http://bfqmb.cn 2015-02-02 11:54 來源:今日自動化
2012年德國政府制定并大力推行工業(yè)4.0,強調工業(yè)4.0的特征是工業(yè)自動化和信息的緊密結合,是建立在物理信息系統(tǒng)(即“Cyber Physical System”,簡稱“CPS”)的基礎之上的,這就為智慧工廠的實現(xiàn)指明了一條具有現(xiàn)實可行性的途徑。德國專家和教授基于制造立國和制造強國的理念,把CPS運用于生產制造,提出了CPPS,即信息物理生產系統(tǒng),智慧工廠就是以CPPS為模型進行構建的。
然而完善的智慧工廠不可能一蹴而就,而是一個漸進發(fā)展的過程,最早實現(xiàn)的一定是基于目前的基礎而又朝著這個方向發(fā)展的初始階段。那么,什么是智慧工廠的支撐技術?生產制造過程又如何采用聯(lián)網嵌入式系統(tǒng)?
技術引領發(fā)展
工業(yè)4.0的目標是生產制造系統(tǒng)的數(shù)字化和虛擬化、將虛擬工廠與實際的對象結合起來、全面的點對點的信息通信、自配置和自矯正的適應能力以及使機器能集成人的作用。西門子工業(yè)領域首席執(zhí)行官魯思沃教授于2014年7月10日在北京的演講中指出,工業(yè)4.0的三大支柱是MES、虛擬與現(xiàn)實的結合和CPS,這也是智慧工廠的支撐技術。作為智慧工廠三大支撐技術之一的CPS,由美國科學家于2006年提出,則相當于物聯(lián)網的另一種表述。與物聯(lián)網相比,CPS最顯著的特點是強調物理過程與信息間的反饋。
智慧工廠要實現(xiàn),最關鍵的是工業(yè)制造技術和工業(yè)自動化技術,這是實現(xiàn)智慧工廠的必要條件。在智慧工廠的三大支撐技術中,MES的作用更加重要。近20年來,MES系統(tǒng)結構大致經歷了四個階段的演進。第一代MES功能比較單一,按工業(yè)特定要求的應用;第二代MES則集合了多種應用軟件;第三代MES又納入了運營管理平臺OMP;而第四代MES將是基于知識、基于優(yōu)化、基于指標、基于數(shù)據(jù)、基于約束的,且具有實時、敏捷、柔性和可組態(tài)等特性。MES的發(fā)展趨勢是對各種軟件更加高效的整合,這也是MES所面臨的新挑戰(zhàn)。
當前,制造廠的生產需求超過傳統(tǒng)MES的應用。由于各種工廠IT軟件的運行環(huán)境對應了多種不同的數(shù)據(jù)模型、循環(huán)周期以及定義,我們很難對這些實質上針對同一生產運營過程、卻又分散得出的相關生產數(shù)據(jù)進行匯總及分析,從而做出有助于提高效率的決策。首先一種高效的平臺應該首先能夠對企業(yè)決策提供可視性支持;其次,能夠涵蓋生產商所需的所有功能,并且將生產的方方面面統(tǒng)一起來,包括價值鏈、生產周期以及價值周期;最后,能夠將單個或多個系統(tǒng)納入商業(yè)流程中,優(yōu)化生產線,實現(xiàn)公司目標。
智慧工廠急需開發(fā)的關鍵技術主要有以下六個方面:第一,滲透在生產制造和管理各個環(huán)節(jié)的IT技術及其集成,包括工業(yè)物聯(lián)網實踐技術、分布式云計算的工業(yè)實現(xiàn)、基于Web2.0的工業(yè)互聯(lián)網技術、物理信息融合系統(tǒng)的工業(yè)實踐;第二,垂直集成和橫向集成的工業(yè)信息技術,包括基于互聯(lián)互操作的設備集成工業(yè)以太網整合技術、機器與機器之間的通信(M2M)、基于統(tǒng)一架構(OPC UA)的垂直集成語義互操作性的實現(xiàn)技術等;第三,軟件技術,包括面向分布式自動化的各類高效可靠的模塊化軟件開發(fā)平臺、應用于分布式自動化中的SOA和多智能體系統(tǒng)的軟件技術等;第四,機電功能模塊的設計、開發(fā)和實踐;第五,下一代工業(yè)輔助系統(tǒng)技術和標準化技術,包括基于增強實境技術的先進工業(yè)輔助系統(tǒng)、機器人和操作員協(xié)同等;第六,標準化技術。
