I. Instrumentació intel·ligent
Dins dels sistemes de control, els instruments serveixen com a components fonamentals l'avenç tecnològic dels quals és paral·lel a l'evolució de la tecnologia dels sistemes de control. Amb la teoria del control avançant a la nova era del control intel·ligent, la transformació intel·ligent dels instruments automatitzats s'ha convertit en inevitable.
L'evolució intel·ligent d'instruments i comptadors prové principalment del desenvolupament i aplicació de microprocessadors i tecnologies d'intel·ligència artificial. Per exemple, l'ús de tècniques intel·ligents com ara xarxes neuronals, algorismes genètics, càlcul evolutiu i control caòtic permet que els instruments i els mesuradors assoleixin alta velocitat, alta eficiència, multifuncionalitat i flexibilitat millorada. Un altre exemple consisteix a utilitzar la tecnologia d'inferència difusa basada en regles difuses per prendre diversos tipus de decisions difuses sobre les relacions ambigües entre objectes. A més, les tècniques de filtratge de senyals-basades en programari-com la Transformada de Fourier ràpida (FFT), la Transformada de Fourier de curt-temps (STFT) i la Transformada Wavelet-ofereixen mitjans eficaços per simplificar el maquinari, millorar les relacions senyal-a-soroll, i millorar les característiques dinàmiques del sensor. A més, les xarxes neuronals artificials utilitzen potents capacitats, com ara l'auto{10}}aprenentatge, l'auto-adaptació, l'auto-organització, les funcions de memòria associativa i les propietats de mapatge de-caixa negra per a relacions complexes no lineals entre entrades i sortides.
Actualment, el sector més feble i crític{0}}de desenvolupament en el camp de la tecnologia intel·ligent de la Xina és la indústria fonamental d'instruments, mesuradors i sensors. Amb el ràpid avenç de la ciència i la tecnologia i l'augment continu dels nivells d'automatització, la indústria de la instrumentació de la Xina experimentarà noves transformacions i aconseguirà nous desenvolupaments. L'orientació d'alta-tecnologia dels productes d'instrumentació, especialment la seva intel·ligència, es convertirà en la direcció principal per al desenvolupament futur de la ciència, la tecnologia i la indústria de la instrumentació. Els instruments i comptadors intel·ligents basats en la teoria del control intel·ligent han avançat en les àrees següents:
① Controladors experts
Els sistemes de control expert (ECS) representen un enfocament de control basat en{0}}coneixement per excel·lència. Aquests sistemes funcionen com a marcs programàtics equipats amb un ampli coneixement i experiència especialitzats. Aprofitant la intel·ligència artificial i la tecnologia informàtica, realitzen raonaments i judicis basats en el coneixement i l'experiència proporcionada per un o més experts del domini. En simular els processos de presa de decisions-d'experts humans, resolen problemes complexos que requereixen experiència humana per obtenir solucions òptimes.
② Controladors difusos
Els controladors difusos (FC), també coneguts com a controladors de lògica difusa (FLC), han guanyat una aplicació generalitzada en el control industrial a causa de la seva capacitat per gestionar la incertesa, la imprecisió i la informació difusa. Permeten un control efectiu dels processos on el modelatge matemàtic no és pràctic i resolen problemes més enllà dels mètodes de control convencionals.
③ Controlador de xarxa neuronal
L'aplicació de xarxes neuronals en sistemes de control industrial millora les capacitats de processament de la informació i eleva la intel·ligència del sistema. El control de xarxes neuronals, abreujat com a control neuronal, empra tecnologia de xarxes neuronals per modelar objectes no lineals complexos. Funciona com a controlador, realitza càlculs d'optimització, realitza raonaments o gestiona el diagnòstic d'avaries.
Cal assenyalar que en el camp de la instrumentació intel·ligent, malgrat les nombroses publicacions d'estudiosos xinesos sobre xarxes neuronals, el control difuso o el control caòtic, el treball i els èxits rigorosos, meticulosos i genuïnament innovadors continuen sent escassos. Alguns instruments-de gamma alta i mesuradors encara s'han d'importar de l'estranger.
