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——上海工業(yè)自動化儀表研究院教授級高工 彭瑜

    制造業(yè)發(fā)展推進自動化技術(shù)的全方位整合服務(wù)于制造業(yè)的工業(yè)自動化技術(shù)，其發(fā)展顯然受到制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展要求及其市場發(fā)展的驅(qū)動。這些年來，制造業(yè)正在經(jīng)歷著重要的轉(zhuǎn)變；企業(yè)的大批量生產(chǎn)向按市場或客戶要求批量生產(chǎn)(客制化)轉(zhuǎn)變；離散的供應(yīng)鏈向同步的供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)變；設(shè)計和控制系統(tǒng)松散耦合向設(shè)計和控制系統(tǒng)集成一體(數(shù)字化工廠)轉(zhuǎn)變；在某地生產(chǎn)向全球化采購、生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；僅考慮物理資產(chǎn)設(shè)備向全面考慮功能性資產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)變；追求獲得最低生產(chǎn)成本項追求降低系統(tǒng)性成本轉(zhuǎn)變；這些轉(zhuǎn)變正著力推動供應(yīng)鏈集成和柔性制造的發(fā)展。同時，制造工廠對質(zhì)量、成本、效率以及安全的高要求加速了企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)整合集成。
　　
    面對制造技術(shù)的這一發(fā)展趨勢，最終用戶迫切地需要優(yōu)化生產(chǎn)線的操作運行，而裝備制造廠亦需要優(yōu)化機械制造的效能。從機械裝備、生產(chǎn)線和工廠企業(yè)三個層次分析，滿足制造業(yè)發(fā)展要求的自動化技術(shù)主要有：先進控制、智能控制、預(yù)測診斷；工業(yè)以太網(wǎng)、OPCUA、嵌入式系統(tǒng)、FPGA、高可靠性的軟件、軟件集成。這些技術(shù)將在不同的層次對自動化系統(tǒng)產(chǎn)生不同的作用。
　　
    由此而上，替代目前功能基本固定的控制系統(tǒng)的將是新一代控制系統(tǒng)功能自治的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅要有靈活的功能來快速適應(yīng)市場對產(chǎn)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(jié)構(gòu)。
　　
    智能制造和智能制造系統(tǒng)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(xiàn)在以下幾個方面：裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)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(shù)發(fā)展驅(qū)動智能制造；效率、效益、質(zhì)量的提升需要智能制造；作業(yè)環(huán)境的改善有賴智能制造。
　　
    智能裝備是制造技術(shù)、傳感與控制技術(shù)、計算機與人工智能技術(shù)深度融合的結(jié)果，是實現(xiàn)高效、高品質(zhì)、節(jié)能環(huán)保和安全可靠生產(chǎn)的高端裝備，具有感知、決策、執(zhí)行等功能。它同時集成了信息流、物料流和能量流。分析可知，制造智能包含了感知與測控網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)與制造知識發(fā)現(xiàn)、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(tǒng)和智能制造服務(wù)。
　　
    智能制造裝備包括工況感知與智能識別、性能預(yù)測與智能維護、智能規(guī)劃與智能編程、智能數(shù)控與伺服驅(qū)動；智能制造系統(tǒng)包括系統(tǒng)建模與自行組織、智能制造執(zhí)行系統(tǒng)、智能企業(yè)管控、智能供應(yīng)鏈管理、流程智能控制；智能制造服務(wù)包括服務(wù)感知與控制的互聯(lián)、工業(yè)產(chǎn)品智能服務(wù)、服務(wù)過程的智能運控、制造物聯(lián)網(wǎng)與物流智能服務(wù)、制造與服務(wù)的集成共享和協(xié)同。
　　
    在未來的工業(yè)發(fā)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(tǒng)制造水平，而且能夠滿足高技術(shù)發(fā)展需求；同時，智能化既智能又符合倫理標(biāo)準(zhǔn)。另外，信息化、智能化技術(shù)為現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)提供了技術(shù)保障，也將推動機械制造業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生全新的改變，此外，智能化還有助于緩解環(huán)境和能源對機械制造業(yè)的制約。
　　
    軟件在工業(yè)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(yīng)用，同時，硬件設(shè)計越來越成熟，能夠滿足各種預(yù)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(shè)計軟件時能夠確保完全滿足預(yù)定的要求；而包括從控制系統(tǒng)到安全系統(tǒng)、從單獨的系統(tǒng)到復(fù)雜的集成系統(tǒng)的工業(yè)系統(tǒng)，對軟件的依賴卻越來越大。這就是說，軟件變得越來越復(fù)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(guān)注的是，自動化系統(tǒng)中軟件開發(fā)成本越來越高。據(jù)可靠數(shù)據(jù)顯示，在裝備制造系統(tǒng)中，由1980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(fù)雜性隨著軟件變大呈指數(shù)增長，所需的開發(fā)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(fù)雜性進行科學(xué)管理的必要性日益迫切。
　　
    顯然，在工業(yè)控制領(lǐng)域，軟件設(shè)計的工程化必須在其全生命周期完善實施，即在設(shè)計階段、仿真階段、程序編制階段、調(diào)試階段、現(xiàn)場調(diào)試階段、運行階段以及支持服務(wù)階段(對供應(yīng)商)、維護階段(對用戶)全面實施。
　　
    其中，編程語言是實現(xiàn)軟件功能的基礎(chǔ)。對一個控制系統(tǒng)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(yīng)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(chǔ)和足夠的支持，極為關(guān)鍵。這種編程語言必須建立在現(xiàn)代軟件工程的理論基礎(chǔ)之上，用它來實現(xiàn)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(jié)構(gòu)化、可分解、可重復(fù)使用、在軟件的執(zhí)行過程中必須是可控的，同時必須是可以被認(rèn)證和被確認(rèn)的。
　　
    信息化與自動化的密切融合在當(dāng)今我國國情和歷史條件下如何加快我國工業(yè)現(xiàn)代化進程？信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。我們應(yīng)該堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，兩化融合，走出一條科技含量高，經(jīng)濟效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少，人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。
　　
    工業(yè)化是一個不斷發(fā)展的動態(tài)過程。隨著科學(xué)與技術(shù)革命的發(fā)展，這個動態(tài)發(fā)展過程體現(xiàn)在每一個工業(yè)企業(yè)中，就是要以提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭力為目標(biāo)，以現(xiàn)代化信息技術(shù)為手段，以開發(fā)和利用信息資源為對象，以優(yōu)化企業(yè)的開發(fā)、生產(chǎn)、管理和營銷等業(yè)務(wù)流程為主要內(nèi)容，持續(xù)不斷地接近和超越世界工業(yè)的現(xiàn)代化先進水平。
　　
    從上世紀(jì)90年代開始，自動化的體系結(jié)構(gòu)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(xiàn)了工業(yè)化和信息化兩化融合的發(fā)展趨勢。