I. Inteligentne oprzyrządowanie
W systemach sterowania przyrządy służą jako podstawowe elementy, których zaawansowanie technologiczne odpowiada ewolucji technologii systemów sterowania. Wraz z wkroczeniem teorii sterowania w nową erę inteligentnego sterowania, inteligentna transformacja zautomatyzowanych przyrządów stała się nieunikniona.
Inteligentna ewolucja przyrządów i mierników wynika przede wszystkim z rozwoju i zastosowania mikroprocesorów oraz technologii sztucznej inteligencji. Na przykład zastosowanie inteligentnych technik, takich jak sieci neuronowe, algorytmy genetyczne, obliczenia ewolucyjne i sterowanie chaotyczne, umożliwia przyrządom i licznikom osiągnięcie dużej szybkości, wysokiej wydajności, wielofunkcyjności i zwiększonej elastyczności. Inny przykład obejmuje wykorzystanie technologii wnioskowania rozmytego opartego na regułach rozmytych do podejmowania różnego rodzaju decyzji rozmytych dotyczących niejednoznacznych relacji między obiektami. Ponadto techniki-oparte na oprogramowaniu-filtrowania sygnału, takie jak szybka transformata Fouriera (FFT),{{5}krótka transformata Fouriera (STFT) i transformacja falkowa-oferują skuteczne sposoby upraszczania sprzętu, poprawiania--stosunku sygnału do szumu i poprawy dynamiki czujnika cechy. Co więcej, sztuczne sieci neuronowe wykorzystują potężne możliwości, w tym samouczenie się,-samoadaptację,-samoorganizację, funkcje pamięci asocjacyjnej i właściwości mapowania-czarnych skrzynek dla nieliniowych złożonych relacji między danymi wejściowymi i wyjściowymi.
Obecnie najsłabszym i najbardziej{0}rozwojowym sektorem w dziedzinie inteligentnych technologii w Chinach jest podstawowy przemysł przyrządów, mierników i czujników. Wraz z szybkim postępem nauki i technologii oraz ciągłym wzrostem poziomu automatyzacji, chiński przemysł oprzyrządowania przejdzie nowe transformacje i osiągnie nowe osiągnięcia. Zaawansowane-zaawansowane technologicznie zorientowanie produktów oprzyrządowania, w szczególności ich inteligencja, stanie się głównym kierunkiem przyszłego rozwoju nauki, technologii i przemysłu oprzyrządowania. Inteligentne przyrządy i mierniki oparte na teorii inteligentnego sterowania poczyniły postępy w następujących obszarach:
① Kontrolerzy-eksperci
Eksperckie systemy kontroli (ECS) stanowią kwintesencję podejścia do kontroli opartego-na wiedzy. Systemy te funkcjonują jako frameworki programowe wyposażone w szeroką specjalistyczną wiedzę i doświadczenie. Wykorzystując sztuczną inteligencję i technologię komputerową, dokonują rozumowania i osądów w oparciu o wiedzę i doświadczenie dostarczone przez jednego lub więcej ekspertów dziedzinowych. Symulując procesy podejmowania-decyzji przez ekspertów, rozwiązują złożone problemy, które wymagają specjalistycznej wiedzy człowieka w celu uzyskania optymalnych rozwiązań.
② Kontrolery rozmyte
Sterowniki rozmyte (FC), znane również jako sterowniki logiki rozmytej (FLC), zyskały szerokie zastosowanie w sterowaniu przemysłowym ze względu na ich zdolność do radzenia sobie z niepewnością, niedokładnością i informacjami rozmytymi. Umożliwiają skuteczną kontrolę procesów, w których modelowanie matematyczne jest niepraktyczne, i rozwiązują problemy wykraczające poza konwencjonalne metody sterowania.
③ Kontroler sieci neuronowej
Zastosowanie sieci neuronowych w przemysłowych systemach sterowania zwiększa możliwości przetwarzania informacji i podnosi inteligencję systemu. Sterowanie siecią neuronową, w skrócie sterowanie siecią neuronową, wykorzystuje technologię sieci neuronowych do modelowania złożonych obiektów nieliniowych. Pełni funkcję sterownika, wykonuje obliczenia optymalizacyjne, przeprowadza wnioskowanie lub obsługuje diagnostykę usterek.
Należy zauważyć, że w dziedzinie inteligentnego oprzyrządowania, pomimo licznych publikacji chińskich uczonych na temat sieci neuronowych, sterowania rozmytego lub sterowania chaotycznego, rygorystyczne, skrupulatne i prawdziwie innowacyjne prace i osiągnięcia pozostają rzadkością. Niektóre-najwyższej klasy instrumenty i mierniki nadal wymagają importu z zagranicy.
II. Sieciowe systemy sterowania
Systemy sterowania w XXI wieku będą integrować sieci ze sterowaniem. Badania nad sieciowymi systemami sterowania (NCS) stały się jednym z-nowoczesnych tematów w dziedzinie automatyzacji. W miarę jak sieci komunikacyjne stają się podstawowym elementem systemów sterowania, znacznie wzbogaca to technologie i metodologie sterowania przemysłowego. Przyniosło to istotne zmiany w systemach automatyki i przemysłowych systemach sterowania pod względem architektury, metod sterowania i podejść do współpracy-człowieka i maszyny. Jednocześnie wprowadził nowe wyzwania, takie jak sprzężenie sterowania i komunikacji, opóźnienia czasowe, metody planowania informacji, rozproszone podejścia do sterowania i diagnostyka usterek.