II. Sistemes de control en xarxa
Els sistemes de control del segle XXI integraran la xarxa amb el control. La investigació sobre sistemes de control en xarxa (NCS) s'ha convertit en un dels temes-vanguardistes en el camp de l'automatització. A mesura que les xarxes de comunicació s'integren com a component central dels sistemes de control, això enriqueix significativament les tecnologies i metodologies de control industrial. Ha aportat canvis substancials als sistemes d'automatització i als sistemes de control industrial pel que fa a l'arquitectura, els mètodes de control i els enfocaments de col·laboració humana-màquina. Simultàniament, ha introduït nous reptes com l'acoblament entre control i comunicació, retards, mètodes de programació de la informació, enfocaments de control distribuït i diagnòstic d'avaries.
L'aparició d'aquests nous reptes requereix una innovació contínua en mètodes i algorismes de control dins d'entorns en xarxa. Impulsats per l'avenç constant de les tecnologies d'ordinador, comunicació i xarxa, els dominis de control tradicionals estan experimentant una transformació sense precedents, evolucionant cap a arquitectures en xarxa. Les estructures del sistema de control han avançat des del CCS inicial (Sistema de control centralitzat per ordinador) al DCS (Sistema de control distribuït) de segona-generació, i ara cap al FCS (Sistema de control de bus de camp) prevalent. La demanda de transmissió d'alta-velocitat de dades de gran-volum, com ara imatges i senyals de veu, ha impulsat encara més la integració d'Ethernet industrial amb xarxes de control. Aquesta onada de sistemes de control industrial en xarxa incorpora múltiples tecnologies contemporànies-incloent-hi sistemes integrats, interconnectivitat de xarxes de control industrial multi-estàndards i tecnologies sense fil-ampliant així l'espai de desenvolupament per al control industrial i creant noves oportunitats.
Impulsar la industrialització a través de la informatització serveix alhora com una poderosa garantia per a un creixement econòmic ràpid i sostingut i un mitjà crucial per transformar les arquitectures industrials tradicionals. Com a representant de la tecnologia de la informació, la integració de la tecnologia de xarxa amb els sistemes de control industrials eleva significativament les capacitats del sistema de control. Transforma les estructures de gestió de la informació empresarial relativament tancades dels sistemes de control industrial existents, adaptant-se a les necessitats de la moderna gestió d'automatització-de tota l'empresa. La tecnologia de xarxes ha impulsat la transformació de les arquitectures tradicionals de sistemes de control industrial.
La integració d'interconnexions de bus de camp, Ethernet, múltiples xarxes de control industrial, tecnologia integrada i comunicació sense fil a les xarxes de control industrial garanteix l'estabilitat original i els requisits{0}}en temps real dels sistemes de control alhora que millora l'obertura i la interoperabilitat del sistema. Això millora l'adaptabilitat del sistema a diversos entorns. En l'era actual de globalització econòmica, aquesta arquitectura de sistema de control industrial en xarxa permet a les empreses navegar per una competència de mercat sense precedents. Accelera el desenvolupament de nous productes, redueix els costos de producció i millora els serveis d'informació, presentant grans perspectives de desenvolupament.
III. Comunicació industrial sense fil
La comunicació industrial sense fil és un altre tema molt debatut en el camp de l'automatització. Les empreses de control industrial reconeixen cada cop més que la tecnologia sense fil constituirà la base del proper salt tecnològic, millorant significativament l'eficiència de la planta i garantint la seguretat dels usuaris.
A mesura que la tecnologia sense fils es fa cada cop més freqüent, diversos proveïdors ofereixen una gamma de tecnologies de maquinari i programari per facilitar la integració de les capacitats de comunicació als productes. Els estàndards de comunicació admesos inclouen Bluetooth, Wi-Fi, GPS (sistema de posicionament global), 5G i WiMax (interoperabilitat mundial per a l'accés amb microones). Tanmateix, quan s'afegeixen funcions de connectivitat sense fil, seleccionar els xips adequats i el programari relacionat (suposant que la implementació escollida funcioni correctament i compleixi els requisits de validació rellevants) pot ser molt difícil. Fins i tot amb un disseny viable, la manca d'optimització del rendiment, el consum d'energia, el cost i l'escala pot impedir l'èxit del mercat. Les tecnologies més actuals no són necessàriament els millors estàndards de comunicació ni el que necessiten els clients. Per tant, les implementacions de maquinari i programari seleccionades haurien de tenir adaptabilitat: cada nova generació de productes no hauria de requerir començar des de zero.
