当前,我国智能化领域最薄弱、最需要发展的是仪器、仪表、传感器等基础产业。随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高,我国仪器仪表行业也将发生新的变化并获得新的发展。仪器仪表产品的高科技化,特别是智能化,将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。基于智能控制理论基础的智能仪器仪表目前大致有以下几方面的进展:
①专家控制器
专家控制系统(expertcontrolsystem,ECS)是典型的基于知识控制系统,它是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统。它运用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。
②模糊控制器
模糊控制器(FC-FuzzyController),也称模糊逻辑控制器(FLC-FuzzyLogicController)。由于模糊控制技术具有处理不确定性、不精确性和模糊信息的能力,对无法建造数学模型的被控过程能进行有效的控制,能解决一些用常规控制方法不能解决的问题,因而模糊控制在工业控制领域得到了广泛的应用。
③神经网络控制器
二、控制系统网络化
以信息化带动工业化既是保持国民经济持续快速发展的有力保证,也是传统工业体系结构转型的重要手段。网络技术作为信息技术的代表,其与工业控制系统的结合将极大地提高控制系统的水平,改变现有工业控制系统相对封闭的企业信息管理结构,适应现代企业综合自动化管理的需要。网络技术推动了传统工业控制系统结构的变革。
将现场总线、以太网、多种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术融合到工业控制网络中,在保证控制系统原有的稳定性、实时性等要求的同时,又增强了系统的开放性和互操作性,提高了系统对不同环境的适应性。在经济全球化的今天,这一工业控制系统网络化及其构成模式使得企业能够适应空前激烈的市场竞争,有助于加快新产品的开发、降低生产成本、完善信息服务,具有广阔的发展前景。
三、工业通信无线化
工业通信无线化也是当前自动化领域探讨比较热烈的问题。工业控制企业已经逐步认识到无线技术将是下一个技术腾飞的基础,将能够大大提升工厂效能与保证用户的安全。
但随着可靠性的增强,无线技术将会有更广范围的应用。无线通讯将在未来的若干年快速地增长,但无线并不会替代有线通讯。有线具有稳定、可靠和安全性并不会消失,无线只有在有线不方便实现或成本高的地方去替代有线方案。如果无线与有线有机地结合起来,双方发挥各自的优势,将为增长生产率提供新的方案。在适宜有线通讯的地方使用有线通讯,在适宜无线通讯的地方使用无线通讯,由于有线和无线通讯都支持TCP/IP协议,这两种通讯方式能够有机地结合在一起,发挥各自特长,并能够提高生产效率。
四、物联网与自动化
物联网只是更加强调无线、海量采访、智能计算。物联网与自动化技术是有着十分密切地联系的。两者的区别是:“传统的自动化网络多是通过有线网络来实现,网络连接范围较窄,而在传感网络中,无线网络成为主要的传输路径,且连接的范围更加广泛。”一脉相承的天性,让工业自动化厂商寻机物联网的发展是顺其自然的事情。
“物联网”颠覆了人类之前物理基础设施和IT基础设施截然分开的传统思维,将公路、建筑物等物理设施与个人电脑、手机、家电、交通设施、IT设施有效的联系在一起,使得政府管理、生产制造、社会管理,以及人们的个人生活全面实现互联互通。
五、云计算与自动化
ArgonneNationalLaboratory
云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展,或者说是这些计算机科学概念的商业实现。它的核心是海量数据的存储和计算,特别强调虚拟化技术的应用。简言之,云计算就是一种依托internet的超级计算模型,将巨大的资源联系在一起为用户提供各种IT服务。
①自动化系统的架构将更加灵活,分布式架构将扩展到更大范围。
现代的大型工业自动化和信息化项目中,系统变得日益庞大和复杂,现有的网络和系统体系架构已经无法从容应对这些挑战。云计算这一革命性理念的提出,彻底打破了自动化系统中原来的僵化的体系结构。在云计算的系统中,自动化和信息化系统并不是简单运行在某一台固定的计算机上,而是运行于包括Internet在内的整个网络之上,基于整个网络来分配系统的资源及实现各种功能。
②海量信息的分析与处理将成为自动化软件的常规功能。
