自動化行業的發展趨勢

宋立雪

【摘 要】隨著物聯網、云計算等新技術的出現，2016年制造業發生一新變化，工廠機器換人，設備互聯化，生產智能化等創新實踐給傳統產業帶來了良好的啟示。同時給自動行業帶來新的機遇和挑戰，一些控制廠商利用物聯網技術改進他們的產品，同時研發一些新的技術，那么2017年的自動化行業將會有哪些趨勢？

【關鍵詞】自動化；物聯網；發展趨勢

一、物聯網將降低自動化成本

物聯網作為熱門概念，近年來對各行業影響正變得更加劇烈。隨著技術的進步，一些高性能的物聯網產品和驅動芯片不斷推出，如處理器、傳感器、分析軟件、視覺系統、無線通信協議和分布式系統架構等。這些技術產品的出現將使得自動化系統具有更高的價值，自動化廠商用更低的成本集成出更高性能的產品，造福業界。最近，英特爾推出了一套新的模板化計算機平臺“計算卡”（ComputeCard），這張卡只有普通銀行卡的大少，卻集成了一套完整計算機的所有元素，包括IntelSoC處理器、內存、存儲、無線、I/O等等。基于這種計算卡，硬件廠商可以靈活地優化各種智能互聯解決方案，比如說交互式冰箱、安全攝像頭、物聯網網關，而且擁有簡化設計、易于維護、用戶可升級等優勢。

二、精益自動化和扁平架構到來

自動化系統正在進一步簡化，從原來的五層系統模型轉變成2-3層，系統性能將得到進一步提升同時降低未來的軟件維護成本，這也是自動化行業多年來發展的趨勢。在新的系統模型中，控制器使用了適當的協議，如通過web服務直接把信息從0、1級傳遞到第4、5級。這種趨勢正在加速，計算被驅動到更強大的控制器、智能設備和傳感器，并帶動了工廠級計算機和云托管應用程序。如今的智能手機已經是一個多核處理功能強大的計算機，可以利用它執行一些本地任務，利用云和具有通信的功能的智能手機，可以尋找餐館預定或者確定最佳的出行路線。

三、開放式工業自動化架構

過去一年里已經看到圍繞著邊緣計算的開放式系統結構的出現，開放式系統與業務系統緊密集成，滿足多廠商共同操作的需求。傳統的工業自動化架構目前處于非開放階段，但一些智慧社區控制系統和用戶提出了多廠商集成的問題障礙。這種新的“開放”的思維方式旨在創造更靈敏、高效、靈活的制造業，緊密整合客戶、供應商、制造商和分銷物流生態系統。為了提高生產的性能和靈活性，制造現場的I/O（輸入/輸出）設備包括傳感器、執行器、分析器、驅動器、視覺、視頻、和機器人等都需要連接通信。在這種環境下創建卓越的集成工業自動化系統需要完全開放的通信源代碼、數據定義、框架和應用程序交換標準。例如，工業4.0的思想主張整合制造業工廠和其它業務功能，包括進貨物流、客戶服務、出貨物流。工業4.0發展的背景是廉價勞動力的紅利不再存在，企業欲取得行業競爭優勢和靈活性只能利用以自動化為核心的先進技術，成功過渡智能化生產模式。德國推出了工業4.0戰略后引發了全球的呼應，包括中國制定的“中國制造2025”，日本工業價值鏈促進會，印度制造等等。一些知名的企業已經開始應用工業4.0概念來提高過程自動化的效益，包括了ABB、巴斯夫、拜耳、比爾芬格-博格、E+H、贏創、FESTO、科隆、朗盛、西門子、和弗勞恩霍夫化工技術研究所。在2015年發布的那慕爾過程傳感器4.0路線圖描述了智能網絡傳感器作為工業4.0進程架構的基礎部分，這些傳感器將與控制系統和自動化系統進行通信，甚至可以直接與業務系統進行對話。

