工業(yè)4.0時代自動化的四大發(fā)展趨勢分析
繼蒸汽時代、電氣時代、信息時代三大工業(yè)革命之后，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。基于此，以物聯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)物聯網、互聯企業(yè)等類似概念。無論工業(yè)4.0還是工業(yè)互聯網，其主要特征都是智能和物聯，而主旨都在于將傳統(tǒng)工業(yè)生產與現代信息技術相結合，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)務流程上實現縱向網絡連接，在分散的價值網絡上實現橫向連接，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，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標準化處理方式。
與下層現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。即便是現在，也有大量的此類數據正在通過現場的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。
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