Pojawienie się tych nowych wyzwań wymaga ciągłych innowacji w metodach i algorytmach sterowania w środowiskach sieciowych. Kierując się ciągłym rozwojem technologii komputerowych, komunikacyjnych i sieciowych, tradycyjne domeny kontrolne przechodzą bezprecedensową transformację, ewoluując w kierunku architektur sieciowych. Struktury systemów sterowania ewoluowały od początkowego CCS (Computer Centralized Control System) do DCS (Distributed Control System) drugiej-generacji, a obecnie w kierunku dominującego FCS (Fieldbus Control System). Zapotrzebowanie na-szybką transmisję dużych-danych, takich jak obrazy i sygnały głosowe, dodatkowo napędza integrację przemysłowego Ethernetu z sieciami sterującymi. Ta fala połączonych w sieć przemysłowych systemów sterowania obejmuje wiele współczesnych technologii,-w tym systemy wbudowane, wielo-standardowe połączenia sieci sterowania przemysłowego oraz technologie bezprzewodowe-, poszerzając w ten sposób przestrzeń rozwoju sterowania przemysłowego i tworząc nowe możliwości.
Napędzanie industrializacji poprzez informatyzację stanowi zarówno potężną gwarancję trwałego, szybkiego wzrostu gospodarczego, jak i kluczowy środek transformacji tradycyjnej architektury przemysłowej. Jako przedstawiciel technologii informatycznych, integracja technologii sieciowej z przemysłowymi systemami sterowania znacznie podnosi możliwości systemów sterowania. Przekształca stosunkowo zamknięte struktury zarządzania informacjami w przedsiębiorstwie w istniejących przemysłowych systemach sterowania, dostosowując się do potrzeb nowoczesnego zarządzania automatyzacją-w całym przedsiębiorstwie. Technologia sieciowa napędza transformację tradycyjnych architektur przemysłowych systemów sterowania.
Integracja magistrali Fieldbus, Ethernet, wielu wzajemnych połączeń przemysłowych sieci sterowania, technologii wbudowanych i komunikacji bezprzewodowej w przemysłowych sieciach sterowania zapewnia pierwotną stabilność i wymagania systemów sterowania w czasie rzeczywistym{{0}, jednocześnie zwiększając otwartość i interoperacyjność systemu. Poprawia to zdolność adaptacji systemu do różnorodnych środowisk. W dzisiejszej erze globalizacji gospodarczej ta połączona sieciowo architektura przemysłowych systemów sterowania umożliwia przedsiębiorstwom radzenie sobie z niespotykaną dotąd konkurencją rynkową. Przyspiesza rozwój nowych produktów, obniża koszty produkcji i usprawnia usługi informacyjne, dając szerokie perspektywy rozwoju.
III. Bezprzewodowa komunikacja przemysłowa
Bezprzewodowa komunikacja przemysłowa to kolejny gorący temat w dziedzinie automatyki. Przedsiębiorstwa kontroli przemysłowej coraz częściej zdają sobie sprawę, że technologia bezprzewodowa będzie stanowić podstawę kolejnego skoku technologicznego, znacznie zwiększając wydajność zakładów i zapewniając bezpieczeństwo użytkowników.
Ponieważ technologia bezprzewodowa staje się coraz bardziej powszechna, różni dostawcy oferują szereg technologii sprzętowych i programowych ułatwiających integrację funkcji komunikacyjnych z produktami. Obsługiwane standardy komunikacji obejmują Bluetooth, Wi-Fi, GPS (globalny system pozycjonowania), 5G i WiMax (ogólnoświatowa interoperacyjność dostępu mikrofalowego). Jednak w przypadku dodawania funkcji łączności bezprzewodowej wybór odpowiednich chipów i powiązanego oprogramowania (zakładając, że wybrana implementacja działa poprawnie i spełnia odpowiednie wymagania weryfikacyjne) może być dużym wyzwaniem. Nawet przy wykonalnym projekcie brak optymalizacji wydajności, zużycia energii, kosztów i skali może uniemożliwić sukces rynkowy. Dzisiejsze najgorętsze technologie niekoniecznie są najlepszymi standardami komunikacji lub tym, czego potrzebują klienci. Dlatego wybrane wdrożenia sprzętowe i programowe powinny charakteryzować się możliwością adaptacji: każda nowa generacja produktów nie powinna wymagać zaczynania od zera.
Trend wkraczania technologii bezprzewodowej do zastosowań przemysłowych jest niezaprzeczalny, szczególnie tam, gdzie rozwiązania przewodowe są niepraktyczne. Wymaga to jednak ciągłego udoskonalania samej technologii bezprzewodowej. Niezawodność, pewność komunikacji,-działanie w czasie rzeczywistym, zgodność i inne funkcje wymagają dalszego udoskonalania. W związku z tym w najbliższej perspektywie przemysłowa technologia bezprzewodowa pozostanie rozszerzeniem tradycyjnych rozwiązań przewodowych, a większość przyrządów i produktów automatyki będzie zawierała wbudowane możliwości transmisji bezprzewodowej. Na arenie międzynarodowej badania nad technologią bezprzewodową są wciąż w powijakach, a odpowiednie standardy są w fazie opracowywania. Chińskie instytucje badawcze aktywnie uczestniczą w tym procesie, co przyczyniło się do rozwoju technologii bezprzewodowej w chińskim przemyśle przetwórczym.
Biorąc pod uwagę, że technologia bezprzewodowa pozostaje w fazie badań i rozwoju oraz udoskonalania, jej funkcjonalność jest z natury ograniczona. Co więcej, w dziedzinie technologii automatyzacji nie ma powszechnie uznanego i sprawdzonego standardu technologii bezprzewodowej, który byłby wystarczająco niezawodny w zastosowaniach związanych ze sterowaniem w czasie rzeczywistym-, co jest ograniczeniem, które staje się szczególnie widoczne w scenariuszach z bardzo krótkimi czasami cykli. W rezultacie bieżący zakres zastosowań technologii bezprzewodowej ogranicza się do gromadzenia i monitorowania danych (SCADA).