四、自動化廠商必需接受便攜式應用

自動化行業面臨著一個極具挑戰性的問題，必需改變缺乏兼容多廠商的便攜移動應用。如果只是開放自動化架構而沒有開放的生態系統，便攜式創新應用將被扼殺。在過去的技術中，為特定控制器應用程序通常不能運行在另一個品牌的控制器，要使用只能花費時間重寫程序。埃克森美孚首席工程師DonBartusiak指出，每一次從不同廠買一臺電腦都要重寫所有文件、電子表格和報告，在今天的工業環境里，非便攜式應用意味著時間和資料的浪費。IEC-61131-3標準和PLCopen標準提供了兩個基本框架的支持，多廠商的便攜式應用。控制器之間的結構化文本程序的交換最新的方法是用PLCopenXML交換標準，進入2017，新的挑戰將讓供應商采用這些交換標準。廠商需要熱情地接受這些標準，或者新的工業控制應用開放式架構的互換性和可重用性標準。這將填補傳統的計算機行業解決方案的空白，傳統的供應商已經展示和銷售物聯網軟件產品。有一個這樣的例子，基于Node-Red開源可視化編程已經被供應商用于數據采集和控制的一些平臺，包括RaspberryPi。

五、邊緣自動化設備將蓬勃發展

如今，物聯網我技術正在迅速崛起，包括高功率/低成本通信技術，使新的智能節點實現網絡邊緣操作，以提高制造性能和效率。這將是一個新的增長趨勢。例如，ABB開發了一種緊湊型傳感器，該傳感器連接到低壓異步電動機上，無需布線。智能傳感器使用車載算法把電機的健康信息（通過智能手機和互聯網）傳輸到一個安全的服務器，以部署其它智能服務。還有，艾默生羅斯蒙特708無線聲波變送器使用超聲波聲學事件檢測，并通過精確的交流聲水平和溫度數據實現閥門的可視性。此外，監控傳輸設備的數據可以通過無線網絡傳輸，實現事件狀態和泄漏檢測。

六、基于邊緣/云的大數據分析

在廣泛的物聯網發展推動下，新一代云服務和工具來創建分析開始為自動化提供服務。過去，用于完成先進的過程控制（APC）、優化和預測分析的軟件大部分難以實現并且很昂貴，但這種情況正在改變。在廣泛的物聯網應用驅動下，這些基于云的工具與集成設計環境平臺正在逐步推出，為用戶和行業專家創建和部署經濟分析。這些平臺顯著降低了實施成本，并有助于擴大應用分析的范圍，非常類似于Excel電子表格授權用戶更有效地使用計算機。除了提高效率和生產力，更多的分析可以更好地告知決策者，如何改善和完善制造工藝。這些新例子包括谷歌分析和測量協議、微軟Azure和AWS物聯網平臺。歷史數據已經證明了他們的價值，在過程中的行業離散的應用程序，但最大的限制因素是初始成本和持續生命周期軟件維護。然而，商業云服務的使用提供了一種經濟手段，為許多公司利用歷史數據和適用于適當的分析。一些主要廠家正在收集工廠數據，使用OPC、OPCUA和其他網關，并提供數據的標準云應用程序，如亞馬遜Web服務（AWS）和微軟Azure云服務，這種方法效率和靈活性更高。

七、協作機器人將變得更實惠

2016年，協作機器人取得了爆發式的發展，業內數據統計表明，協作機器人市場銷售量正在快速增長。這些新推出的協作機器人具有輕巧、廉價的特點，結合了先進的視覺技術，為工作提供更多感知功能。目前，協作機器人平均價值已經大幅下降到40000美元以下，滿足大規模應用的需求。近年來，全球機器人采用率正在加速上升，中國現在是世界上最大的機器人采購國。隨著這些自動化趨勢的發展，用戶和自動化供應商將面臨著新的風險和機會。新技術的投入使用具有一定的風險，要花時間去實踐和證明效果，這是一個過程也是一種挑戰。其次，如果不采用新技術，有可能在未來的市場環境中輸給那些使用了新技術而變得強大的對手們。企業要考慮未來是否能適應消費者需求變化，企業面臨著挑戰，技術趨勢一時間很難確定什么是有價值的，應該什么時候投資。能夠接受這些轉變，企業才將能在未來超過他們的競爭者。