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面向未來的自動化技術 |
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作者：admin 來源：本站 發表時間：2012/9/19 8:54:15 點擊：2311
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工業自動化技術是為制造業服務的，它的發展顯然受到制造業的技術發展要求及其市場發展的驅動。這些年來，制造業正在經歷著轉型或轉變，大體有如下重要的轉變：企業的大批量生產向按市場或客戶要求批量生產（客制化）轉變；離散的供應鏈向同步的供應鏈轉變；設計和控制系統松散耦合向設計和控制系統集成為一體（數字化工廠）轉變；在某地生產向全球化采購、生產轉變；僅考慮物理資產設備向全面考慮功能性資產設備轉變；追求獲得最低生產成本向追求降低系統性成本轉變。
這些轉變正著力推動供應鏈集成和柔性制造的發展。同時，制造工廠對質量、成本、效率以及安全的高要求加速了企業業務管理系統整合集成。
面對制造技術的這一發展趨勢，最終用戶迫切地需要優化生產線的操作運行，而裝備制造廠亦需要優化機械制造的效能。 從機械裝備、生產線和工廠企業三個層次分析，滿足制造業發展要求的自動化技術主要有：先進控制、智能控制、預測診斷；工業以太網、OPC UA、嵌入式系統、FPGA、高可靠性的軟件、軟件集成。這些技術將在不同的層次對自動化系統產生不同的作用。由此可知，替代目前功能基本固定的控制系統的將是新一代功能自治的控制系統，該系統不僅要有靈活的功能來快速適應市場對產品需求的變化和制造工藝的變化，易于擴展，而且還具備故障容錯、自愈功能、強大的冗余能力以及分散結構。
智能制造和智能制造系統
總體來講，智能制造有著誘人的前景和廣闊的市場，同時也具備很強的帶動性。主要體現在以下幾個方面：裝備制造業轉型升級借力智能制造；勞動力成本不斷上升呼喚智能制造；技術發展驅動智能制造；效率、效益、質量的提升需要智能制造；作業環境的改善有賴智能制造。
智能裝備是制造技術、傳感與控制技術、計算機與人工智能技術深度融合的結果，是實現高效、高品質、節能環保和安全可靠生產的高端裝備，具有感知、決策、執行等功能，它同時集成了信息流、物料流和能量流。制造智能包含了感知與測控網絡、機器學習與制造知識發現、面向制造的綜合推理、圖形化建模與仿真、智能全息人機交互的知識體系。具體來看，智能制造分為智能制造裝備、智能制造系統和智能制造服務。智能制造裝備包括工況感知與智能識別、性能預測與智能維護、智能規劃與智能編程、智能數控與伺服驅動；智能制造系統包括系統建模與自行組織、智能制造執行系統、智能企業管控、智能供應鏈管理、流程智能控制；智能制造服務包括服務感知與控制的互聯、工業產品智能服務、服務過程的智能運控、制造物聯網與物流智能服務、制造與服務的集成共享和協同。
在未來的工業發展中，智能化有著非常深遠的意義。智能化不僅能夠提升傳統制造水平，而且能夠滿足高技術發展要求；同時，智能化既智能又符合倫理標準。另外，信息化、智能化技術為現代制造服務業提供了技術保障，也將將推動機械制造業生產方式發生全新的改變，此外，智能化還有助于緩解環境和能源對機械制造業的制約。
軟件在工業自動化的重要性日趨突出
隨著硬件的成本不斷下降，硬件冗余已被廣泛理解和應用，同時，硬件設計越來越成熟，能夠滿足各種預定的要求，達到很高的可靠性水平。與此形成鮮明對比的是，即使可靠性水平不太高，人們也難以在設計軟件時確保完全滿足預定的要求；而包括從控制系統到安全系統、從單獨的系統到復雜的集成系統的工業系統，對軟件的依賴卻越來越大。這就是說，軟件變得越來越復雜，以至于更難控制其可靠性。于是，由于軟件和人為因素造成的失效、事故甚至停機所占的比重越來越大。
更值得關注的是，自動化系統中軟件開發成本越來越高。據可靠數據顯示，在裝備制造系統中，由1980年至2010年的30年來，軟件成本由10%增至40%，電子電器成本由10%增至25%，機械成本由80%降至35%。此外，軟件的復雜性隨著軟件變大呈指數增長，所需的開發時間也越來越長，而且軟件出錯的概率也不斷增加。可見，對軟件的復雜性進行科學管理的必要性日益迫切。
顯然，在工業控制領域，軟件設計的工程化必須在其全生命周期完善實施，即在設計階段、仿真階段、程序編制階段、調試階段、現場調試階段、運行階段以及支持服務階段（對供應商）、維護階段（對用戶）全面實施。
其中，編程語言是實現軟件功能的基礎。對一個控制系統來說，軟件的重要性不可置疑。用什么樣的編程語言來編制應用軟件，并且為貫穿于整個軟件的全生命周期提供堅實的基礎和足夠的支持，極為關鍵。這種編程語言必須建立在現代軟件工程的理論基礎之上，用它來實現軟件的全生命周期的各種必要功能，它首先必須具備以下特性：結構化、可分解、可重復使用、在軟件的執行過程中必須是可控的，同時必須是可以被認證和被確認的。
信息化與自動化的密切融合
在當今我國國情和歷史條件下如何加快我國工業現代化進程？信息化是我國加快實現工業化和現代化的必然選擇。我們應該堅持以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，兩化融合，走出一條科技含量高，經濟效益好，資源消耗低，環境污染少，人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化路子。
工業化是一個不斷發展的動態過程。隨著科學與技術革命的發展，這個動態發展過程體現在每一個工業企業中，就是要以提升企業的經濟效益和競爭力為目標，以現代信息技術為手段，以開發和利用信息資源為對象，以優化企業的開發、生產、管理和營銷等業務流程為主要內容，持續不斷地接近和超越世界工業的現代化先進水平。
從上世紀90年代開始，自動化的體系結構從底層的制造自動化到頂層的管理自動化，完成了由五層模型向三層模型的演變，充分體現了工業化和信息化兩化融合的發展趨勢。 |
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