Jednak wraz ze wzrostem niezawodności technologia bezprzewodowa znajdzie szersze zastosowania. W nadchodzących latach komunikacja bezprzewodowa będzie się szybko rozwijać, ale nie zastąpi komunikacji przewodowej. Stabilność, niezawodność i bezpieczeństwo nieodłącznie związane z systemami przewodowymi zostaną zachowane. Rozwiązania bezprzewodowe wypierają rozwiązania przewodowe jedynie tam, gdzie wdrożenie przewodowe jest niepraktyczne lub zbyt drogie. Organiczna integracja systemów bezprzewodowych i przewodowych, wykorzystująca ich mocne strony, zapewni nowe możliwości zwiększania produktywności. Korzystaj z komunikacji przewodowej tam, gdzie jest to odpowiednie, i komunikacji bezprzewodowej tam, gdzie jest to odpowiednie. Ponieważ zarówno komunikacja przewodowa, jak i bezprzewodowa obsługują protokół TCP/IP, te dwie metody komunikacji można organicznie zintegrować, aby wykorzystać ich mocne strony i zwiększyć produktywność.
IV. Internet rzeczy i automatyzacja
Obecnie Internet rzeczy (IoT) jest prawdopodobnie jednym z najczęściej pojawiających się terminów w głównych mediach, ściśle kojarzonym z pojęciem „inteligencji”. Z punktu widzenia „zarządzania, kontroli i inteligencji” Internet Rzeczy i automatyka przemysłowa mają wspólny rodowód. Automatyka przemysłowa obejmuje pozyskiwanie, transmisję i obliczenia danych, podczas gdy IoT obejmuje kompleksowe wykrywanie, niezawodną transmisję i inteligentne przetwarzanie-oba te elementy są zasadniczo ze sobą powiązane.
IoT kładzie większy nacisk na łączność bezprzewodową, gromadzenie masowych danych i inteligentne obliczenia. Związek między IoT a technologią automatyzacji jest ściśle ze sobą powiązany. Kluczowa różnica polega na łączności: „Tradycyjne sieci automatyki opierają się głównie na połączeniach przewodowych o ograniczonym zasięgu, podczas gdy sieci czujników wykorzystują głównie bezprzewodowe ścieżki transmisji, umożliwiając znacznie szerszą łączność”. To nieodłączne połączenie sprawia, że dla producentów automatyki przemysłowej naturalnym jest odkrywanie możliwości w zakresie rozwoju IoT.
Kluczowe domeny zastosowań IoT obejmują: zastosowania w wytwarzaniu produktów przemysłowych, śledzeniu, monitorowaniu postępu i śledzeniu jakości; Zastosowania w systemach monitorowania, śledzenia i zapobiegania-podrabianiu cennych towarów i materiałów niebezpiecznych; Aplikacje do uwierzytelniania elektronicznego na potrzeby dużych konferencji, spotkań-na wysokim szczeblu i ważnych wydarzeń; bilety elektroniczne w-obszarach o dużym natężeniu ruchu podczas najważniejszych wydarzeń sportowych, koncertów i atrakcji turystycznych (np. wystawa światowa Expo w Szanghaju); Technologia IoT do pobierania opłat drogowych, zdalnej automatycznej identyfikacji i zarządzania różnymi typami pojazdów; Technologia IoT do automatycznej identyfikacji, rejestrowania, pozycjonowania i przeszukiwania personelu w wyznaczonych obszarach; Technologia IoT zapewniająca pełne-śledzenie procesów w łańcuchach hodowli zwierząt i przemysłu spożywczego; Technologia IoT w rolnictwie, pomocy w przypadku klęsk żywiołowych i sektorach reagowania kryzysowego; Technologia IoT do zarządzania cennymi i krytycznymi zasobami; Technologia IoT do zastosowań w pełnym-procesie w markowej odzieży; Technologia IoT do zarządzania bibliotekami; Zastosowania technologii IoT w wojskowym zarządzaniu bronią palną, zarządzaniu personelem, zarządzaniu pojazdami, zarządzaniu materiałami oraz bezpieczeństwie/poufności; Zastosowania technologii IoT w lotnictwie, motoryzacji i innych sektorach; Zastosowania technologii IoT w branży retail; Zastosowania technologii IoT w zabezpieczeniu społecznym; Zastosowania technologii IoT w rozwoju inteligentnych miast; i technologie komunikacyjne-krótkiego zasięgu: chipy Zigbee, moduły komunikacyjne Zigbee, sieci Zigbee, GPS, RTLS (systemy lokalizacji-w czasie rzeczywistym), technologia Bluetooth, technologia i aplikacje UWB (ultra-szerokopasmowa); Sieci EPC (Electronic Product Code): etykietowanie EPC, oprogramowanie pośrednie EPC, serwery EPC, platformy usług publicznych EPC, sieci EPC; sieci czujników, sieci komunikacji mobilnej, globalne sieci pozycjonowania i powiązane sieci aplikacji; systemy oprogramowania do analizy inteligencji biznesowej itp.
„Internet rzeczy” obalił tradycyjny sposób myślenia, zgodnie z którym fizycznie oddzielano infrastrukturę od infrastruktury IT. Skutecznie łączy obiekty fizyczne, takie jak drogi i budynki, z komputerami osobistymi, telefonami komórkowymi, sprzętem gospodarstwa domowego, systemami transportowymi i infrastrukturą IT. Umożliwia to kompleksową łączność między administracją rządową, produkcją, zarządzaniem społecznym i życiem osobistym poszczególnych osób.
Z punktu widzenia łańcucha przemysłowego wymaganego przez IoT, technologie i gałęzie wyższego szczebla obejmują automatyczne sterowanie, wykrywanie informacji i identyfikację za pomocą częstotliwości radiowej (RFID), podczas gdy downstream skupia się na zastosowaniach IoT. Eksperci branżowi twierdzą ponadto: „Tradycyjna automatyka przemysłowa jest w rzeczywistości częścią Internetu Rzeczy”, wzywając producentów automatyki przemysłowej, aby stali się siłą napędową wdrażania Internetu Rzeczy. Jako punkt zbieżności informatyzacji i automatyzacji, IoT posiada ogromny potencjał i zalety. Niektóre organizacje doskonale dostrzegły jego potencjał w zakresie optymalizacji procesów zarządzania i przepływów pracy w produkcji, osiągając wstępne sukcesy. Tradycyjne sieci automatyki wykazują uderzające podobieństwa do sieci czujników w IoT.
