向著“未來制造”前行
http://www.debgrams.com 2015-02-02 11:49 來源：今日自動化
“未來”是個讓人滿懷憧憬的詞匯。
再逢歲末年初，似乎還未來得及和2014揮手作別，2015就已經驀然到來。在過去的一年里，制造業領域的各項技術得到了進一步的精進，多個行業的發展趨勢也更為顯現。而對于“工業4.0”以及“工業互聯網”等多個制造業的藍圖愿景，也正在落地和實踐中日漸清晰。
然而，萬變不離其宗。2014年，來自全球的工業自動化“高手”們，依然在其傳統的領域不斷地進行精耕，他們都在一條看不見終點的技術道路上，向著“未來制造”前行著。
艱難，但從未止步。
工業軟件開出的繁花碩果
自第一臺計算被發明以來，計算機硬件和信息技術的發展全世界有目共睹。速度更快、體積更小、成本更低……得益于數十年來信息產業陡峭的增長曲線，世界上的諸多產業在其中紛紛獲益。
作為支撐國家乃至世界正常運轉的重要領域，工業和制造業在借助信息技術加速發展的同時，也發現了其自身轉型和進階機會。而具有強大創新能力的企業，無疑將在轉型和進階的過程中扮演先驅者的角色。
初見美國國家儀器公司（以下簡稱“NI”），其簡潔明快的藍白logo便讓人印象深刻。以“幫助全世界工程師和科學家解決各類工程難題”為己任的NI，會將每年總收益的16%重新投入研發。修于內而形于外，在強大的研發力量支持下，NI實現了對儀器軟件設計的“再定義”。
通過長期的行業觀察，NI發現儀器行業的設計模式較為單一，通常由有測量需求的工程師和科學家首先從供應商那里購買功能固定的硬件，之后再在標準的臺式PC上使用軟件來擴展硬件的功能，從而實現信號處理、決策和自動化等。
“盡管模塊化儀器大幅提高了靈活性，但模塊化和獨立儀器的功能仍是由供應商提供的嵌入式固件來定義，用戶無法修改固件來滿足其特定應用需求。”來自NI美洲區的技術市場總監Richard McDonell有著資深的行業經驗，“而NI的新產品可開發具備高度靈活性和可自定義的儀器。在其幫助下，用戶可輕易地使用一臺設備創建數百個自定義的儀器模型。”
憑借行業領先的FPGA技術以及NI LabVIEW等直觀的系統設計軟件，NI具備了設計開源軟件和固件的能力，讓軟件控制信號的數字化成為可能。
“通過使用靈活的軟件設計方法來替代功能固定的廠商定義硬件，用戶可自由地設計符合其特定需求的儀器功能，而無需去詢問如何操作儀器才能實現廠商定義的功能。”談及此，Richard McDonell表示，軟件設計的儀器的應用和潛力是顯而易見的，這類似于用戶定義的智能手機的發展，“過去，我們從未想到在單個設備就能夠實現各種各樣的應用。 而當第一款智能手機上市時，全球大多數人仍認為它僅僅是一個電話；那么當軟件設計的儀器變成主流后，我們對儀器的看法又會怎樣變化呢？”
無獨有偶，作為西門子工業自動化事業部的旗下機構，Siemens PLM Software成為了全球領先的產品生命周期管理（PLM）軟件與服務提供商。在西門子看來，PLM是把更多創意轉化為成功產品的平臺。“PLM能提供以數字化方式創建、驗證和管理詳細產品與過程數據所需的應用深度和廣度，支持持續創新。”西門子PLM Software大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明表示：“越尖端的科技產品越需要用一些優越的科技手段來輔助，而我們的PLM解決方案及其他工業軟件對高科技制造尤其有針對性。”