La tendència de la tecnologia sense fil a les aplicacions industrials és innegable, sobretot quan les solucions amb cable no són pràctiques. Tanmateix, això requereix un refinament continu de la pròpia tecnologia sense fils. La fiabilitat, la seguretat de la comunicació i el rendiment-en temps real, la compatibilitat i altres capacitats requereixen més millores. En conseqüència, a curt termini, la tecnologia industrial sense fil seguirà sent una extensió de les solucions tradicionals per cable, amb la majoria d'instruments i productes d'automatització incorporant capacitats de transmissió sense fil integrades. A nivell internacional, la investigació en tecnologia sense fil encara està en els seus inicis, amb estàndards rellevants en desenvolupament. Les institucions de recerca xineses participen activament en aquest procés, que ha contribuït a avançar la tecnologia sense fils a les indústries de processos de la Xina.
Atès que la tecnologia sense fil es manté en fase d'R+D i perfeccionament, la seva funcionalitat és inherentment limitada. A més, dins del domini de la tecnologia d'automatització, no hi ha cap estàndard de tecnologia sense fil reconegut i provat universalment que sigui prou fiable per a aplicacions de control en temps real-, una limitació que es fa especialment pronunciada en escenaris amb temps de cicle molt curts. En conseqüència, l'àmbit d'aplicació actual de la tecnologia sense fil es limita a l'adquisició i monitorització de dades (SCADA).
Tanmateix, a mesura que millori la fiabilitat, la tecnologia sense fil trobarà aplicacions més àmplies. La comunicació sense fil experimentarà un ràpid creixement en els propers anys, però no substituirà la comunicació per cable. L'estabilitat, la fiabilitat i la seguretat inherents als sistemes amb cable persistiran. Les solucions sense fil només substituiran les cablejades on la implementació per cable sigui poc pràctica o prohibitivament cara. La integració orgànica dels sistemes sense fil i amb cable, aprofitant els seus respectius punts forts, proporcionarà noves vies per augmentar la productivitat. Utilitzeu la comunicació per cable quan sigui adequat i la comunicació sense fil quan sigui adequat. Com que tant la comunicació per cable com la sense fil admeten el protocol TCP/IP, aquests dos mètodes de comunicació es poden integrar orgànicament per aprofitar els seus punts forts respectius i millorar la productivitat.
IV. Internet de les coses i automatització
Avui dia, l'Internet de les coses (IoT) és sens dubte un dels termes més freqüents als principals mitjans de comunicació, estretament associat amb el concepte d'"intel·ligència". Des de la perspectiva de "gestió, control i intel·ligència", IoT i l'automatització industrial comparteixen un llinatge comú. L'automatització industrial engloba l'adquisició, la transmissió i la computació de dades, mentre que l'IoT implica una detecció integral, una transmissió fiable i un processament intel·ligent-les dos estan fonamentalment interconnectats.
IoT posa més èmfasi en la connectivitat sense fils, la recollida massiva de dades i la computació intel·ligent. La relació entre IoT i la tecnologia d'automatització està profundament entrellaçada. La distinció clau rau en la connectivitat: "Les xarxes d'automatització tradicionals es basen principalment en connexions per cable amb un abast limitat, mentre que les xarxes de sensors utilitzen principalment vies de transmissió sense fil, permetent una connectivitat molt més àmplia". Aquesta connexió inherent fa que sigui natural que els fabricants d'automatització industrial explorin oportunitats dins del desenvolupament d'IoT.