V. Przetwarzanie w chmurze i automatyzacja
Krajowe Laboratorium Argonne
Przetwarzanie w chmurze reprezentuje ewolucję przetwarzania rozproszonego, przetwarzania równoległego i przetwarzania siatkowego-lub raczej komercyjną realizację tych koncepcji informatycznych. Jego istotą jest przechowywanie i przetwarzanie ogromnych ilości danych, ze szczególnym uwzględnieniem technologii wirtualizacji. Krótko mówiąc, przetwarzanie w chmurze to internetowy-model superkomputerowy, który łączy ogromne zasoby w celu dostarczania użytkownikom różnorodnych usług IT.
Na przykład model przetwarzania w chmurze przyniesie znaczące zmiany w branży oprogramowania do automatyzacji. Kluczowe zmiany obejmują:
① Architektury systemów automatyki staną się bardziej elastyczne, a architektury rozproszone rozszerzą się na szerszą skalę.
We współczesnych, wielkoskalowych-projektach automatyki przemysłowej i informatyzacji systemy stają się coraz bardziej złożone i masywne. Istniejące architektury sieci i systemów nie są już przystosowane do skutecznego radzenia sobie z tymi wyzwaniami. Rewolucyjna koncepcja przetwarzania w chmurze zasadniczo zlikwidowała sztywne ramy architektoniczne tradycyjnie spotykane w systemach automatyki. W systemach przetwarzania w chmurze systemy automatyzacji i informatyzacji nie działają już wyłącznie na jednym, stacjonarnym komputerze. Zamiast tego działają w całej sieci, w tym w Internecie, wykorzystując sieć jako całość do przydzielania zasobów systemowych i wykonywania różnych funkcji.
② Analiza i przetwarzanie ogromnych ilości informacji staną się standardowymi funkcjami oprogramowania do automatyzacji.
W nowoczesnych,-skalowych projektach automatyzacji ilość danych automatyzacyjnych i informacyjnych stale rośnie wykładniczo i określenie jej jako „ogromnej” nie jest przesadą. W rezultacie typy baz danych, modele przechowywania danych i wzorce odczytu/zapytań danych stosowane obecnie w oprogramowaniu do automatyzacji skupiają się na dokładnym i terminowym przetwarzaniu dużych ilości danych. Obsługa ogromnych ilości informacji stała się jedną z wąskich gardeł ograniczających rozwój oprogramowania do automatyzacji.
W erze przetwarzania w chmurze użytkownicy mogą wykorzystywać moc obliczeniową różnych platform sprzętowych i sieci w różnych warstwach. Mogą z łatwością korzystać z usług (SaaS), platform (PaaS) i sprzętu obliczeniowego/zasobów sieciowych (IaaS) w ramach „chmury”, w pełni integrując możliwości obliczeniowe sieci publicznych. Dzięki temu możliwa jest analiza i przetwarzanie ogromnych danych automatyzacyjnych i informacyjnych, spełniając wymagania-wielkoskalowych systemów aplikacji, a jednocześnie umożliwiając kontrolę złożonych systemów automatyki i systemów informatycznych.
③ Całkowite przekształcenie modeli rozwoju inżynieryjnego.
W erze przetwarzania w chmurze opracowywanie projektów inżynieryjnych nie ogranicza się już do pojedynczych komputerów. Model SaaS umożliwia użytkownikom bezpośrednie korzystanie z oprogramowania znajdującego się na serwerach dostawców oprogramowania do automatyzacji za pośrednictwem Internetu. Proces rozwoju odbywa się w sieci chmury obliczeniowej, a po jego zakończeniu generowany jest bezpośrednio wykonywalny projekt inżynierski.
④ Transformacja modeli usług dostawców oprogramowania i redukcja kosztów utrzymania.
Model przetwarzania w chmurze zmniejsza także koszty usług dla dostawców oprogramowania. Wcześniej dostawcy musieli zapewniać wsparcie techniczne i konserwację oprogramowania do automatyzacji działającego w różnych środowiskach sprzętowych i programowych. W erze chmury wystarczy im utrzymanie jednej instancji oprogramowania na swoich serwerach.
⑤ Zmniejsza wymagania sprzętowe dla systemów automatyki i podnosi status oprogramowania w branży.
Niezależnie od tego, czy chmury prywatne opierają się na wewnętrznych sieciach korporacyjnych, czy chmury hybrydowe z łącznością zewnętrzną, oba mają na celu dynamiczną alokację zasobów obliczeniowych. Umożliwia to płynniejsze i bardziej stabilne działanie systemu, znacznie zmniejszając wymagania sprzętowe bez utraty wydajności. Powszechnie uznaje się, że w obecnych systemach automatyki oprogramowanie pełni rolę „duszy”, choć ma stosunkowo niewielką wartość, stanowiącą jedynie 5–10% całkowitego kosztu. W erze przetwarzania w chmurze, gdy wymagania sprzętowe maleją, a wymagania dotyczące oprogramowania stają się coraz bardziej rygorystyczne, wartość i znaczenie oprogramowania w branży automatyki znacznie wzrośnie.
⑥ Nowe technologie i filozofie produktów staną się rdzeniem konkurencji.
Bez wątpienia model przetwarzania w chmurze przyniesie głęboką transformację w branży oprogramowania do automatyzacji. Jak poruszać się po trendach rozwoju IT? Jak opracować oprogramowanie do automatyzacji nowej-generacji w oparciu o przetwarzanie w chmurze? Jak zapewnić kompatybilność starszych wersji oprogramowania do automatyzacji z platformami chmurowymi? Jak zaktualizować tradycyjne systemy inżynierii automatyki do systemów-opartych na chmurze? Staną się one głównymi kwestiami dla przedsiębiorstw przemysłowych. Wraz z dojrzewaniem technologii przetwarzania w chmurze i wysiłkami sektora automatyki rozwój systemów automatyzacji w Chinach wykorzystujących „przetwarzanie w chmurze” będzie szybko postępował. Jest to również kwestia, na którą chiński przemysł automatyki powinien zwrócić szczególną uwagę.