數十年如一日精研“PC控制技術”的倍福則深諳厚積薄發之道，在推動工業軟件發展的道路上走出了一條屬于自己的道路。談及PC控制技術，倍福公司中國區董事總經理梁力強如數家珍：“伴隨著IT產業的蓬勃發展，PC控制技術為企業自動化控制提供了多樣化的選擇。倍福發展自動化控制技術，是站在了IT產業巨人肩上，這無疑滿足了企業從智能化設備到智慧工廠的需求。”
以倍福的明星軟件TwinCAT為例，這一款基于Windows操作系統的開放和可擴展的自動化軟件，實現了PC對傳統PLC和運動控制器的替代。讓一臺可兼容的PC搖身一變，成為一個帶多PLC系統、NC軸控制、編程環境、兼容接口和操作站的實時控制器。
信息安全的“達摩克利斯之劍”
工業軟件給制造業帶來的變革讓業界驚嘆，但伴著工業控制系統的日漸開放，安全又成為了一把懸在每一個工業企業頭上的“達摩克利斯之劍”。
2015年新年伊始，一份來自德國聯邦信息安全辦公室的報告讓工業信息安全蒙上了一層灰暗。經證實，德國境內的一間鋼廠受到了黑客攻擊，該工廠的控制系統遭到了黑客的操控和干擾，其物理設施被嚴重損壞，給工廠造成了巨額的損失。此次事件成為了繼“震網”之后第二起經證實的、完全由數字化手段攻擊導致設備出現物理故障的事件。
在中國自動化學會專家咨詢工作委員會主任孫柏林看來，網絡世界已經成為了現實世界的映像：“同許多新技術一樣，網絡同樣是一把“雙刃劍”，網絡安全風險隨著網絡空間對現實世界的強力滲透擴張而變得日趨嚴峻。我國工業控制系統信息安全態勢嚴峻。”
早在2010年，羅克韋爾自動化就與思科簽署了新協議，該協議允許羅克韋爾自動化支持并提供融入了各種思科基礎架構解決方案的服務。而在羅克韋爾自動化與思科的戰略合作架構中，工業信息安全方面的內容成為了其重要的組成部分。
為了延續其“全場最優化”的思維方式，羅克韋爾自動化確定了“以分層安全架構來完整地實現工業信息安全”的理念；而思科則以身份服務引擎等一系列高針對性的相關技術為分層安全架構提供支撐。
“安全性對于工業控制系統非常重要，我們意識到要確保安全，不能僅靠單點解決方案。我們必須建立安全架構，并對這一架構進行分層。”羅克韋爾自動化高級副總裁兼先進技術及首席技術官Sujeet Chand博士表示，羅克韋爾自動化現在已經擁有了安全參考架構，并發布了多款安全產品，并且還在開展多項計劃，來構建分層安全架構。
思科物聯網事業部副總裁兼總經理Guido Jouret則表示安全解決方案的亮點之一在于“身份服務引擎”這一理念：“確保安全不僅需要從物理上控制對某些設備的訪問，還需要了解允許何人在何地進行何種操作以及允許使用哪些應用程序。我們的身份服務引擎技術能夠進行異常精確的控制，能夠讓我們了解和控制何人進行何種操作。”
國際先進的工業信息安全保障技術固然讓人欣喜，但在國內，限于制造業發展水平和企業經營者的安全意識，我國在安全技術和信息安全解決方案方面卻均落后于其他國家。而令人眼前一亮的是，這一情況在近期得到了改觀。
2014年12月1日，中國電子信息產業集團有限公司第六研究所舉辦了“工業控制系統信息安全技術國家工程實驗室”揭牌暨理事會和技術委員會成立大會。自此，我國在解決工控領域信息安全相關問題方面，有了屬于自己的專業隊伍。
在追求信息安全的道路上，似乎永遠沒有終點。中國電子信息產業集團有限公司董事長芮曉武在揭牌儀式上深情地說：“今天，發改委批準的第一家由企業科研機構承擔的工控系統信息安全技術國家工程實驗室掛牌了。未來，相信在聯合創新的指導思想下，我們也會取得比計算機和互聯網安全更加迅捷、廣泛而巨大的成果。”
從“智慧機器”到“萬物互聯”