Els dominis d'aplicació clau per a IoT inclouen: Aplicacions en la fabricació de productes industrials, seguiment, seguiment del progrés i seguiment de la qualitat; Aplicacions en sistemes de control, seguiment i{0}}falsificació de béns valuosos i materials perillosos; Aplicacions en credencials electròniques per a conferències grans,-reunions d'alt nivell i esdeveniments importants; entrades electròniques per a zones-de gran trànsit en els principals esdeveniments esportius, concerts i atraccions turístiques (p. ex., l'Exposició Mundial de Xangai); Tecnologia IoT per a la recollida de peatges de trànsit, identificació automàtica remota i gestió de diversos tipus de vehicles; Tecnologia IoT per a la identificació, enregistrament, posicionament i consulta automàtica del personal dins de les àrees designades; Tecnologia IoT per a la-traçabilitat total dels processos en la ramaderia i les cadenes de la indústria alimentària; Tecnologia IoT en els sectors de l'agricultura, l'ajuda en cas de desastres i la resposta a emergències; Tecnologia IoT per gestionar actius valuosos i crítics; Tecnologia IoT per a aplicacions de-procés complet en roba de marca; tecnologia IoT per a la gestió de biblioteques; Aplicacions de la tecnologia IoT en la gestió d'armes de foc militar, gestió de personal, gestió de vehicles, gestió de materials i seguretat/confidencialitat; Aplicacions de la tecnologia IoT a l'aviació, l'automoció i altres sectors; Aplicacions de la tecnologia IoT a la indústria minorista; Aplicacions de la tecnologia IoT a la seguretat social; Aplicacions de la tecnologia IoT en el desenvolupament de ciutats intel·ligents; i tecnologies de comunicació de -abast curt: xips Zigbee, mòduls de comunicació Zigbee, xarxes Zigbee, GPS, RTLS (Real-Time Location Systems), tecnologia Bluetooth, tecnologia i aplicacions UWB (Ultra-banda ampla); Xarxes EPC (Electronic Product Code): etiquetatge EPC, middleware EPC, servidors EPC, plataformes de servei públic EPC, xarxes EPC; xarxes de sensors, xarxes de comunicacions mòbils, xarxes de posicionament global i xarxes d'aplicacions relacionades; sistemes de programari d'anàlisi d'intel·ligència empresarial, etc.
L'"Internet de les coses" ha capgirat la mentalitat tradicional que separava físicament la infraestructura de la infraestructura informàtica. Connecta eficaçment instal·lacions físiques com carreteres i edificis amb ordinadors personals, telèfons mòbils, electrodomèstics, sistemes de transport i infraestructura informàtica. Això permet una interconnectivitat integral entre l'administració governamental, la fabricació, la gestió social i la vida personal de les persones.
Des de la perspectiva de la cadena industrial requerida per l'IoT, les tecnologies i les indústries aigües amunt inclouen el control automàtic, la detecció d'informació i la identificació per radiofreqüència (RFID), mentre que la part posterior se centra en les aplicacions d'IoT. Els experts del sector afirmen a més: "L'automatització industrial tradicional forma part de l'IoT", demanant als fabricants d'automatització de control industrial que es converteixin en la força motriu per a la implementació d'IoT. Com a punt de convergència de la informatització i l'automatització, IoT té un potencial i avantatges immensos. Algunes organitzacions han reconegut profundament el seu potencial per optimitzar els processos de gestió i els fluxos de treball de producció, aconseguint èxits preliminars. Les xarxes d'automatització tradicionals presenten semblances sorprenents amb les xarxes de sensors dins de l'IoT.
V. Cloud Computing i Automatització
Laboratori Nacional d'Argonne
La computació en núvol representa l'evolució del processament distribuït, el processament paral·lel i la computació en xarxa-o, més aviat, la realització comercial d'aquests conceptes informàtics. El seu nucli es troba en l'emmagatzematge i el càlcul de dades massives, amb especial èmfasi en la tecnologia de virtualització. En essència, la computació en núvol és un model de supercomputació-basat a Internet que connecta grans recursos per oferir diversos serveis informàtics als usuaris.
Per exemple, el model de computació en núvol aportarà transformacions importants a la indústria del programari d'automatització. Els canvis clau inclouen:
① Les arquitectures de sistemes d'automatització seran més flexibles, amb les arquitectures distribuïdes que s'expandeixen a escales més àmplies.