VI. Automatyzacja w gospodarce niskoemisyjnej-
Automatyzacja w gospodarce niskoemisyjnej-to szeroki i krytyczny temat. Zilustrujemy to na przykładzie przemysłu przetwórczego. Przemysł przetwórczy obejmuje takie sektory, jak petrochemia, rafinacja, chemikalia, metalurgia, farmaceutyka, materiały budowlane, przemysł lekki, papiernictwo, górnictwo, ochrona środowiska i wytwarzanie energii,-które zajmują dominującą pozycję w chińskiej gospodarce narodowej. Sektory te odgrywają kluczową rolę gospodarczą, a roczna wartość produkcji chińskich przedsiębiorstw przemysłu przetwórczego stanowi 66% całkowitej rocznej wartości produkcji wszystkich przedsiębiorstw przemysłowych w całym kraju.
Stan rozwoju przemysłów procesowych ma bezpośredni wpływ na podstawy gospodarcze kraju. Przemysł przetwórczy, będący ogromnym sektorem zajmującym kluczową pozycję, stanowi kluczowy filar krajowego wzrostu gospodarczego i stanowi istotny element produkcji. Charakteryzują się obsługą ciągłych lub przerywanych przepływów materiałów i energii. Produkują głównie towary w dużych-partiach.
Podstawowe metody produkcji i przetwarzania w przemyśle przetwórczym obejmują reakcje chemiczne, separację i mieszanie. W erze gospodarki opartej na wiedzy XXI wieku przemysł przetwórczy-jako tradycyjne sektory produkcyjne-pozostanie istotnymi filarami rozwoju gospodarczego. Branże te są zarówno głównymi producentami energii i surowców, jak i znaczącymi konsumentami energii, co sprawia, że oszczędzanie energii, redukcja zużycia i kontrola emisji mają kluczowe znaczenie. Typowe niedociągnięcia w tych sektorach obejmują wysokie zużycie energii, poważne zanieczyszczenie, niską jakość produktów, przestarzałe procesy produkcyjne, niski poziom automatyzacji, słabe praktyki zarządzania, niski poziom integracji informacji i niewystarczającą ogólną konkurencyjność. Przemysł stanowi największy sektor gospodarki Chin, a także jest głównym konsumentem energii i zasobów, a także głównym czynnikiem przyczyniającym się do zanieczyszczenia środowiska. W rezultacie głównym celem ulepszeń stał się przemysł przetwórczy, szczególnie w sześciu głównych sektorach: rafinacja ropy naftowej, chemikalia, stal, wytwarzanie energii,-metale nieżelazne i materiały budowlane. Sektory te odpowiadają za prawie 70% krajowego zużycia energii w przemyśle.
Eksperci twierdzą: Po pierwsze, skupienie się na pojawiających się problemach i-branżach napędzanych trendami zawsze było kluczem do sukcesu innowacji we wszystkich sektorach! Pojawiające się kwestie odnoszą się do głównych wyzwań wymagających skupienia uwagi dla przyszłego rozwoju społecznego człowieka; Branże „kierowane-trendami” oznaczają projekty o ogromnym potencjale na przyszłość.
Jakie są zatem główne wyzwania wymagające skupienia uwagi ze względu na przyszły rozwój społeczeństwa ludzkiego oraz projekty o ogromnym potencjale na przyszłość? Bez wątpienia jednym z takich obszarów są projekty służące „gospodarce-niskoemisyjnej” i „technologiom-niskoemisyjnym”! „Gospodarka niskoemisyjna- stała się istotnym wyborem strategicznym dla instytucji badawczych i przedsiębiorstw. Innymi słowy, energiczne promowanie rozwoju „gospodarki-niskoemisyjnej” nieuchronnie zabezpiecza inicjatywę w zakresie innowacji na rzecz projektów badawczych i rozwoju rynku. Obecnie gospodarka światowa przyspiesza przejście w kierunku „gospodarki-niskoemisyjnej”, która zapoczątkowała wiele nowych punktów wzrostu gospodarczego. „Gospodarka-niskoemisyjna” będzie kamieniem węgielnym przyszłej konkurencyjności krajowej i korporacyjnej. Inteligentne przedsiębiorstwa przodują w wykorzystywaniu szans, przekształcaniu metod produkcji i przejmowaniu inicjatywy-przemienianiu bierności w proaktywność. Wykorzystują zmiany w paradygmatach rozwoju społecznego jako motory przyspieszenia wzrostu, próbując zdobyć przewagę w gospodarce niskoemisyjnej-.
Formułując strategie rozwoju firmy, przedsiębiorstwa powinny rozważyć, w jaki sposób ustalić „strategię-niskoemisyjną” i dążyć do rozwoju zgodnie z krajowymi trendami w zakresie zrównoważonego rozwoju. Jak słynnie stwierdził znany guru zarządzania, Peter Drucker: „Nikt nie może kontrolować zmian, ale każdy może je wyprzedzić!” Chiński przemysł przetwórczy musi przyjąć tę zasadę, starając się wyprzedzić konkurencję. Niska-redukcja emisji dwutlenku węgla to imperatyw narodowy, misja historyczna i obowiązek przedsiębiorstw przetwórczych. Wdrożenie technologii „niskoemisyjnej”-jest główną misją tych branż.
VII. Automatyzacja w bezpieczeństwie pracy
Automatyzacja w bezpieczeństwie pracy to w ostatnich latach często używane określenie! Gwałtowny wzrost wynika z ciągłego występowania różnych wypadków w miejscu pracy, co powoduje rosnące zapotrzebowanie na technologie automatyzacji zwiększające bezpieczeństwo. Pilnym priorytetem jest obecnie efektywne wykorzystanie zaawansowanych technologii, takich jak automatyzacja i informatyzacja, w celu podniesienia standardów bezpieczeństwa w miejscu pracy. W związku z tym naród zaproponował strategię „Nauka i technologia dla bezpieczeństwa”! Rozwój bezpieczeństwa jest równie nierozerwalnie związany z automatyzacją. Bezpieczeństwo w produkcji można podzielić na bezpieczeństwo mechaniczne i bezpieczeństwo procesowe.
