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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)、機器學習與制造知識發(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準。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，對軟件的復雜性進行科學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證和被確認的。
　　
    信息化與自動化的密切融合在當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，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。