逐漸升溫的工業(yè)物聯(lián)網和大數(shù)據(jù)
近兩年物聯(lián)網在世界范圍內逐漸升溫,歐美領先公司都在物聯(lián)網的工業(yè)應用方向上投入了巨額資金,盡管打著各種旗號,但不論是IBM的“智慧地球”、CISCO的“萬物網”(internet of Everything)、GE的“工業(yè)互聯(lián)網”,還是德國的工業(yè)4.0,無不將重點放在了開發(fā)工業(yè)物聯(lián)網的解決方案及其業(yè)務模式上。2008年,工業(yè)物聯(lián)網在中國政府主導下升溫,但并沒有在應用上取得大的突破。從技術上看,物聯(lián)網炙手可熱,是因為它所需要的技術基本上已經或正在商業(yè)化,并不要求進行實質上的突破,且已經建立了經過深思熟慮的參考架構,頗具吸引力的應用案例正在開發(fā)。例如,用物聯(lián)網把“數(shù)字操作纜”加入到現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)中的技術正在走向市場。
聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,我國是世界上工業(yè)門類最為齊全的國家。我國有超大的制造業(yè)生產能力,目前制造產值居于世界第一位,這為我國對工業(yè)物聯(lián)網分析需求和發(fā)展?jié)摿?chuàng)造了巨大的機會。但是目前,業(yè)界對于工業(yè)物聯(lián)網還不曾形成廣泛共識,從整體上看,業(yè)界對工業(yè)物聯(lián)網與現(xiàn)實制造生產的距離方面存在爭議,沒有取得普遍的共識,業(yè)內人士對其可行性和現(xiàn)實性也存有疑惑;同時,業(yè)界仍然在討論、探求利用工業(yè)物聯(lián)網的新技術實現(xiàn)工業(yè)轉型和改造的成功途徑和方法。
《中國制造2015》規(guī)劃提出,我國制造業(yè)要從單純性生產型向服務型轉變。工業(yè)物聯(lián)網和大數(shù)據(jù)分析正是面向服務型生產企業(yè)強有力的技術工具。物聯(lián)網技術和移動通信技術在我國起步不晚,有很多的積累和應用,許多基礎設施和技術都可以為工業(yè)物聯(lián)網提供便利。數(shù)據(jù)是經過挖掘和前期處理的有用信息,而大數(shù)據(jù)又是許多小數(shù)據(jù)的集合,需要進行全局的綜合優(yōu)化去指導和引領生產和市場活動,其中,能否提供高效有針對性的大數(shù)據(jù)分析非常關鍵。
物聯(lián)網常被看作是一種同質化的實體,從更高的層次上看,物聯(lián)網可以細分為人用物聯(lián)網、商用物聯(lián)網和工業(yè)物聯(lián)網。工業(yè)物聯(lián)網集成了足夠多,且?guī)в袀鞲衅骱蛙浖奈锢頇C械裝置。在工業(yè)物聯(lián)網中的設備和裝置之間的通信被處理為小數(shù)據(jù),當小數(shù)據(jù)集結起來,他們便成為大數(shù)據(jù)的一部分。
現(xiàn)今物聯(lián)網處在一種較為無序的發(fā)展狀態(tài),沒有一個得到各方面一致認同的標準體系、標準網絡和標準接口。多種通信技術都在使用,市場上出現(xiàn)了許多嵌入式智能技術、傳感器和執(zhí)行元件,同時各種物聯(lián)網的研究和開發(fā)活動都還在進行中。
廣泛而分散的領域都在按照各自特定的目標和機會開發(fā)物聯(lián)網。譬如健康關懷、智能制造、智慧城市、物流、智能家居、智能能源、零售和智能運輸。他們都有各自的要求,不過也有著一些共同點和共通之處。尋找不用領域中物聯(lián)網應用的共同和共通之處,就是我們下一步需要探索的工作。(本文整理自 “中國智慧工廠1.0的理念、標準與行業(yè)實踐”高峰論壇彭瑜教授演講,有刪節(jié))