自動化行業(yè)的發(fā)展趨勢

宋立雪

【摘 要】隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)的出現(xiàn)，2016年制造業(yè)發(fā)生一新變化，工廠機(jī)器換人，設(shè)備互聯(lián)化，生產(chǎn)智能化等創(chuàng)新實(shí)踐給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來了良好的啟示。同時給自動行業(yè)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，一些控制廠商利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)他們的產(chǎn)品，同時研發(fā)一些新的技術(shù)，那么2017年的自動化行業(yè)將會有哪些趨勢？

【關(guān)鍵詞】自動化；物聯(lián)網(wǎng)；發(fā)展趨勢

一、物聯(lián)網(wǎng)將降低自動化成本

物聯(lián)網(wǎng)作為熱門概念，近年來對各行業(yè)影響正變得更加劇烈。隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些高性能的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和驅(qū)動芯片不斷推出，如處理器、傳感器、分析軟件、視覺系統(tǒng)、無線通信協(xié)議和分布式系統(tǒng)架構(gòu)等。這些技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)將使得自動化系統(tǒng)具有更高的價值，自動化廠商用更低的成本集成出更高性能的產(chǎn)品，造福業(yè)界。最近，英特爾推出了一套新的模板化計算機(jī)平臺“計算卡”（ComputeCard），這張卡只有普通銀行卡的大少，卻集成了一套完整計算機(jī)的所有元素，包括IntelSoC處理器、內(nèi)存、存儲、無線、I/O等等?；谶@種計算卡，硬件廠商可以靈活地優(yōu)化各種智能互聯(lián)解決方案，比如說交互式冰箱、安全攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，而且擁有簡化設(shè)計、易于維護(hù)、用戶可升級等優(yōu)勢。

二、精益自動化和扁平架構(gòu)到來

自動化系統(tǒng)正在進(jìn)一步簡化，從原來的五層系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)變成2-3層，系統(tǒng)性能將得到進(jìn)一步提升同時降低未來的軟件維護(hù)成本，這也是自動化行業(yè)多年來發(fā)展的趨勢。在新的系統(tǒng)模型中，控制器使用了適當(dāng)?shù)膮f(xié)議，如通過web服務(wù)直接把信息從0、1級傳遞到第4、5級。這種趨勢正在加速，計算被驅(qū)動到更強(qiáng)大的控制器、智能設(shè)備和傳感器，并帶動了工廠級計算機(jī)和云托管應(yīng)用程序。如今的智能手機(jī)已經(jīng)是一個多核處理功能強(qiáng)大的計算機(jī)，可以利用它執(zhí)行一些本地任務(wù)，利用云和具有通信的功能的智能手機(jī)，可以尋找餐館預(yù)定或者確定最佳的出行路線。

三、開放式工業(yè)自動化架構(gòu)

過去一年里已經(jīng)看到圍繞著邊緣計算的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，開放式系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)緊密集成，滿足多廠商共同操作的需求。傳統(tǒng)的工業(yè)自動化架構(gòu)目前處于非開放階段，但一些智慧社區(qū)控制系統(tǒng)和用戶提出了多廠商集成的問題障礙。這種新的“開放”的思維方式旨在創(chuàng)造更靈敏、高效、靈活的制造業(yè)，緊密整合客戶、供應(yīng)商、制造商和分銷物流生態(tài)系統(tǒng)。為了提高生產(chǎn)的性能和靈活性，制造現(xiàn)場的I/O（輸入/輸出）設(shè)備包括傳感器、執(zhí)行器、分析器、驅(qū)動器、視覺、視頻、和機(jī)器人等都需要連接通信。在這種環(huán)境下創(chuàng)建卓越的集成工業(yè)自動化系統(tǒng)需要完全開放的通信源代碼、數(shù)據(jù)定義、框架和應(yīng)用程序交換標(biāo)準(zhǔn)。例如，工業(yè)4.0的思想主張整合制造業(yè)工廠和其它業(yè)務(wù)功能，包括進(jìn)貨物流、客戶服務(wù)、出貨物流。工業(yè)4.0發(fā)展的背景是廉價勞動力的紅利不再存在，企業(yè)欲取得行業(yè)競爭優(yōu)勢和靈活性只能利用以自動化為核心的先進(jìn)技術(shù)，成功過渡智能化生產(chǎn)模式。德國推出了工業(yè)4.0戰(zhàn)略后引發(fā)了全球的呼應(yīng)，包括中國制定的“中國制造2025”，日本工業(yè)價值鏈促進(jìn)會，印度制造等等。一些知名的企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用工業(yè)4.0概念來提高過程自動化的效益，包括了ABB、巴斯夫、拜耳、比爾芬格-博格、E+H、贏創(chuàng)、FESTO、科隆、朗盛、西門子、和弗勞恩霍夫化工技術(shù)研究所。在2015年發(fā)布的那慕爾過程傳感器4.0路線圖描述了智能網(wǎng)絡(luò)傳感器作為工業(yè)4.0進(jìn)程架構(gòu)的基礎(chǔ)部分，這些傳感器將與控制系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)進(jìn)行通信，甚至可以直接與業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對話。

