2020年自動(dòng)化、控制和儀表的技術(shù)展望

　　從人類的視角，20/20被認(rèn)為是完美的；那么，到2020年，自動(dòng)化、控制和儀表的實(shí)現(xiàn)途徑會(huì)接近完美嗎？來自于CONTROL ENGINEERING 2015年度系統(tǒng)集成商——Maverick技術(shù)公司、Polytron公司和Malisko工程公司的技術(shù)專家們，分享了他們對(duì)于2020年自動(dòng)化、控制和儀表的技術(shù)展望。
　　
　　互聯(lián)性、模塊化和預(yù)測(cè)支持
　　
　　Malisko工程公司的總裁和首席執(zhí)行官Stephen J.Malyzsko，對(duì)2020年的自動(dòng)化趨勢(shì)提出了6個(gè)方面的展望：互聯(lián)性、模塊化生產(chǎn)、系統(tǒng)支持、內(nèi)置安全性、技術(shù)更替以及合作。他的解釋如下：
　　
　　1.通用互聯(lián)性。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)性都會(huì)推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域使用通用的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)；這將會(huì)協(xié)調(diào)客戶和商業(yè)市場(chǎng)。工業(yè)領(lǐng)域?qū)Α巴ㄓ没ヂ?lián)”的需求將迫使供應(yīng)商考慮提供對(duì)專有產(chǎn)品的接入。
　　
　　移動(dòng)應(yīng)用和無線將會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)。隨著傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)和移動(dòng)設(shè)備（比如微軟的Continuum，包括在微軟Windows 10中）功能的趨同，計(jì)算也隨之發(fā)生改變。功能的趨同以及隨處可見的超快無線接入，將會(huì)創(chuàng)造更多的基于云的應(yīng)用。微軟的HoloLens將大大增強(qiáng)HMI和PLC編程功能以及可視化程度。
　　
　　2.模塊化生產(chǎn)。由于希望盡快投入市場(chǎng)，供應(yīng)商會(huì)持續(xù)不斷的升級(jí)轉(zhuǎn)型，為生產(chǎn)客戶提供即插即用的過程單元和工作單元。模塊化生產(chǎn)將系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)變?yōu)槭占瘮?shù)據(jù)、實(shí)施整體監(jiān)視控制策略的角色。
　　
　　3.系統(tǒng)支持，98%預(yù)測(cè)，2%校正。生產(chǎn)制造自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)利用標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行監(jiān)控模塊來監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)。供應(yīng)商將提供基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的強(qiáng)制性算法模塊，并推薦服務(wù)和重新校驗(yàn)的頻率。
　　
　　4.內(nèi)置系統(tǒng)安全性（基于行業(yè)要求）。與通用連接性一起成為通用安全的標(biāo)準(zhǔn)，并和IT及商業(yè)市場(chǎng)保持一致。
　　
　　5.系統(tǒng)集成技術(shù)角色的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)集成商的首要角色，將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟K集成商。先進(jìn)的可視化、控制器的發(fā)展以及測(cè)試工具，將會(huì)縮短低水平控制和可視化任務(wù)的實(shí)施所需要的時(shí)間，并且使得系統(tǒng)集成商可以將更多的時(shí)間精力用來提供無縫集成。
　　
　　6.成為用戶的自動(dòng)化伙伴。在涉及自動(dòng)化的項(xiàng)目上，生產(chǎn)制造商將依賴控制系統(tǒng)集成商來提供幫助和認(rèn)證。
　　
　　生產(chǎn)制造的數(shù)字化時(shí)代
　　
　　Polytron公司的副總裁Brent Stromwall認(rèn)為，到2020年，生產(chǎn)制造將進(jìn)入到一個(gè)真正的數(shù)字化時(shí)代。一方面，“這是一種必然的趨勢(shì)，生產(chǎn)制造商必須提供更準(zhǔn)確和更先進(jìn)的獲取技術(shù)和參考資料的方式，這樣運(yùn)行人員和技術(shù)人員才可以更好的實(shí)施運(yùn)行及維護(hù)的準(zhǔn)備工作，無論是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)還是新技術(shù)，都應(yīng)如此?！盨tromwall說到，“沒有觸手可及的維護(hù)能力及技術(shù)知識(shí)，年輕一代的工人，對(duì)當(dāng)今工廠車間的系統(tǒng)進(jìn)行的運(yùn)行和維護(hù)將無法勝任?！?BR>　　
　　2020年對(duì)當(dāng)下提出的要求
　　
　　在最近幾年，行業(yè)探討中已經(jīng)包括了諸如“智能制造”、“工業(yè)4.0”、“工業(yè)互聯(lián)”、“先進(jìn)生產(chǎn)制造”等等詞匯。在這個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)制造時(shí)代，我們可以使用技術(shù)手段來交付3D可視化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析以及多層次的協(xié)作工作來優(yōu)化和管理生產(chǎn)制造過程——從工廠車間到企業(yè)管理層。