在现代大型自动化项目中,自动化信息化数据量越来越大,用“海量”形容也并不为过。所以目前自动化软件中所用的数据库类型,数据存储模式和数据的读取、查询模式,各项技术目前都在围绕大量数据的准确、及时处理来进行。海量信息的处理,已经成为制约自动化软件发展的瓶颈之一。
而在云计算时代,用户可以在不同的层面发挥不同硬件平台和网络的计算能力,可以很容易地利用“云”中的服务(SaaS),平台(PaaS)和计算硬件及网络资源(IaaS),充分整合公共网络的计算能力,使得对海量自动化和信息化信息的分析和处理变成现实,满足大规模应用系统的需要,同时也能够实现复杂的自动化信息化系统的控制。
③彻底改变工程开发模式。
在云计算时代,工程项目的开发将不再拘泥于单台计算机,SaaS模式使用户可以通过Internet,直接利用自动化软件供应商服务器上的软件进行开发,开发过程在云计算网络中进行,开发完成后,生成可直接运行的工程项目即可。
④转变软件供应商的服务模式,降低维护成本。
云计算的模式也将降低软件供应商的服务成本。以往软件供应商需要对运行在各种软硬件环境中的自动化软件进行技术支持与维护,而云计算时代,他们只需要维护本服务器上的一套软件即可。
⑤降低自动化系统对硬件的要求,提升软件的行业地位。
无论是基于企业内部网络的私有云,或与外网有一定连接的混合云,都以动态分配系统计算能力为目的,可以使系统的运算进行地更加平缓稳定,从而在不降低运行效率的前提下,极大地降低企业对硬件系统的要求。众所周知,在目前的自动化系统中,软件处于“灵魂”的地位,但价值却相对低廉,只占5%-10%。在云计算时代,系统对硬件的要求降低,而对软件的要求则越来越高,所以软件在自动化行业中的价值比重和重要性,都将有很大提高。
⑥新技术与新的产品理念将成为竞争的核心。
毫无疑问,云计算模式将来带来自动化软件行业的巨大变革。如何把握IT发展的潮流趋势?如何开发基于云计算的新一代自动化软件?如何将旧的自动化软件版本兼容于云计算平台?如何将传统的自动化工程系统升级为云计算系统?将成为业内企业考虑的首要问题。相信随着云计算技术的日趋成熟及自动化界的努力,我国利用“云计算”的自动化系统的发展将日新月异。这也是中国自动化界应当注意的问题。
六、低碳经济自动化
低碳经济自动化是一个广泛而重要的课题。我们以流程工业为例来说明之。流程工业是指在我国国民经济中占有重要经济地位的石化、炼油、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等在国民经济中占主导地位的行业,我国流程工业企业年产值占全国工业企业年总产值的66%。
流程工业的发展状况直接影响国家的经济基础。流程工业是一个非常巨大的产业,在产业中占据重要的地位,是国民经济发展中极为重要的基础支柱产业,是制造业的重要组成部分。其特点是以处理连续或间歇物料流、能量流为主,产品多以大批量的形式生产。
流程工业的生产和加工方法主要有化学反应、分离、混合等等。在知识经济时代的21世纪,作为传统工业的流程工业将仍然是经济发展的重要支柱产业。流程工业既是能源、各种原材料的产生者,也是能源的主要消耗者,节能降耗与减排至关重要。这些行业普遍存在能耗大、污染污染严重、产品质量差、生产过程工艺落后、自动化水平低、管理水平低、信息集成度低、综合竞争力弱等缺点。工业是我国经济的最大主体,也是耗费能源、资源,产生环境污染的最主要行业。流程工业首当其冲成为了主要目标,尤其在石油加工、化工、钢铁、电力、有色、建材等六大行业,其能源消耗占全国工业能耗的近70%。
对于企业应当在考虑企业发展的战略时,考虑企业如何制定“低碳战略”,并力求与国家的可持续发展趋势同步增长。国际知名的管理大师彼得?杜拉克有一句名言:“无人能够左右变化,惟有走在变化之前”!中国的流程工业亦应如此,努力走在变化之前!低碳减排是国家的行动,低碳减排是历史的使命,低碳减排是流程工业企业应尽的义务。“低碳”同样是流程企业的重大使命。
七、安全生产自动化
安全生产自动化是近年来,频繁出现的“词汇”!这是由于由于各种安全生产事故不断发生,应用自动化技术促使安全生产的需求日益增长。如何高效地利用自动化与信息化等高新技术,提高安全生产的水平成为当务之急。因而国家提出了“科技兴安”战略!安全的发展也同样离不开自动化。制造业的安全可以分为机械安全和过程安全。
自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动﹑部分脑力劳动以及恶劣﹑危险的工作环境中解放出来﹐而且能扩展人的器官功能﹐极大地提高劳动生产率﹐增强人类认识世界和改造世界的能力。因此﹐机器设备、系统或过程(生产、管理过程),在没有人或较少人的直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制,实现预期的目标。安全自动化则是利用自动化技术贯彻落实“科技兴安”战略,实现安全生产的统称。安全自动化具体到结合各行各业则有各自不同的内容,如:煤矿安全生产自动化、石化安全生产自动化、化工安全生产自动化、冶金安全生产自动化、交通安全生产自动化、智能建筑安全生产自动化、其他行业的安全生产自动化等等。