四、自動化廠商必需接受便攜式應(yīng)用

自動化行業(yè)面臨著一個極具挑戰(zhàn)性的問題，必需改變?nèi)狈嫒荻鄰S商的便攜移動應(yīng)用。如果只是開放自動化架構(gòu)而沒有開放的生態(tài)系統(tǒng)，便攜式創(chuàng)新應(yīng)用將被扼殺。在過去的技術(shù)中，為特定控制器應(yīng)用程序通常不能運(yùn)行在另一個品牌的控制器，要使用只能花費(fèi)時間重寫程序。?？松梨谑紫こ處烡onBartusiak指出，每一次從不同廠買一臺電腦都要重寫所有文件、電子表格和報告，在今天的工業(yè)環(huán)境里，非便攜式應(yīng)用意味著時間和資料的浪費(fèi)。IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)和PLCopen標(biāo)準(zhǔn)提供了兩個基本框架的支持，多廠商的便攜式應(yīng)用。控制器之間的結(jié)構(gòu)化文本程序的交換最新的方法是用PLCopenXML交換標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入2017，新的挑戰(zhàn)將讓供應(yīng)商采用這些交換標(biāo)準(zhǔn)。廠商需要熱情地接受這些標(biāo)準(zhǔn)，或者新的工業(yè)控制應(yīng)用開放式架構(gòu)的互換性和可重用性標(biāo)準(zhǔn)。這將填補(bǔ)傳統(tǒng)的計算機(jī)行業(yè)解決方案的空白，傳統(tǒng)的供應(yīng)商已經(jīng)展示和銷售物聯(lián)網(wǎng)軟件產(chǎn)品。有一個這樣的例子，基于Node-Red開源可視化編程已經(jīng)被供應(yīng)商用于數(shù)據(jù)采集和控制的一些平臺，包括RaspberryPi。

五、邊緣自動化設(shè)備將蓬勃發(fā)展

如今，物聯(lián)網(wǎng)我技術(shù)正在迅速崛起，包括高功率/低成本通信技術(shù)，使新的智能節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣操作，以提高制造性能和效率。這將是一個新的增長趨勢。例如，ABB開發(fā)了一種緊湊型傳感器，該傳感器連接到低壓異步電動機(jī)上，無需布線。智能傳感器使用車載算法把電機(jī)的健康信息（通過智能手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)）傳輸?shù)揭粋€安全的服務(wù)器，以部署其它智能服務(wù)。還有，艾默生羅斯蒙特708無線聲波變送器使用超聲波聲學(xué)事件檢測，并通過精確的交流聲水平和溫度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)閥門的可視性。此外，監(jiān)控傳輸設(shè)備的數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)事件狀態(tài)和泄漏檢測。

六、基于邊緣/云的大數(shù)據(jù)分析

在廣泛的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展推動下，新一代云服務(wù)和工具來創(chuàng)建分析開始為自動化提供服務(wù)。過去，用于完成先進(jìn)的過程控制（APC）、優(yōu)化和預(yù)測分析的軟件大部分難以實(shí)現(xiàn)并且很昂貴，但這種情況正在改變。在廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驅(qū)動下，這些基于云的工具與集成設(shè)計環(huán)境平臺正在逐步推出，為用戶和行業(yè)專家創(chuàng)建和部署經(jīng)濟(jì)分析。這些平臺顯著降低了實(shí)施成本，并有助于擴(kuò)大應(yīng)用分析的范圍，非常類似于Excel電子表格授權(quán)用戶更有效地使用計算機(jī)。除了提高效率和生產(chǎn)力，更多的分析可以更好地告知決策者，如何改善和完善制造工藝。這些新例子包括谷歌分析和測量協(xié)議、微軟Azure和AWS物聯(lián)網(wǎng)平臺。歷史數(shù)據(jù)已經(jīng)證明了他們的價值，在過程中的行業(yè)離散的應(yīng)用程序，但最大的限制因素是初始成本和持續(xù)生命周期軟件維護(hù)。然而，商業(yè)云服務(wù)的使用提供了一種經(jīng)濟(jì)手段，為許多公司利用歷史數(shù)據(jù)和適用于適當(dāng)?shù)姆治觥Ｒ恍┲饕獜S家正在收集工廠數(shù)據(jù)，使用OPC、OPCUA和其他網(wǎng)關(guān)，并提供數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)云應(yīng)用程序，如亞馬遜Web服務(wù)（AWS）和微軟Azure云服務(wù)，這種方法效率和靈活性更高。

七、協(xié)作機(jī)器人將變得更實(shí)惠

2016年，協(xié)作機(jī)器人取得了爆發(fā)式的發(fā)展，業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，協(xié)作機(jī)器人市場銷售量正在快速增長。這些新推出的協(xié)作機(jī)器人具有輕巧、廉價的特點(diǎn)，結(jié)合了先進(jìn)的視覺技術(shù)，為工作提供更多感知功能。目前，協(xié)作機(jī)器人平均價值已經(jīng)大幅下降到40000美元以下，滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。近年來，全球機(jī)器人采用率正在加速上升，中國現(xiàn)在是世界上最大的機(jī)器人采購國。隨著這些自動化趨勢的發(fā)展，用戶和自動化供應(yīng)商將面臨著新的風(fēng)險和機(jī)會。新技術(shù)的投入使用具有一定的風(fēng)險，要花時間去實(shí)踐和證明效果，這是一個過程也是一種挑戰(zhàn)。其次，如果不采用新技術(shù)，有可能在未來的市場環(huán)境中輸給那些使用了新技術(shù)而變得強(qiáng)大的對手們。企業(yè)要考慮未來是否能適應(yīng)消費(fèi)者需求變化，企業(yè)面臨著挑戰(zhàn)，技術(shù)趨勢一時間很難確定什么是有價值的，應(yīng)該什么時候投資。能夠接受這些轉(zhuǎn)變，企業(yè)才將能在未來超過他們的競爭者。