近幾年，關于工業制造業的觀點和政策方針層出不窮。從我國多年以來一直倡導的“兩化融合”到美國主導的“第三次工業革命”，再到德國政府提出的“工業4.0”。這些國家層面上提出的制造業振興戰略，讓工業制造業中的智能概念紅極一時；同時，這些高屋建瓴的政策方針，也讓諸多工業企業嗅到了機會的味道。
早在2013年便提出“智能技術 智慧跨越”的ABB，自然對“智慧機器”有著更加深刻的理解和實踐。2014年9月9日，ABB面向未來的人機協作產品YuMi 雙臂機器人橫空出世。這款首臺真正實現人機協作、兼具創新性和人性化設計的雙臂機器人，竟然具備了人所擁有的“視覺”和“觸覺”。從機械手表的精密部件到手機、平板電腦以及臺式電腦零件的處理，YuMi都能以其精確性輕松應對，甚至連穿針引線都不在話下。
ABB離散自動化與運動控制業務部全球負責人白天恩表示：“YuMi將會改變人類對制造和工業過程的許多固有想法。YuMi將會帶來無限可能，將我們帶入一個令人激動的全新工業自動化時代。”
而對于美國的工業巨擘GE而言，早在兩年前，其就提出了“工業互聯網”的概念。在GE全球研發中心實時控制研究室經理付旭看來，“工業互聯網”是工業系統與高級計算、分析、自動化控制、感應技術以及互聯網連接融合，通過智能機器間的連接并最終將人機連接，并結合軟件和大數據分析，重構全球工業、激發生產力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經濟。
在“工業互聯網”的龐大概念下，GE正在全力推進其關鍵技術的前沿性探索和實質性開發，如智慧機器、大數據分析、網絡平臺和網絡安全等，付旭談到：“‘工業互聯網’將使得機器與機器、機器與人、乃至機器與業務運營之間建立連接，以使航空、鐵路、醫院、制造和能源公司能夠更高效運營、降低成本。”
毋庸置疑，自動化和控制技術是現有工業系統的傳統技術，但更是不可或缺的關鍵技術。付旭表示，為了進一步滿足“智慧機器”的要求，GE也在傳統的自動化和控制技術上進行升級。如基于模型的控制技術、基于模型的故障診斷技術、軟件定義的機器技術、工業互聯網的控制平臺等等，充分將工程師對物理對象的認知、建模和軟件技術、網絡信息技術結合，從而讓機器的性能、壽命、經濟性等達到極限。
回顧過去很多高科技產品的誕生、改進到實用，科技的發展日新月異，在工業互聯網時代的工業系統將變得非常龐大。“到2025年，我們預計會有約五百億臺能夠聯網的機器，其帶來的經濟效益相當可觀。”通過基于現實的了解與判斷，付旭做出了這樣令人振奮的預期。
于是，一幅美妙的工業藍圖在GE畫筆的描繪下已經依稀可見：在未來，單臺機器將變得更加有智慧，從而具備自診斷、自優化、自學習和自交互的功能；工業網絡也將變得更加統一和開放，機器和人都可以方便的連接到網絡上，進行便捷的信息交互；而聯網后產生的大數據以及相應的分析技術，還可幫助全球工業系統實現在性能、效率和壽命等方面的局部甚至全局最優。
據介紹，GE正在全力推進基于模型的控制技術、基于模型的故障診斷技術、軟件定義機器技術、工業互聯網的控制平臺、大數據分析技術等等的開發和實用。立足現實，展望未來，付旭充滿了憧憬：“隨著這些技術的逐步成熟和完善，工業互聯網的架構將更加清晰，越來越多的智能設備、智能工廠將出現在工業領域和我們的生活中，間接或直接地為我們創造更清潔、更高效和更安全的地球。”