　　
　　為了更好地迎接2020年數(shù)字化時(shí)代對(duì)生產(chǎn)制造技術(shù)提出的需求，我們正在從如下5個(gè)方面著手準(zhǔn)備：
　　
　　1）從供應(yīng)鏈到配送，制造系統(tǒng)的完整集成；
　　
　　2）為了達(dá)到最高水平的運(yùn)行效率，在全廠范圍系統(tǒng)內(nèi)引入可視化；
　　
　　3）為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和提升系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，需要預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)；
　　
　　4）快速獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的能力；
　　
　　5）最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬、無線網(wǎng)絡(luò)以及更好的安全性能。
　　
　　2020年關(guān)于制造業(yè)的8個(gè)預(yù)測(cè)
　　
　　1.可持續(xù)性：生產(chǎn)制造商需要能夠獲取大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，以便在關(guān)于能源監(jiān)視、運(yùn)行效率、勞動(dòng)力和運(yùn)行人員的安全、預(yù)測(cè)維護(hù)等方面做決策時(shí)使用。正確的工廠數(shù)據(jù)應(yīng)該是實(shí)時(shí)的，能在正確的時(shí)間傳遞給正確的人。
　　
　　2.與人和設(shè)備更廣泛地互聯(lián)：不斷變化的制造環(huán)境需要能夠無縫溝通，并將先進(jìn)的技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、云計(jì)算、移動(dòng)性等，與自動(dòng)化工作流程集成在一起，以適應(yīng)更快、更智能的生產(chǎn)環(huán)境。
　　
　　3.更嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)安全：隨著數(shù)據(jù)流以及獲取權(quán)限遍及全廠，在用戶端多層次、多層面的集成，網(wǎng)絡(luò)安全正在逐步從簡(jiǎn)單的周邊防御向更嚴(yán)格的縱深防御發(fā)展。
　　
　　4.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)：智能數(shù)據(jù)需要一個(gè)安全、可擴(kuò)展并且穩(wěn)定的生產(chǎn)制造骨干網(wǎng)。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能夠支持更多軟/硬件的升級(jí)，以便提升自動(dòng)化水平和數(shù)據(jù)獲取的效率。新的網(wǎng)絡(luò)混合使用光纖和新一代銅導(dǎo)線，采用開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)，軟件具有更高的魯棒性，并允許計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)到整個(gè)工廠車間的機(jī)器上甚至企業(yè)管理層。
　　
　　5.更直觀的HMI：自帶記分卡和培訓(xùn)工具，以便優(yōu)化勞動(dòng)力。勞動(dòng)力老齡化以及缺乏合格的工人來填補(bǔ)空缺，是對(duì)生產(chǎn)制造商最大的挑戰(zhàn)。正式的內(nèi)部培訓(xùn)工具，比如基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)模塊、基于HMI的工作支持模塊，這都是必須的。直觀的HMI和記分卡十分關(guān)鍵。
　　
　　6.機(jī)器安全：升級(jí)機(jī)器安全技術(shù)，使舊機(jī)器滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，是生產(chǎn)制造商隨后幾年的首要任務(wù)。集成的機(jī)器安全技術(shù)幫助保護(hù)年輕的勞動(dòng)力，減少工人事故，降低由此引起的非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間，從而提高整體生產(chǎn)效率，這在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)十分關(guān)鍵。
　　
　　7.預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析：主動(dòng)管理，可以確保生產(chǎn)制造設(shè)備高效運(yùn)行，保持工廠的靈活性和穩(wěn)定性。更快地響應(yīng)消費(fèi)者的需求，同時(shí)保證安全和可靠的產(chǎn)量，就可以使生產(chǎn)制造企業(yè)立于不敗之地。對(duì)不斷增長(zhǎng)的可追溯性和質(zhì)量數(shù)據(jù)的需求日益快速增加。需要利用柔性制造技術(shù)來管理成本。
　　
　　8.淘汰與升級(jí)：硬件和落后技術(shù)的淘汰是不斷老化工廠的一個(gè)主要議題。據(jù)估計(jì)，美國75%的工廠都運(yùn)營超過20年了。硬件和技術(shù)都需要更換為智能控制器和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)端到端的運(yùn)行效率提升。
　　
　　自動(dòng)化的價(jià)值在于更多的連接、協(xié)作和安全
　　