Bezpieczeństwo maszyn przede wszystkim chroni personel i poświęcono mu wiele uwagi. Wyłączniki bezpieczeństwa, przyciski bezpieczeństwa, drzwi bezpieczeństwa i maty bezpieczeństwa stały się niezbędne w fabrykach, wraz z produktami takimi jak czujniki bezpieczeństwa, sterowniki bezpieczeństwa PLC, magistrale bezpieczeństwa i Ethernet bezpieczeństwa. Bezpieczeństwo procesowe zapewnia bezpieczeństwo procesów produkcyjnych. Obecnie wielu dostawców automatyki rozważa zapewnienie rozwiązań bezpieczeństwa. Prawdziwe rozwiązanie w zakresie bezpieczeństwa wymaga czegoś więcej niż tylko dostarczenia jednego lub kilku produktów bezpieczeństwa; chodzi przede wszystkim o zwiększenie bezpieczeństwa sprzętu użytkownika. Sposób osadzenia funkcji bezpieczeństwa w maszynach i urządzeniach użytkownika, poprawiający zapewnienie bezpieczeństwa bez wpływu na proces produkcyjny, wymaga wciąż lepszego rozwoju.
Automatyzacja odnosi się do procesu, w którym maszyny lub urządzenia działają lub kontrolują się zgodnie z wcześniej ustalonymi programami lub instrukcjami, bez interwencji człowieka. Przyjęcie technologii automatyzacji nie tylko uwalnia ludzi od uciążliwej pracy fizycznej, pewnych zadań umysłowych oraz trudnych lub niebezpiecznych środowisk pracy, ale także poszerza ludzkie możliwości, znacznie zwiększając wydajność pracy i zwiększając zdolność ludzkości do zrozumienia i przekształcania świata. Dlatego maszyny, sprzęt, systemy lub procesy (procesy produkcji i zarządzania) osiągają z góry określone cele poprzez automatyczne wykrywanie, przetwarzanie informacji, analizę i ocenę oraz kontrolę manipulacji-a wszystko zgodnie z wymaganiami człowieka-przy minimalnym lub żadnym bezpośrednim zaangażowaniu człowieka. Automatyzacja bezpieczeństwa odnosi się do wdrażania strategii „Nauka i technologia dla bezpieczeństwa” poprzez technologię automatyzacji w celu osiągnięcia bezpiecznej produkcji. W przypadku zastosowania w określonych branżach automatyzacja bezpieczeństwa przybiera różne formy, takie jak: - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa w kopalniach węgla - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa petrochemicznego - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa chemicznego - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa metalurgicznego - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa transportu - Automatyzacja produkcji inteligentnego bezpieczeństwa budynków - Automatyzacja produkcji bezpieczeństwa w innych branżach
VIII. Energia-Oszczędność i zużycie-Ograniczenie automatyzacji
W ostatnich latach „oszczędzanie i redukcja zużycia energii” stała się bardzo znaczącą koncepcją w rozwoju technologii automatyzacji w Chinach. „Oszczędzanie energii, redukcja emisji i rozwój naukowy” stały się strategicznymi zasadami przewodnimi wzrostu gospodarczego Chin.
Według szacunków Chiny na wygenerowanie każdego dolara PKB zużywają 4,3 razy więcej energii niż Stany Zjednoczone i 11,5 razy więcej niż Japonia. Stopień wykorzystania energii w Chinach wynosi zaledwie 26,9% w USA i 11,5% w Japonii. Wskazuje to, że zużycie energii stanowi znaczną część kosztów produktów chińskich przedsiębiorstw, podkreślając jednocześnie ogromny potencjał oszczędności energii w tych przedsiębiorstwach. Zwiększanie konkurencyjności produktów poprzez oszczędzanie energii i redukcję zużycia jest całkowicie wykonalne.
Jako nośnik i medium transformacji technologicznej, przemysł produkcji sprzętu stanowi podstawowy sektor „zorientowany na środki”. Jej produkty-urządzenia produkcyjne dla wszystkich branż-stanowią podstawę podstawowej infrastruktury. Charakteryzujący się szerokim zakresem, różnorodnymi kategoriami, wysoką zawartością technologiczną i silnymi powiązaniami z innymi branżami, chiński sektor produkcji sprzętu przekształcił się na przestrzeni lat w kompleksowy system przemysłowy o znacznej skali i zaawansowaniu technologicznym, stając się istotnym filarem gospodarki narodowej. Oszczędzanie energii i poprawa efektywności wykorzystania energii to nie tylko długoterminowe-strategie zapewniające normalną działalność produkcyjną i osiągnięcie zdrowego, zrównoważonego rozwoju przedsiębiorstwa, ale także nieuniknione wybory przedsiębiorstw mające na celu dostosowanie się do wymagań rynku, redukcję kosztów, zwiększenie zysków, poprawę wyników w zakresie ochrony środowiska i zwiększenie konkurencyjności. Aby przedsiębiorstwa mogły osiągnąć trwały wzrost, konieczne jest wdrożenie oszczędzania energii i ograniczania zużycia.