對此，孫柏林則認為，隨著移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術的迅猛發展和深度融合，傳統的生產、生活方式乃至人們的思維、消費方式正在發生變化。“互聯是一種思維，是一種考慮未來的方法。互聯網的出現，為傳統產業插上互聯網的‘翅膀’。”談及此，他話鋒一轉，提到了業界關注的另一熱點：“此外，‘綠化’是許多企業明確的轉型方向。作為一種綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，綠色制造過程要全面考慮環境和資源的因素，盡可能地做到對環境的污染最小，對資源的消耗量也最小。”
炙手可熱的“節能環保”
在包括工業制造業在內的眾多領域，節能似乎是個沒有止境的話題。
全球能源產業在歷經了長達數十年的野蠻生長之后，地球所蘊藏的能源已經捉襟見肘。危機之下，對能源的緊迫感成為了節能環保技術發展的源動力。
在過去的2014年里，以“善用其效 盡享其能”為理念的全球能效管理專家施耐德電氣，展開了以“御者尊享 服務全程”為主題的全國巡展活動，巡展陸續在杭州、南京、北京、西安、濟南、武漢、成都、廣州、烏魯木齊等十個城市展開，向最終用戶重點展示施耐德電氣首款以服務為導向的變頻器系列——ATV御程系列 (ATV Process)。
與傳統變頻器截然不同，ATV御程系列集成了工業以太網通訊協議與網頁服務器，無需額外軟件，工廠操作人員即可在任何地方通過智能手機、平板電腦或其它無線設備訪問設備，獲取實時在線數據，從而實現多種內置的服務功能。
通過施耐德電氣的ATV御程系列，用戶可以準確計量、記錄和直觀顯示工廠能源使用數據，并基于數據信息進行整合和分析，從而及時解決設備級到企業級的能耗漏洞，達到使用能效的最優化狀態。據統計，通過精確的能源及電機的監控，ATV御程系列可以為用戶節省高達8%的額外能源。
除上述提到的“能源管理服務”外，這款產品還具有允許用戶隨時隨地了解設備的運行狀況的“資產管理服務”和方便用戶對核心過程進行監控的“工藝性能優化服務”。
施耐德電氣中國變頻器市場部總監胡曉表示：“ATV御程系列通過將自動化和業務系統的融合向下擴展至變速交流變頻器，ATV御程系列進一步幫助企業打破原有的信息壁壘，使工業用戶可以通過網絡實現對核心過程的監控及完善，優化總體系統性能和能耗水平。”
憑借ATV御程系列，施耐德電氣在節能環保的道路上得以更進一步。而其在“善用其效 盡享其能”的理念讓人很容易聯想起與其理念有著異曲同工之妙的三菱電機集團。
自成立以來的近百年歲月里，三菱電機集團三菱電機集團堅持在產品研發方面的投入，在競爭激烈和紛繁復雜的工業市場上，樹立起了“精于節能 盡心環保”的旗幟。2014年11月27日，三菱電機集團在安徽省合肥市舉辦了“三菱電機集團綠色創新技術展2014”。在展會上的“工廠可視化展區”中，三菱電機集團演示了其是如何有效地利用能源信息，從而提高生產率和削減成本的。
據了解，三菱電機集團不僅是綜合的FA產品供應商，同時也是節能解決方案的供應商。他們每一年都在不同領域和不同行業幫助客戶實現綜合成本的降低。
從站在信息技術“巨人”肩膀上的工業軟件，到保障生產和制造安全的防護手段；從“有知覺”的智慧設備及工業互聯網，再到“節能”這個工業界的永恒話題。我們看到眾多的企業都在各自的領域孜孜不倦地奮力前行著，都在盡其所能地希望將“未來制造”握在手中。
然而，未來正因其不可預知而充滿魅力，我們可從今天的行業的發展趨勢和規律中，捕捉到它的的蛛絲馬跡，依稀看到“未來制造”的絢麗模樣。
而你，準備好了嗎？
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