2020年自動化、控制和儀表的技術展望

從人類的視角，20/20被認為是完美的;那麼，到2020年，自動化、控制和儀表的實現途徑會接近完美嗎?來自于CONTROL ENGINEERING 2015年度系統集成商——Maverick技術公司、Polytron公司和Malisko工程公司的技術專家們，分享了他們對于2020年自動化、控制和儀表的技術展望。

互聯性、模塊化和預測支持

Malisko工程公司的總裁和首席執行官Stephen J.Malyzsko，對2020年的自動化趨勢提出了6個方面的展望：互聯性、模塊化生産、系統支持、内置安全性、技術更替以及合作。他的解釋如下：

1.通用互聯性。大數據、物聯網以及移動性都會推動工業領域使用通用的互聯标準;這将會協調客戶和商業市場。工業領域對“通用互聯”的需求将迫使供應商考慮提供對專有産品的接入。

移動應用和無線将會成為标準。随着傳統台式機和移動設備(比如微軟的Continuum，包括在微軟Windows 10中)功能的趨同，計算也随之發生改變。功能的趨同以及随處可見的超快無線接入，将會創造更多的基于雲的應用。微軟的HoloLens将大大增強HMI和PLC編程功能以及可視化程度。

2.模塊化生産。由于希望盡快投入市場，供應商會持續不斷的升級轉型，為生産客戶提供即插即用的過程單元和工作單元。模塊化生産将系統集成商轉變為收集數據、實施整體監視控制策略的角色。

3.系統支持，98%預測，2%校正。生産制造自動化系統将會利用标準的運行監控模塊來監視設備狀态。供應商将提供基于統計數據的強制性算法模塊，并推薦服務和重新校驗的頻率。

4.内置系統安全性(基于行業要求)。與通用連接性一起成為通用安全的标準，并和IT及商業市場保持一緻。

5.系統集成技術角色的轉變。系統集成商的首要角色，将會轉變為模塊集成商。先進的可視化、控制器的發展以及測試工具，将會縮短低水平控制和可視化任務的實施所需要的時間，并且使得系統集成商可以将更多的時間精力用來提供無縫集成。

6.成為用戶的自動化夥伴。在涉及自動化的項目上，生産制造商将依賴控制系統集成商來提供幫助和認證。

生産制造的數字化時代

Polytron公司的副總裁Brent Stromwall認為，到2020年，生産制造将進入到一個真正的數字化時代。一方面，“這是一種必然的趨勢，生産制造商必須提供更準确和更先進的獲取技術和參考資料的方式，這樣運行人員和技術人員才可以更好的實施運行及維護的準備工作，無論是對現有技術還是新技術，都應如此。”Stromwall說到，“沒有觸手可及的維護能力及技術知識，年輕一代的工人，對當今工廠車間的系統進行的運行和維護将無法勝任。”

2020年對當下提出的要求

在最近幾年，行業探讨中已經包括了諸如“智能制造”、“工業4.0”、“工業互聯”、“先進生産制造”等等詞彙。在這個數字化生産制造時代，我們可以使用技術手段來交付3D可視化系統、數據分析以及多層次的協作工作來優化和管理生産制造過程——從工廠車間到企業管理層。

為了更好地迎接2020年數字化時代對生産制造技術提出的需求，我們正在從如下5個方面着手準備：

1)從供應鍊到配送，制造系統的完整集成;

2)為了達到最高水平的運行效率，在全廠範圍系統内引入可視化;

3)為了實現設備的穩定運行和提升系統運行時間，需要預測性維護系統;

4)快速獲取實時生産數據的能力;

5)最新的網絡技術，可以實現更高的帶寬、無線網絡以及更好的安全性能。

2020年關于制造業的8個預測

1.可持續性：生産制造商需要能夠獲取大數據的應用，以便在關于能源監視、運行效率、勞動力和運行人員的安全、預測維護等方面做決策時使用。正确的工廠數據應該是實時的，能在正确的時間傳遞給正确的人。

2.與人和設備更廣泛地互聯：不斷變化的制造環境需要能夠無縫溝通，并将先進的技術，如物聯網(IoT)、雲計算、移動性等，與自動化工作流程集成在一起，以适應更快、更智能的生産環境。

3.更嚴格的網絡安全：随着數據流以及獲取權限遍及全廠，在用戶端多層次、多層面的集成，網絡安全正在逐步從簡單的周邊防禦向更嚴格的縱深防禦發展。

4.工業網絡升級：智能數據需要一個安全、可擴展并且穩定的生産制造骨幹網。強大的網絡能夠支持更多軟/硬件的升級，以便提升自動化水平和數據獲取的效率。新的網絡混合使用光纖和新一代銅導線，采用開放式的網絡結構技術，軟件具有更高的魯棒性，并允許計算機網絡接收或者發送數據到整個工廠車間的機器上甚至企業管理層。

