰略!安全的發展也同樣離不開自動化。製造業的安全可以分為機械安全和過程安全。機械安全主要保障的是人身,已經受到了高度重視,安全開關、安全按鈕、安全門、安全地毯相繼成為工廠內的寵兒,伴之而來的還有安全傳感器、安全PLC、安全總線、安全以太網等產品。過程安全則是保障生產過程的安全性。如今,許多自動化供應商已經在考慮安全解決方案的提供,真正的安全解決方案不僅僅是提供一種或幾種安全產品,而更多的是提高用戶設備的安全性。如何將安全功能嵌入到用戶機械設備中去,在不影響生產過程的情況下提高安全保障,還亟待有更好的發展。

自動化是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程式或指令自動進行操作或控制的過程。採用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動﹑部分腦力勞動以及惡劣﹑危險的工作環境中解放出來﹐而且能擴展人的器官功能﹐極大地提高勞動生產率﹐增強人類認識世界和改造世界的能力。因此﹐機器設備、系統或過程(生產、管理過程),在沒有人或較少人的直接參与下,按照人的要求,經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制,實現預期的標的。安全自動化則是利用自動化技術貫徹落實“科技興安”戰略,實現安全生產的統稱。安全自動化具體到結合各行各業則有各自不同的內容,如:煤礦安全生產自動化、石化安全生產自動化、化工安全生產自動化、冶金安全生產自動化、交通安全生產自動化、智慧建築安全生產自動化、其他行業的安全生產自動化等等。

八、節約降耗自動化

近年來,“節能降耗”成為我國自動化技術發展中備受關註的詞彙之一,其意義十分重大。“節能減排、科學發展”已成為我國經濟發展的戰略指導思想。

裝備製造業作為技術的載體和轉化的媒體,是“手段性”的基礎產業,其產品是各行各業的生產裝備,是基礎中的基礎,其特點是:範圍廣,門類多,技術含量高,與其他產業的關聯度大。經過多年發展,我國裝備製造業已經形成門類齊全、規模較大、具有一定技術水平的產業體系,是國民經濟的重要支柱性產業。節約能源、提高能源利用率,既是保障企業正常生產經營,實現企業健康可持續發展的長久之計,也是企業適應市場需要,降低成本、增加效益、改善環境,提高企業競爭力的必然選擇。企業要獲得長足發展,實施節能降耗勢在必行。

例如,電機節能、過程優化、變廢為寶、餘熱利用、企業改造、新能源利用等無不和採用自動化技術密切相關。

九、工控軟體的發展

工控軟體的發展同樣是自動化技術發展的重要方面。自上世紀90年代起,IBM接連收購了一系列中間件廠商,使中間件成為了企業IT架構的核心,也讓人們逐漸認識到軟體的重要性及其核心地位。之後,IBM又陸續收購了一些知名的軟體企業,如Lotus、DB2.軟體開始與硬體齊頭併進,而在2004年IBM進一步將PC業務賣給聯想,此事件向人們昭示:屬於硬體的輝煌時代已成為歷史,軟體發生高潮的時代已經到來。而在工業控制領域裡面,硬體軟體化就是一種發展趨勢。如嵌入式軟PLC的出現等。目前,市場上德國三S軟體公司首推的最新版本CoDeSysV3.4軟體(基於CoDeSys平臺下的嵌入式系統軟PLC)。倡導以“可復用”為宗旨的“開放式、可重構的自動化”理念。該軟體是靠IEC61131的開發環境,支持梯形圖、流程圖、結構圖、高級ST語言等自動控制工業標準的幾種語言。

軟體復用化是一種計算機軟體工程的方法和理論,其實質就是一種在軟體開發中避免重覆勞動的解決方案。軟體復用化是提高軟體開發生產率和軟體產品質量的一條行之有效的途徑。軟體復用化是將已有的軟體及其有效成分用於構造新的軟體或系統,以縮減軟體開發時間和維護費用.軟體復用是提高軟體生產力和質量的一種重要技術。實現軟體復用化的關鍵因素(技術和非技術因素)主要包括:軟體構件技術、軟體構架、領域工程、軟體再工程、開放系件過程、CASE(ComputerAidedSoftwareEngineering,計算機輔助軟體工程)技術以及各種非技術因素等七個方面。軟體復用化的好處是:⑴較高的生產效率。(以及隨之而來的成本降低);⑵較高的軟體質量。(錯誤可以更快的被糾正);⑶恰當的使用軟體復用可以改善系統的可維護性。

十、模擬仿真普適化

網絡化建模與仿真技術是目前建模與仿真界的一個研究熱點。當前,網絡化建模與仿真的技術內涵和應用樣式正隨著網絡技術的發展而不斷地擴展和豐富,網絡技術和計算技術的快速發將帶領我們進入普適計算時代。普適計算是建立一個由計算和通信構成的信息空間與人們生活的物理空間相融合,形成智慧化空間。在這個智慧化空間中,人們可以隨時隨地透明地獲得計算和信息服務。網絡化建模與仿真技術將向著普適化的方向發展。融合了普適計算技術的“普適化仿真技術”實現了信息空間與物理空間的結合,將推動現代建模仿真研究、開發與應用進入到一個嶄新的時代。

面向未來複雜、異構、動態的普適計算環境,普適仿真系統具有以下基本特征:

⑴普及泛在:仿真資源無所不在。仿真網格借助於網格技術,實現了人們生活中的各種軟、硬體仿真資源的服務化,為用戶屏蔽了複雜、異構的普適計算環境,使得仿真資源無所不在,解決了“普及”的問題。

⑵隨時隨地:人們可以在工作、生活的現場獲得仿真服務,而不需端坐在一個專門的計算機面前。網格技術使得仿真應用的終端延伸到網絡的每一個角落,徹底擺脫了時間和空間的束縛,人們使用任何聯網設備,即可以訪問網格環境中的仿真資源和服務,滿足了對“隨時隨地”的需求。

⑶自適應:仿真信息空間能以適合用戶的方式,提供計算環境能適應變化的、連貫的仿真服務;

⑷透明:用戶獲得仿真服務時不需要花費很多註意力,仿真服務的訪問方式是十分自然的甚至是用戶本身註意不到的,即所謂蘊涵式的交互。

如果在仿真網格中引入普適計算的思想和技術,就能很好地滿足普適仿真環境對仿真網格在移動性、自適應性、智慧化、應用樣式上的新需求,使得仿真信息空間能以適合用戶的方式,提供適應變化的仿真環境和連貫的仿真服務。融合了網格技術和普適計算技術的普適化仿真網格技術,將成為網絡化建模仿真研究應用關註的新焦點。

綜上所述,從當前十大自動化熱門技術發展趨勢可以看到自動化創新可以用幾個詞來概括:集成、通訊、協同、節能、安全、標準與開放。隨著也誕生了許多新的產品和理念。多少年來,新自動化都是推動製造業高速發展的最直接力量,而這種力量,必然將會搭載著“創新”的源動力,在“中國智慧製造”的背景下變得更加強大!

來源:天寶

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