　　“在每天和客戶一起工作時(shí)，無論大客戶還是小客戶，只要是我們所涉及的是工業(yè)領(lǐng)域，我們都希望和他們探討5個(gè)比較實(shí)際的領(lǐng)域：自動(dòng)化的價(jià)值、網(wǎng)絡(luò)、新人類、協(xié)作以及網(wǎng)絡(luò)安全。”Maverick技術(shù)公司的CEOPaulGaleski認(rèn)為，“盡管改變已經(jīng)開始，但是到2020年，實(shí)現(xiàn)這5個(gè)領(lǐng)域的途徑仍然可能會(huì)有所差異?！?BR>　　
　　1.自動(dòng)化創(chuàng)造價(jià)值：用戶必須明白，自動(dòng)化是如何通過降低成本、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)量等來為其公司創(chuàng)造價(jià)值的。自動(dòng)化供應(yīng)商和服務(wù)提供商非常擅長(zhǎng)談?wù)摷夹g(shù)，但是客戶早已厭倦了喋喋不休的討論技術(shù)，他們希望知道某些新設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)功能是如何對(duì)其盈利水平帶來正面影響的。
　　
　　如果換一種思路，我們用自動(dòng)化技術(shù)來解決問題，而不是僅僅因?yàn)槟撤N新技術(shù)而使用自動(dòng)化，那么我們就可以基于鐵的事實(shí)和運(yùn)營環(huán)境的改善，比較容易的給予工程效果以恰當(dāng)?shù)拿枋?。我們必須改變描述問題的方式，利用管理層能夠聽明白的詞匯來描述工程，這就是財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。這種情況已經(jīng)開始發(fā)生，但是要運(yùn)用得當(dāng)，還得至少需要5年的時(shí)間。
　　
　　2.更開放的網(wǎng)絡(luò)，無線：網(wǎng)絡(luò)將會(huì)更加開放，只有非常少的設(shè)備需要通過電纜連接。區(qū)分不同通信協(xié)議的壁壘將倒塌，在2020年有可能會(huì)不復(fù)存在。新的控制器比以往的控制器都將具有更多的語言版本。對(duì)于現(xiàn)代的可編程邏輯控制器（PLC）來講，同時(shí)使用多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行通信是非常普遍的事情?？赡苄枰褂肞rofinet通訊協(xié)議和一組設(shè)備通訊，使用EtherNet/IP和另外一組設(shè)備通訊，Modbus和第三組設(shè)備通訊。
　　
　　更強(qiáng)大的計(jì)算能力使得這一切變得非常簡(jiǎn)單，可以快速完成通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，無線設(shè)備的數(shù)量和種類也會(huì)不斷增加。不管是WiFi、ISA100、WirelessHART，還是某些新協(xié)議，無線網(wǎng)關(guān)將會(huì)使用多種通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，用戶不會(huì)察覺到其中的差別。如果信息能夠到達(dá)需要它的地方，很少人會(huì)關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)的。正如蜂窩網(wǎng)絡(luò)一樣，用戶只關(guān)心性能，而不是底層的處理機(jī)制。
　　
　　3.年輕員工的新特點(diǎn)：將來，會(huì)由年輕的新員工來管理工廠。到2020年，嬰兒潮一代出生的勞動(dòng)力人員數(shù)量將會(huì)下降，并持續(xù)快速降低。千禧年出生的一代人將會(huì)逐步取代他們的位置，但是并不具有相關(guān)技術(shù)，更不要說去使用了。當(dāng)然，這也有例外，但是總體來講，千禧年出生的一代需要信息來幫助他們解決問題，他們并不像他們的前輩那樣關(guān)注技術(shù)基礎(chǔ)。
　　
　　4.更多的協(xié)作：相比老一代的工人，新時(shí)代的工人需要更多、不同類型的信息，以及用不同的表格和形式呈現(xiàn)的信息。千禧年出生的一代相信技術(shù)，也相信技術(shù)所帶給他們的信息。嬰兒潮出生的一代則一般對(duì)技術(shù)抱有一種與生俱來的懷疑態(tài)度。
　　
　　從天性上來講，千禧年出生的一代更具有合作精神，他們更習(xí)慣這種觀點(diǎn)：合作并不需要每個(gè)人都在同一個(gè)地點(diǎn)。正如幾個(gè)人可以在不同的區(qū)域，所有的人都在播放同一個(gè)視頻游戲一樣，運(yùn)行人員可以在不同的區(qū)域，控制同一個(gè)工廠。完成該項(xiàng)工作，依賴于將所有的信息收集并傳送給所有實(shí)時(shí)需要這些信息的人。到2020年，這種通訊是每天都會(huì)發(fā)生的事情。
　　
　　5.內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全特性：網(wǎng)絡(luò)安全將會(huì)被內(nèi)置到所有新建基礎(chǔ)設(shè)施，并被“綁定”到現(xiàn)有系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)上。我們總是聽說新的網(wǎng)絡(luò)攻擊載體和方法，但是用戶和自動(dòng)化供應(yīng)商的防御措施和對(duì)這種境況的整體意識(shí)則在緩慢的提高。
　　
　　我們還沒有到達(dá)那種需要將網(wǎng)絡(luò)安全置于最高的優(yōu)先級(jí)關(guān)鍵時(shí)刻，也許需要一個(gè)重大的事件來獲得更多人的關(guān)注，但是意識(shí)和前瞻性防范措施將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。沒有任何防護(hù)措施是滴水不漏的，但是新工具正在出現(xiàn)，可以檢測(cè)到入侵者。到2020年，網(wǎng)絡(luò)犯罪分子如果想在我們的網(wǎng)絡(luò)周圍游蕩而不被發(fā)現(xiàn)，將會(huì)更加困難。