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工业智能化带来的机会和挑战
发布时间:2014-02-26 发布者: 阅读: 次
工业智能化带来的机会和挑战 提到“工业”,很容易让人联想到的一个场面是,工人们站在流水线旁,机械地给传送带上的产品组装零件。然而,随着技术的发展和应用,特别是近年来的触控屏幕、物联网和云计算等智能技术的迅猛发展,这种场面正逐渐发生着改变,甚至或许有一天,这种场面将永远消失,只会存在人们的记忆中。因为不管是之前德国联盟政府在《高技术战略2020》计划中提出的“工业4.0”,还是中国科技自动化联盟提出的“智慧工厂1.0”概念,都旨在利用新兴技术,推动工业智能化,从而构建一个高效节能、绿色环保、以及环境舒适的人性化工厂。 现代工业发展的过程在不断改进和提升的过程中,近几年来,工业自动化在逐步向整合的小型化、智能化方向发展。工业自动化是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术,包括硬件、系统和自动化软件三大部分。因此,要实现工业自动化向工业智能化的转变,就要使仪器仪表、控制器等硬件和系统具备智能技术的支持。 “智能”技术涵盖的内容非常广泛,其中,最直观的一个理解是,这些技术使设备对自身更加了解、与其他设备和人类的通信/交互能力、以及对不断变化的需求和条件的适应能力也更强。还有就是,在这些技术的支持下,设备能够将自身的工作情况、故障预警和故障信息传送给外界,并在故障发生前发出维护通知,从而使设备具有更高的安全性和生产率。 传感器向智能化发展 在工业自动化生产过程中,需要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。因此,传感器在工业自动化生产过程中的检测环节有着举足轻重的作用,传感技术的发展对工业智能化起了极大的促进作用。Maxim Integrated终端应用市场经理John Mossman就表示,工业智能化的关键所在是智能传感器的发展。因为,这类传感器不仅提供具有超强抗干扰能力(避免环境噪声的影响)的数字输出,还具备双向通信功能,从而实现远端校准,并通过调节门限值提高生产灵活性,省去了派遣人员至现场的环节。他进一步指出,工业智能化目前面临的挑战是如何使智能传感器具备上述所有的智能功能,以及传感器如何在非常恶劣的工作环境中正常工作。此外,传感器的功耗和尺寸也是必须严格限制的。 同样的,ADI市场经理张松刚也表达了相似的观点。“首先,我认为智能化是需要双向互动的,网络通信与智能化传感技术的发展将会促进工业智能化的发展。网络通信技术可以将工业控制整合成一个系统,这样就可以在优化的控制系统中实现智能化,同时,网络通信也可以很容易将各个分立的子系统及节点连接成大的系统”,他说,“目前,越来越多的工业控制系统实现了联网,并更加网络化与智能化。传感技术也在不断地更新与变化中,越来越多的智能技术被用在传感器上,网络技术也已开始与传感器紧密结合;像这几年非常热的物联网概念,都是工业控制智能化的具体体现”。 当然,传感技术发展的过程中,软件技术的发展将面临巨大的技术挑战,因为真正双向的通信、智能传感及智能通信都需要高可靠性的软件来支撑,针对于不同的控制对象也需要更多专业化与定制化的软件。谈到传感技术智能化会遇到的挑战时,张松刚还表示,针对于工业应用复杂的现。疤囟ǖ奶跫,高温、高可靠性、需要隔离的的器件也需要更多的新技术去支撑。 另外,据一些研究机构的报告显示,预计到2020年,整个传感器产业规模将达到600亿元以上,国产化率将达到70%以上。由此可见,只要抓住机遇,优化技术,中国厂商的发展空间还很大。 设备互连是大势所趋 工业智能化的发展趋势会促进生产率和安全性不断提高,生产环境也会日益灵活,从而能够适应不断变化的市场需求。据Ericsson Study研究报告,2020年,全球连网将达500亿个智能设备,John Mossman也指出,机器与机器(M2M)的数据通信将有利于提高设备使用率。智能机器所收集的数据将实现生产最优化,提供产品质量相关的完备信息。机器状态信息将有助于操作人员实施预测性维护,以替代预防性维护。此外通信方式也有有线现场总线扩展至工业以太网和无线接口。连网后,越来越多的设备将实现智能化。 “研华科技在2012年就提出了‘产业云端服务’的概念,帮助客户将智能设备连接到云端”, 研华(中国)公司深圳分公司嵌入式核心事业群大客户业务总监胡智生表示,“我们可以为行业客户提供云端服务所需的嵌入式平台硬件以及配套的云端软件,帮助客户搭建行业云服务”。对于连网和云端的好处,他解释说,云的好处是显而易见的,通过云,使用者可以大大简化系统的管理,并随时掌握系统状态。例如,一台安装在偏远地区的ATM机,通过云端服务,一旦有系统更新,即可远程实现升级,就像Windows操作系统的系统自动更新一样,非常方便。