浅谈工业自动化的热门趋势

 

低碳经济自动化

低碳经济自动化是一个广泛而重要的课题。我们以流程工业为例来说明之。流程工业是指在我国国民经济中占有重要经济地位的石化、炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等在国民经济中占主导地位的行业,我国流程工业企业年产值占全国工业企业年总产值的66%。

流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础。流程工业是一个非常巨大的产业,在产业中占据重要的地位,是国民经济发展中重要的基础支柱产业,是制造业的重要组成部分。其特点是以处理连续或间歇物料流、能量流为主,产品多以大批量的形式生产。

流程工业的生产和加工方法主要有化学反应、分离、混合等等。在知识经济时代的21世纪,作为传统工业的流程工业将仍然是经济发展的重要支柱产业。流程工业既是能源、各种原材料的产生者,也是能源的主要消耗者,节能降耗与减排至关重要。这些行业普遍存在能耗大、污染污染严重、产品质量差、生产过程工艺落后、自动化水平低、管理水平低、信息集成度低、综合竞争力弱等缺点。

工业是我国经济的较为大主体,也是耗费能源、资源,产生环境污染的较为主要行业。流程工业就成为了主要目标,尤其在石油加工、化工、钢铁、电力、有色、建材等六大行业,其能源消耗占全国工业能耗的近70%。

对于企业应当在考虑企业发展的战略时,考虑企业如何制定“低碳战略”,并力求与国家的可持续发展趋势同步增长。国际知名的管理大师彼得?杜拉克有一句名言:“无人能够左右变化,惟有走在变化之前”!中国的流程工业亦应如此,努力走在变化之前!低碳减排是国家的行动,低碳减排是历史的使命,低碳减排是流程工业企业应尽的义务。“低碳”同样是流程企业的重大使命。

安全生产自动化

安全生产自动化是近年来,频繁出现的“词汇”。这是由于由于各种安全生产事故不断发生,应用自动化技术促使安全生产的需求日益增长。如何高效地利用自动化与信息化等高新技术,提高安全生产的水平成为当务之急。因而国家提出了“科技兴安”战略!安全的发展也同样离不开自动化。制造业的安全可以分为机械安全和过程安全。

机械安全主要保障的是人身,已经受到了高度重视,安全开关、安全按钮、安全门、安全地毯相继成为工厂内的宠儿,伴之而来的还有安全传感器、安全PLC、安全总线、安全以太网等产品。过程安全则是保障生产过程的安全性。如今,许多自动化供应商已经在考虑安全解决方案的提供,真正的安全解决方案不仅仅是提供一种或几种安全产品,而更多的是提高用户设备的安全性。如何将安全功能嵌入到用户机械设备中去,在不影响生产过程的情况下提高安全保障,还亟待有更好的发展。

自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来,而且能扩展人的器官功能、大大地提高劳动生产率、增强人类认识世界和改造世界的能力。因此,机器设备、系统或过程(生产、管理过程),在没有人或较少人的直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制,实现预期的目标。

安全自动化则是利用自动化技术贯彻落实“科技兴安”战略,实现安全生产的统称。安全自动化具体到结合各行各业则有各自不同的内容,如:煤矿安全生产自动化、石化安全生产自动化、化工安全生产自动化、冶金安全生产自动化、交通安全生产自动化、智能建筑安全生产自动化、其他行业的安全生产自动化等等。

节约降耗自动化

近年来,“节能降耗”成为我国自动化技术发展中备受关注的词汇之一,其意义十分重大。“节能减排、科学发展”已成为我国经济发展的战略指导思想。

据测算,我国每创造1美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍,是日本的11.5倍,我国的能源利用率仅为美国的26.9%、日本的11.5%。由此可见,在我国企业的产品成本中,能源消耗的成本比较大,同时也说明,我国企业节能的空间十分巨大,完全可以通过节能降耗来增加产品的竞争力。