5.更直觀的HMI：自帶記分卡和培訓工具，以便優化勞動力。勞動力老齡化以及缺乏合格的工人來填補空缺，是對生産制造商最大的挑戰。正式的内部培訓工具，比如基于計算機的學習模塊、基于HMI的工作支持模塊，這都是必須的。直觀的HMI和記分卡十分關鍵。

6.機器安全：升級機器安全技術，使舊機器滿足安全标準的要求，是生産制造商随後幾年的首要任務。集成的機器安全技術幫助保護年輕的勞動力，減少工人事故，降低由此引起的非計劃停機時間，從而提高整體生産效率，這在競争激烈的市場十分關鍵。

7.預測數據分析：主動管理，可以确保生産制造設備高效運行，保持工廠的靈活性和穩定性。更快地響應消費者的需求，同時保證安全和可靠的産量，就可以使生産制造企業立于不敗之地。對不斷增長的可追溯性和質量數據的需求日益快速增加。需要利用柔性制造技術來管理成本。

8.淘汰與升級：硬件和落後技術的淘汰是不斷老化工廠的一個主要議題。據估計，美國75%的工廠都運營超過20年了。硬件和技術都需要更換為智能控制器和驅動技術，以便實現端到端的運行效率提升。

自動化的價值在于更多的連接、協作和安全

“在每天和客戶一起工作時，無論大客戶還是小客戶，隻要是我們所涉及的是工業領域，我們都希望和他們探讨5個比較實際的領域：自動化的價值、網絡、新人類、協作以及網絡安全。”Maverick技術公司的CEOPaulGaleski認為，“盡管改變已經開始，但是到2020年，實現這5個領域的途徑仍然可能會有所差異。”

1.自動化創造價值：用戶必須明白，自動化是如何通過降低成本、改善産品質量、提高産量等來為其公司創造價值的。自動化供應商和服務提供商非常擅長談論技術，但是客戶早已厭倦了喋喋不休的讨論技術，他們希望知道某些新設備或網絡功能是如何對其盈利水平帶來正面影響的。

如果換一種思路，我們用自動化技術來解決問題，而不是僅僅因為某種新技術而使用自動化，那麼我們就可以基于鐵的事實和運營環境的改善，比較容易的給予工程效果以恰當的描述。我們必須改變描述問題的方式，利用管理層能夠聽明白的詞彙來描述工程，這就是财務數據。這種情況已經開始發生，但是要運用得當，還得至少需要5年的時間。

2.更開放的網絡，無線：網絡将會更加開放，隻有非常少的設備需要通過電纜連接。區分不同通信協議的壁壘将倒塌，在2020年有可能會不複存在。新的控制器比以往的控制器都将具有更多的語言版本。對于現代的可編程邏輯控制器(PLC)來講，同時使用多種網絡通信協議進行通信是非常普遍的事情。可能需要使用Profinet通訊協議和一組設備通訊，使用EtherNet/IP和另外一組設備通訊，Modbus和第三組設備通訊。

更強大的計算能力使得這一切變得非常簡單，可以快速完成通訊協議的轉換。同時，無線設備的數量和種類也會不斷增加。不管是WiFi、ISA100、WirelessHART，還是某些新協議，無線網關将會使用多種通訊協議進行通訊，用戶不會察覺到其中的差别。如果信息能夠到達需要它的地方，很少人會關心如何實現的。正如蜂窩網絡一樣，用戶隻關心性能，而不是底層的處理機制。

3.年輕員工的新特點：将來，會由年輕的新員工來管理工廠。到2020年，嬰兒潮一代出生的勞動力人員數量将會下降，并持續快速降低。千禧年出生的一代人将會逐步取代他們的位置，但是并不具有相關技術，更不要說去使用了。當然，這也有例外，但是總體來講，千禧年出生的一代需要信息來幫助他們解決問題，他們并不像他們的前輩那樣關注技術基礎。

4.更多的協作：相比老一代的工人，新時代的工人需要更多、不同類型的信息，以及用不同的表格和形式呈現的信息。千禧年出生的一代相信技術，也相信技術所帶給他們的信息。嬰兒潮出生的一代則一般對技術抱有一種與生俱來的懷疑态度。

從天性上來講，千禧年出生的一代更具有合作精神，他們更習慣這種觀點：合作并不需要每個人都在同一個地點。正如幾個人可以在不同的區域，所有的人都在播放同一個視頻遊戲一樣，運行人員可以在不同的區域，控制同一個工廠。完成該項工作，依賴于将所有的信息收集并傳送給所有實時需要這些信息的人。到2020年，這種通訊是每天都會發生的事情。

5.内置網絡安全特性：網絡安全将會被内置到所有新建基礎設施，并被“綁定”到現有系統和網絡上。我們總是聽說新的網絡攻擊載體和方法，但是用戶和自動化供應商的防禦措施和對這種境況的整體意識則在緩慢的提高。