W miarę upływu czasu zadania związane z oszczędzaniem energii i redukcją emisji będą coraz trudniejsze, a cele w zakresie kontroli będą coraz bardziej rygorystyczne. Wprowadzenie tych celów nałoży wyższe wymagania na działalność przemysłową. Aktywne wdrażanie zaawansowanych technologii-oszczędzania i zmniejszania zużycia energii- oraz wdrażanie naukowych koncepcji, modeli i procesów zarządzania to kluczowe ścieżki umożliwiające przedsiębiorstwom osiągnięcie tych celów. Promowanie i stosowanie nowych technologii, procesów, materiałów i metod opartych na innowacjach technologicznych może stopniowo wycofywać z produkcji nieefektywny sprzęt i grupy produktów o wysokim-energochłonności-odgrywając kluczową rolę w zwiększaniu oszczędności energii i ograniczaniu jej zużycia. Zwiększanie oszczędności energii i ograniczanie jej zużycia poprzez-innowacje w zakresie zaawansowanych technologii to istotny krok dla branży produkującej sprzęt. Dzieje się tak dlatego, że nowoczesne, wysokie technologie głęboko i szeroko wpływają na rozwój tego sektora. Rozwój nowoczesnych, wysokich technologii nakłada wyższe, nowsze i lepsze wymagania na przemysł produkujący sprzęt. Wsparcie-technologiczne jest równie integralną częścią wysiłków na rzecz „oszczędności i redukcji zużycia energii” w sektorze produkcji sprzętu.
Na przykład efektywność energetyczna silników, optymalizacja procesów, konwersja odpadów-na-zasoby, wykorzystanie ciepła odpadowego, transformacja przedsiębiorstwa i przyjęcie nowych źródeł energii są nierozerwalnie powiązane z technologią automatyzacji.
IX. Rozwój oprogramowania do sterowania przemysłowego
Rozwój oprogramowania do sterowania przemysłowego jest kolejnym istotnym aspektem technologii automatyzacji. Od lat 90. XX wieku kolejne przejęcia dostawców oprogramowania pośredniego przez IBM wyniosły oprogramowanie pośrednie do rangi rdzenia architektury informatycznej przedsiębiorstwa, stopniowo podkreślając kluczowe znaczenie i centralną rolę oprogramowania. Następnie IBM przejął renomowanych producentów oprogramowania, takich jak Lotus i DB2. Oprogramowanie zaczęło się rozwijać wraz ze sprzętem. W 2004 r. IBM sprzedał dział komputerów osobistych firmie Lenovo-, co oznaczało koniec złotego wieku sprzętu i początek ery dominacji oprogramowania.
W sterowaniu przemysłowym kluczową tendencją jest oprogramowanie sprzętowe, czego przykładem jest pojawienie się wbudowanych, miękkich sterowników PLC. Obecnie na rynku dostępne jest najnowsze oprogramowanie CoDeSys V3.4 (wbudowany system soft PLC oparty na platformie CoDeSys), którego pionierem jest niemiecka firma 3S Software. Jest orędownikiem koncepcji „otwartej, rekonfigurowalnej automatyzacji” skupionej na „możliwości ponownego wykorzystania”. To oprogramowanie działa w środowisku programistycznym IEC 61131, obsługującym wiele standardowych języków automatyki przemysłowej, w tym logikę drabinkową, schematy blokowe, diagramy blokowe i zaawansowany język ST.
Ponowne wykorzystanie oprogramowania reprezentuje metodologię i teorię inżynierii oprogramowania komputerowego, służąc zasadniczo jako rozwiązanie eliminujące zbędne wysiłki w tworzeniu oprogramowania. Stanowi sprawdzone podejście do zwiększania produktywności tworzenia oprogramowania i jakości produktów. Ponowne wykorzystanie oprogramowania polega na wykorzystaniu istniejącego oprogramowania i jego skutecznych komponentów do tworzenia nowego oprogramowania lub systemów, skracając w ten sposób czas programowania i koszty utrzymania. Jest to kluczowa technologia poprawiająca produktywność i jakość oprogramowania.
Kluczowe czynniki (zarówno-techniczne), jak i nietechniczne) umożliwiające ponowne wykorzystanie oprogramowania obejmują przede wszystkim siedem aspektów: technologię komponentów oprogramowania, architekturę oprogramowania, inżynierię domeny, reengineering oprogramowania, procesy otwartych komponentów, technologię CASE (Computer-Aided Software Engineering) oraz różne-czynniki nietechniczne. Korzyści z ponownego wykorzystania oprogramowania obejmują: (1) Wyższą produktywność (i w konsekwencji redukcję kosztów); (2) Poprawiona jakość oprogramowania. (błędy można szybciej poprawić); (3) Właściwe wykorzystanie ponownego wykorzystania oprogramowania poprawia łatwość konserwacji systemu.
Oprócz korzyści płynących z ponownego wykorzystania oprogramowania, oprogramowanie CoDeSys oferuje również możliwość rekonfiguracji procesów produkcyjnych. Rekonfigurowalna produkcja to proces kierujący zarządzaniem i kontrolą rekonfiguracji systemu produkcyjnego. Umożliwia systemom produkcyjnym skuteczne reagowanie na zmieniające się otoczenie. Rekonfigurowalność odnosi się do systemu, w którym jego moduły sprzętowe i/lub moduły oprogramowania mogą rekonfigurować (lub resetować) architekturę systemu i algorytmy w oparciu o zmieniające się przepływy danych lub przepływy sterujące. Obejmuje to: możliwość rekonfiguracji organizacji, możliwość rekonfiguracji procesów biznesowych, możliwość rekonfiguracji produktu, możliwość rekonfiguracji systemu przetwarzania w hali produkcyjnej oraz możliwość rekonfiguracji platform informacyjnych.
Najbardziej rzucającą się w oczy zaletą systemów rekonfigurowalnych jest możliwość zmiany architektury w celu dopasowania ich do wymagań konkretnych aplikacji. W obliczu stale-zmiennego rynku umożliwienie systemom produkcyjnym szybkiego i ekonomicznego reagowania na zmieniające się wymagania rynku stanowi poważne wyzwanie dla dzisiejszego przemysłu produkcyjnego. Tradycyjne zmechanizowane, zautomatyzowane linie produkcyjne oferują korzyści skali w przypadku produkcji seryjnej, ale brakuje im elastyczności w reagowaniu na zmiany rynkowe. Chociaż elastyczne systemy produkcyjne mogą skrócić cykle prototypowania i produkcyjne produktów, wymagają one znacznych inwestycji i długich okresów zwrotu. W związku z tym istnieje pilna potrzeba opracowania nowego paradygmatu produkcji, który łączyłby zalety produkcji masowej z możliwością szybkiej adaptacji do dynamicznych, zmieniających się środowisk produkcyjnych, przy jednoczesnym pełnym wykorzystaniu istniejących zasobów produkcyjnych. W tym kontekście zaproponowany niedawno rekonfigurowalny system produkcyjny stanowi skuteczne rozwiązanie spełniające te wymagania.