装备制造业作为技术的载体和转化的媒体,是“手段性”的基础产业,其产品是各行各业的生产装备,是基础中的基础,其特点是:范围广,门类多,技术含量高,与其他产业的关联度大。经过多年发展,我国装备制造业已经形成门类齐全、规模较大、具有一定技术水平的产业体系,是国民经济的重要支柱性产业。节约能源、提高能源利用率,既是保障企业正常生产经营,实现企业健康可持续发展的长久之计,也是企业适应市场需要,降低成本、增加效益、改善环境,提高企业竞争力的必然选择。企业要获得长足发展,实施节能降耗势在必行。

随着时代发展,节能减排的任务将更加艰巨,控制指标日益苛刻,这些指标的提出将对工业运行提出更高的要求。采用先进的节能降耗技术,实现科学的管理理念、模式、流程是企业节能降耗的重要途径,以技术创新为基础的新技术、新工艺、新材料和新方法的推广应用,可以逐步淘汰低效设备和高耗能产品群在企业生产中的应用,对于实现节能降耗有着重要的推动作用。以高新技术创新来推动节能降耗是装备制造业必须迈出的步伐。这是因为,现代高新技术深刻、广泛地影响装备制造业的发展。现代高新技术的发展,对装备制造业的发展提出了更高、更新、更好的要求。在装备制造业的“节能降耗”中同样贯穿着高科技的支持。

例如,电机节能、过程优化、变废为宝、余热利用、企业改造、新能源利用等无不和采用自动化技术密切相关。

工控软件的发展

工控软件的发展同样是自动化技术发展的重要方面。自上世纪90年代起,IBM接连收购了一系列中间件厂商,使中间件成为了企业IT架构的核心,也让人们逐渐认识到软件的重要性及其核心地位。之后,IBM又陆续收购了一些知名的软件企业,如Lotus、DB2.软件开始与硬件齐头并进,而在2004年IBM进一步将PC业务卖给联想,此事件向人们昭示:属于硬件的辉煌时代已成为历史,软件发生高潮的时代已经到来。

而在工业控制领域里面,硬件软件化就是一种发展趋势。如嵌入式软PLC的出现等。目前,市场上德国三S软件公司头一推的较为新版本CoDeSysV3.4软件(基于CoDeSys平台下的嵌入式系统软PLC)。倡导以“可复用”为宗旨的“开放式、可重构的自动化”理念。该软件是靠IEC61131的开发环境,支持梯形图、流程图、结构图、高级ST语言等自动控制工业标准的几种语言。

软件复用化是一种计算机软件工程的方法和理论,其实质就是一种在软件开发中避免重复劳动的解决方案。软件复用化是提高软件开发生产率和软件产品质量的一条行之有效的途径。软件复用化是将已有的软件及其有效成分用于构造新的软件或系统,以缩减软件开发时间和维护费用.软件复用是提高软件生产力和质量的一种重要技术。

实现软件复用化的关键因素(技术和非技术因素)主要包括:软件构件技术、软件构架、领域工程、软件再工程、开放系件过程、CASE(Computer Aided Software Engineering,计算机辅助软件工程)技术以及各种非技术因素等七个方面。

软件复用化的好处是:

较高的生产效率(以及随之而来的成本降低);

较高的软件质量(错误可以更快的被纠正);

恰当的使用软件复用可以改善系统的可维护性。

除了软件复用化的好处之外,CoDeSys软件还具有可重构制造的特点,可重构制造是一种指导管理和控制制造系统重构的过程。它使制造系统有效地响应不断变化的环境。可重构性是指在一个系统中,其硬件模块或(和)软件模块均能根据变化的数据流或控制流对系统结构和算法进行重新配置(或重新设置)。其具有:组织可重构性、业务过程可重构性、产品的可重构性、车间加工系统的可重构性与可重构信息平台等。