八、节约降耗自动化
据测算,我国每创造1美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍,是日本的11.5倍,我国的能源利用率仅为美国的26.9%、日本的11.5%。由此可见,在我国企业的产品成本中,能源消耗的成本比较大,同时也说明,我国企业节能的空间十分巨大,完全可以通过节能降耗来增加产品的竞争力。
随着时代发展,节能减排的任务将更加艰巨,控制指标日益苛刻,这些指标的提出将对工业运行提出更高的要求。积极地采用先进的节能降耗技术,实现科学的管理理念、模式、流程是企业节能降耗的重要途径,以技术创新为基础的新技术、新工艺、新材料和新方法的推广应用,可以逐步淘汰低效设备和高耗能产品群在企业生产中的应用,对于实现节能降耗有着重要的推动作用。以高新技术创新来推动节能降耗是装备制造业必需要迈出的步伐。这是因为,现代高新技术深刻、广泛地影响装备制造业的发展。现代高新技术的发展,对装备制造业的发展提出了更高、更新、更好的要求。在装备制造业的“节能降耗”中同样贯穿着高科技的支持。
九、工控软件的发展
工控软件的发展同样是自动化技术发展的重要方面。自上世纪90年代起,IBM接连收购了一系列中间件厂商,使中间件成为了企业IT架构的核心,也让人们逐渐认识到软件的重要性及其核心地位。之后,IBM又陆续收购了一些知名的软件企业,如Lotus、DB2.软件开始与硬件齐头并进,而在2004年IBM进一步将PC业务卖给联想,此事件向人们昭示:属于硬件的辉煌时代已成为历史,软件发生高潮的时代已经到来。
实现软件复用化的关键因素(技术和非技术因素)主要包括:软件构件技术、软件构架、领域工程、软件再工程、开放系件过程、CASE(ComputerAidedSoftwareEngineering,计算机辅助软件工程)技术以及各种非技术因素等七个方面。软件复用化的好处是:⑴较高的生产效率。(以及随之而来的成本降低);⑵较高的软件质量。(错误可以更快的被纠正);⑶恰当的使用软件复用可以改善系统的可维护性。
除了软件复用化的好处之外,CoDeSys软件还具有可重构制造的特点,可重构制造是一种指导管理和控制制造系统重构的过程。它使制造系统有效地响应不断变化的环境。可重构性是指在一个系统中,其硬件模块或(和)软件模块均能根据变化的数据流或控制流对系统结构和算法进行重新配置(或重新设置)。其具有:组织可重构性、业务过程可重构性、产品的可重构性、车间加工系统的可重构性与可重构信息平台等。
可重构系统最突出的优点就是能够根据不同的应用需求,改变自身的体系结构,以便与具体的应用需求相匹配。面对市场的千变万化,如何使制造系统快速而经济地响应市场需求的变化,是对当今制造业的一个巨大挑战。传统的机械自动化生产线具有批量生产的效益,但面对市场的变化不能快速响应;而柔性制造系统虽能缩短产品的试制和生产周期,但投资巨大,回收周期长。因此,迫切需要建立一种既具有规模生产的效益,又能快速适应动态多变的制造环境,并能充分利用现有制造资源的新型制造模式。对此,新近提出的可重构制造系统是适应这一需求的一条有效途径。
十、模拟仿真普适化
网络化建模与仿真技术是目前建模与仿真界的一个研究热点。当前,网络化建模与仿真的技术内涵和应用模式正随着网络技术的发展而不断地扩展和丰富,网络技术和计算技术的快速发将带领我们进入普适计算时代。普适计算是建立一个由计算和通信构成的信息空间与人们生活的物理空间相融合,形成智能化空间。
在这个智能化空间中,人们可以随时随地透明地获得计算和信息服务。网络化建模与仿真技术将向着普适化的方向发展。融合了普适计算技术的“普适化仿真技术”实现了信息空间与物理空间的结合,将推动现代建模仿真研究、开发与应用进入到一个崭新的时代。
面向未来复杂、异构、动态的普适计算环境,普适仿真系统具有以下基本特征:
⑴普及泛在:仿真资源无所不在。仿真网格借助于网格技术,实现了人们生活中的各种软、硬件仿真资源的服务化,为用户屏蔽了复杂、异构的普适计算环境,使得仿真资源无所不在,解决了“普及”的问题。
⑶自适应:仿真信息空间能以适合用户的方式,提供计算环境能适应变化的、连贯的仿真服务;
⑷透明:用户获得仿真服务时不需要花费很多注意力,仿真服务的访问方式是十分自然的甚至是用户本身注意不到的,即所谓蕴涵式的交互。