而其他诸如远程系统修复、系统保护、远程开关机等功能同样是不在话下。 新汉中国工控事业部销售总监林明浩觉得, 目前工控机逐渐走出了大型插卡式的机台设计,正朝着微型化、高效能、多样化方向发展,整个系统变得更加智能,联网更加紧密,不同组件之间可以相互沟通,工作更快,反应更迅速。此趋势可减少厂房用地,有助于业者在城市设厂,降低少地缺工对工业制造造成的冲击。接单后就地生产的模式,还可以精确库存并节省物流成本,降低碳排放;还有就是,工控机微型化也意味着用电量的减少,符合节能减排的全球倡议。他还以DCS-PC based分散式控制系统为例来说明工厂自动化的效率和价值,林明浩说,“在这种分散式控制系统下,控制人员身在远端中央控制室,即可管理厂区内大大小小数十个工厂,做出最优化的产能调配。”他同时表示,工控智能化和智能工厂将成为新工控时代胜利的方程式。 随着科技的发展和国家政策的大力支持,工业智能化必将取得长足的进步,业界目前也都把它列为五年内市场重点的发展对象。凌华科技量测与自动化产品事业部的产品经理张斌表示,根据国家的用信息化带动工业化,用高新技术提升传统产业的这一方针,工业智能化必定是今后发展的方向,在制造工业过程的每一个环节都会越来越多地使用人工智能技术,实现生产设备的智能化以及高度集成化。而凌华科技能为客户提供“一站式”的整合型解决方案,能将运动控制功能贯穿到整个工厂的组装检测以及包装、运输等多个环节,能够大幅的提高生产效率,同时降低人工成本。 ADI对于工业智能化方面的产品主要在工业组网及智能传感器上,张松刚举例说,在工业网络应用中,ADI可提供从4~20mA、RS-485、CAN、LVDS等多种工业通讯协议的芯片,可以支持隔离与非隔离、工业温度范围、含DC-DC隔离电源等技术;还有一些指出短距离无线通讯技术,提供高性能的、可涵盖不同频段的射频芯片;另外,对于工业以太网技术,ADI也在新的处理器中加以考虑。这些芯片都给工业组网带来了很大的便利。例如,低功耗的HART调制解调器芯片AD570,可以很方便地应用于智能现场仪表及智能传感器;带高精密ADC的低功耗处理器ADuCM360可以用于智能传感器;带隔离电源的集成RS-485接口芯ADM2582/2587、带隔离电源的CAN接口芯片ADM3052/3053等可很方便地用于工业网络。 网络和系统安全性最受关注 所有设备都连接到网络固然可以带来很多便利,但不可避免地会面临一些安全问题。网络和系统的数据、通信安全问题都在考验着企业的技术实力。这个问题,不同类型的公司有着不同的解决方案。比如IC厂商Maxim主要提供芯片级的解决方案,“我们为用户提供的一项关键技术是基于硬件的安全方案,称为DeepCover。随着物联网的兴起,其优势逐步为人们所知,但随之而来的是未经授权的接入对网络的安全性构成威胁。我们的技术基于硬件,可对信息加密所用的密钥进行安全存储,并快速验证通信是否介于授权双方的认证引擎。改技术可用于保护IP(知识产权)、防止未经授权的设备克隆、通过瞬间擦除密钥以及应对入侵攻击。该技术采用警告加密标准认证的加密算法,且已在ATM,销售终端(POS)等金融市场经过广泛验证。” John Mossman如是说,“此外,在DeepCover系列产品中,我们还提供了多种技术,在保持优异性能的前提下,有效减小工业方案尺寸、将低功耗。凭借着模拟整合方面的专长,我们的产品在业内具有高性能/功耗比,许多产品都提供目前市面上尺寸最小的解决方案,这对于设计智能传感器是尤为关键的一项优势。Maxim关注的主要工业领域包括:高精度测量与控制、可靠通信、访问及数据的安全性、高效率工业电源等。” 他同时表示,为避免外部威胁,工业设施保护是当前快速增长的一个应用领域。Maxim在该领域拥有明显的优势,Maxim基于硬件的方案能够提供有效的安全保护,防止设备遭受入侵或攻击。 而作为系统级厂商的研华科技则更关注从软件层面来保护数据的安全。胡智生表示,研华与业界著名的防毒软件企业McAfee合作推出了嵌入式系统内的白名单策略,来帮助客户保证数据的安全。该策略可杜绝没有在白名单中出现的设备连接进网络,从而保证网络和设备的数据安全。 当然,您也可以有更好的解决方案来保证数据的安全。不论是传感技术、设备互连技术,还是设备和系统的数据安全技术,这些技术的发展,推动了工业智能化的发展,同时,工业智能化市场将为众多半导体和系统设备厂商带来无限商机。 人类的进步没有界限,人类的完美也没有尽头……不难想象,未来的工业领域,每台设备都连接至互联网;供应链与使用信息紧密连接,从而使计划和物流更加自动化,进一步缩短停机时间;灾难性失效将成为过去,每个失效模式都能充分被认知和测量,从而在失效前发出预警;高精度、高速、低功耗智能设备将能源消耗、浪费限制在最低水平。
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