可重构系统较为突出的优点就是能够根据不同的应用需求,改变自身的体系结构,以便与具体的应用需求相匹配。面对市场的千变万化,如何使制造系统快速而经济地响应市场需求的变化,是对当今制造业的一个巨大挑战。传统的机械自动化生产线具有批量生产的效益,但面对市场的变化不能快速响应;而柔性制造系统虽能缩短产品的试制和生产周期,但投资巨大,回收周期长。因此,迫切需要建立一种既具有规模生产的效益,又能快速适应动态多变的制造环境,并能充分利用现有制造资源的新型制造模式。对此,新近提出的可重构制造系统是适应这一需求的一条有效途径。

另外,西门子公司推荐的TIA博途,是西门子公司在TIA(全集成自动化)理念的基础上推出了创新的工程软件平台——TIAPortal(博途)。其可以在一个工程组态环境下对所有自动化任务进行管理,使得设计工程师的工作“化繁为简”,更加高效,且更节省成本。它在实现统一通讯、统一编程以及统一数据的基础上,构成一个完整的有机统一体,从而满足了所有产业对于一个执行自动化解决方案的全整合平台的期待,实现了从产品设计到机械设计再到自动化设计全部集中在一个软件下进行。因而,它是目前较为直观、高效和可靠的工程技术软件平台。这也是工业控制行业应当关注的。

模拟仿真普适化

网络化建模与仿真技术是目前建模与仿真界的一个研究热点。当前,网络化建模与仿真的技术内涵和应用模式正随着网络技术的发展而不断地扩展和丰富,网络技术和计算技术的快速发展,将带领我们进入普适计算时代。普适计算是建立一个由计算和通信构成的信息空间与人们生活的物理空间相融合,形成智能化空间。

在这个智能化空间中,人们可以随时随地透明地获得计算和信息服务。网络化建模与仿真技术将向着普适化的方向发展。融合了普适计算技术的“普适化仿真技术”实现了信息空间与物理空间的结合,将推动现代建模仿真研究、开发与应用进入到一个崭新的时代。

面向未来复杂、异构、动态的普适计算环境,普适仿真系统具有以下基本特征:

(1)普及泛在

仿真资源无所不在。仿真网格借助于网格技术,实现了人们生活中的各种软、硬件仿真资源的服务化,为用户屏蔽了复杂、异构的普适计算环境,使得仿真资源无所不在,解决了“普及”的问题。

(2)随时随地

人们可以在工作、生活的现场获得仿真服务,而不需端坐在一个专门的计算机面前。网格技术使得仿真应用的终端延伸到网络的每一个角落,彻底摆脱了时间和空间的束缚,人们使用任何联网设备,即可以访问网格环境中的仿真资源和服务,满足了对“随时随地”的需求。

(3)自适应

仿真信息空间能以适合用户的方式,提供计算环境能适应变化的、连贯的仿真服务。

(4)透明

用户获得仿真服务时不需要花费很多注意力,仿真服务的访问方式是十分自然的甚至是用户本身注意不到的,即所谓蕴涵式的交互。

如果在仿真网格中引入普适计算的思想和技术,就能很好地满足普适仿真环境对仿真网格在移动性、自适应性、智能化、应用模式上的新需求,使得仿真信息空间能以适合用户的方式,提供适应变化的仿真环境和连贯的仿真服务。融合了网格技术和普适计算技术的普适化仿真网格技术,将成为网络化建模仿真研究应用关注的新焦点。

综上所述,从当前十大自动化热门技术发展趋势可以看到自动化创新可以用几个词来概括:集成、通讯、协同、节能、安全、标准与开放。随着也诞生了许多新的产品和理念。

多少年来,新自动化都是推动制造业高速发展的较为直接力量,而这种力量,必然将会搭载着“创新”的源动力,在智能制造时代大放光彩!

今天的小知识点就讲到这里了,如果大家对这方面比较感兴趣,可以到中国电子展参观交流。

来源:中国机器人网