Ponadto rekomendowany przez firmę Siemens portal TIA (博途) reprezentuje innowacyjną platformę oprogramowania inżynierskiego opracowaną przez firmę Siemens w oparciu o koncepcję TIA (Totally Integrated Automation). Zarządza wszystkimi zadaniami automatyzacji w ramach jednego środowiska konfiguracyjnego, upraszczając pracę projektantów, zwiększając wydajność i redukując koszty. Osiągając ujednoliconą komunikację, ujednolicone programowanie i ujednolicone dane, tworzy kompletny, organicznie zintegrowany system. Spełnia to oczekiwania branży dotyczące w pełni zintegrowanej platformy do realizacji rozwiązań automatyzacyjnych, umożliwiającej scentralizowane zarządzanie projektowaniem produktu, projektowaniem mechanicznym i projektowaniem automatyki w ramach jednego pakietu oprogramowania. W związku z tym jest najbardziej intuicyjną, wydajną i niezawodną platformą oprogramowania technologii inżynieryjnych dostępną obecnie. Rozwój ten zasługuje na uwagę w sektorze sterowania przemysłowego.
X. Uniwersalizacja symulacji i modelowania
Sieciowa technologia modelowania i symulacji stanowi obecnie gorący punkt badawczy w tej dziedzinie. Jego zakres techniczny i modele zastosowań stale się rozszerzają i ewoluują wraz z postępem technologii sieciowej. Szybki rozwój technologii sieciowych i komputerowych wprowadza nas w erę wszechobecnego przetwarzania danych. Wszechobecne przetwarzanie danych ustanawia przestrzeń informacyjną złożoną z informatyki i komunikacji, łączącą się z fizyczną przestrzenią życia ludzkiego, tworząc inteligentne środowisko.
W tej inteligentnej przestrzeni poszczególne osoby mogą w przejrzysty sposób uzyskać dostęp do usług obliczeniowych i informacyjnych w dowolnym miejscu i czasie. Technologia modelowania i symulacji sieciowej będzie ewoluować w kierunku uniwersalizacji. „Uniwersalna technologia symulacyjna”, integrująca wszechobecne obliczenia, zapewnia zbieżność informacji i przestrzeni fizycznych, wprawiając w nową erę badania, rozwój i zastosowania nowoczesnego modelowania i symulacji.
W przypadku przyszłych złożonych, heterogenicznych i dynamicznych, wszechobecnych środowisk obliczeniowych wszechobecne systemy symulacyjne wykazują następujące podstawowe cechy:
⑴ Wszechobecna dostępność:Zasoby symulacyjne są wszechobecne. Wykorzystując technologię gridową, siatki symulacyjne umożliwiają zorientowane na usługi-dostarczanie różnorodnego oprogramowania i zasobów symulacyjnych sprzętu w życiu codziennym. Chroni to użytkowników przed złożonymi, heterogenicznymi, wszechobecnymi środowiskami komputerowymi, zapewniając powszechną dostępność zasobów symulacyjnych i rozwiązując problem „wszechobecności”.
⑵ Zawsze i wszędzie:Użytkownicy mogą uzyskać dostęp do usług symulacyjnych w miejscu pracy lub w miejscu zamieszkania bez konieczności podłączania ich do dedykowanego komputera. Technologia Grid rozszerza terminale aplikacji symulacyjnych na każdy zakątek sieci, całkowicie uwalniając użytkowników od ograniczeń czasowych i przestrzennych. Każde urządzenie sieciowe może uzyskać dostęp do zasobów i usług symulacyjnych w środowisku gridowym, spełniając wymagania dostępu „w dowolnym miejscu i czasie”.
⑶ Adaptacyjny:Przestrzeń informacji symulacyjnej zapewnia spójne usługi symulacyjne, które dostosowują się do zmieniających się warunków, dostarczając środowiska obliczeniowe dostosowane do potrzeb użytkownika.
⑷ Przezroczysty:Użytkownicy uzyskują dostęp do usług symulacyjnych przy minimalnym świadomym wysiłku. Interakcja jest wysoce naturalna,-nawet niezauważana przez użytkownika-i obejmuje tak zwaną interakcję ukrytą.
Integracja wszechobecnych koncepcji i technologii obliczeniowych z siatkami symulacyjnymi skutecznie odpowiada na pojawiające się wymagania wszechobecnych środowisk symulacyjnych-mobilności, możliwości adaptacji, inteligencji i modeli aplikacji-umożliwiając symulacyjnym przestrzeniom informacyjnym dostarczanie adaptacyjnych środowisk i spójnych usług dostosowanych do potrzeb użytkowników. Konwergentna technologia obliczeń siatkowych i wszechobecnego przetwarzania-wszechobecna technologia sieci symulacyjnych-wyłoni się jako nowy punkt ciężkości w modelowaniu sieciowym oraz badaniach i zastosowaniach symulacyjnych.
Podsumowując, dziesięć najważniejszych trendów w technologii automatyzacji pokazuje, że innowacje w automatyce można streścić w kilku kluczowych słowach: integracja, komunikacja, współpraca, efektywność energetyczna, bezpieczeństwo, standardy i otwartość. Zaowocowało to również powstaniem wielu nowych produktów i koncepcji. Od wielu lat nowa automatyzacja jest najbardziej bezpośrednią siłą napędową szybkiego rozwoju produkcji. Siła ta, nieuchronnie napędzana siłą napędową „innowacji”, niewątpliwie zabłyśnie w epoce inteligentnej produkcji!