En els projectes moderns d'automatització industrial i d'informatització a gran-escala, els sistemes són cada cop més complexos i massius. Les arquitectures de xarxes i sistemes existents ja no estan equipades per afrontar aquests reptes amb eficàcia. El concepte revolucionari de la computació en núvol ha desmuntat fonamentalment els marcs arquitectònics rígids que es troben tradicionalment als sistemes d'automatització. Dins dels sistemes de computació en núvol, els sistemes d'automatització i d'informatització ja no funcionen només en un únic ordinador fix. En canvi, operen a tota la xarxa, inclosa Internet, aprofitant la xarxa en el seu conjunt per assignar recursos del sistema i executar diverses funcions.
② L'anàlisi i el processament d'informació massiva es convertiran en funcions estàndard del programari d'automatització.
En els projectes moderns d'automatització a gran-escala, el volum d'automatització i dades d'informació continua creixent de manera exponencial, i descriure'ls com a "massius" no és una exageració. En conseqüència, els tipus de bases de dades, els models d'emmagatzematge de dades i els patrons de lectura/consulta de dades que s'utilitzen actualment al programari d'automatització es centren al voltant del processament precís i oportú de grans volums de dades. El maneig d'informació massiva s'ha convertit en un dels colls d'ampolla que limiten el desenvolupament de programari d'automatització.
A l'era de la computació en núvol, els usuaris poden aprofitar la potència computacional de diverses plataformes de maquinari i xarxes a diferents capes. Poden utilitzar fàcilment serveis (SaaS), plataformes (PaaS) i recursos computacionals de maquinari/xarxa (IaaS) dins del "núvol", integrant completament les capacitats de computació de la xarxa pública. Això fa que l'anàlisi i el processament d'automatització massiva i dades d'informació sigui factible, satisfent les demandes dels sistemes d'aplicacions a gran-escala alhora que permet el control de sistemes d'informació i automatització complexos.
③ Transformant completament els models de desenvolupament d'enginyeria.
A l'era de la computació en núvol, el desenvolupament de projectes d'enginyeria ja no es limita als ordinadors individuals. El model SaaS permet als usuaris utilitzar directament programari als servidors dels proveïdors de programari d'automatització a través d'Internet. El procés de desenvolupament es produeix dins de la xarxa de cloud computing i, un cop finalitzat, es genera un projecte d'enginyeria directament executable.
④ Transformar els models de servei dels venedors de programari i reduir els costos de manteniment.
El model de computació en núvol també redueix els costos del servei per als venedors de programari. Anteriorment, els venedors havien de proporcionar suport tècnic i manteniment per al programari d'automatització que s'executava en diversos entorns de maquinari i programari. A l'era del núvol, només necessiten mantenir una única instància de programari als seus servidors.
⑤ Redueix els requisits de maquinari per als sistemes d'automatització i eleva l'estat del programari de la indústria.
Ja siguin núvols privats basats en xarxes corporatives internes o núvols híbrids amb connectivitat externa, tots dos tenen com a objectiu assignar recursos computacionals de manera dinàmica. Això permet operacions del sistema més suaus i estables, reduint significativament els requisits de maquinari sense comprometre l'eficiència. És àmpliament reconegut que en els sistemes d'automatització actuals, el programari serveix com a "ànima", però té un valor relativament baix, ja que només representa entre el 5% i el 10% del cost total. A l'era de la computació en núvol, a mesura que les demandes de maquinari disminueixen mentre que els requisits de programari creixen cada cop més estrictes, el valor i la importància del programari dins de la indústria de l'automatització augmentarà substancialment.
⑥ Les noves tecnologies i les filosofies de producte es convertiran en el nucli de la competència.
Sens dubte, el model de computació en núvol aportarà una transformació profunda a la indústria del programari d'automatització. Com navegar per les tendències en desenvolupament de TI? Com desenvolupar programari d'automatització-de propera generació basat en cloud computing? Com garantir la compatibilitat de les versions de programari d'automatització heretades amb plataformes en núvol? Com actualitzar els sistemes tradicionals d'enginyeria d'automatització a sistemes basats en núvol-? Aquestes es convertiran en consideracions principals per a les empreses del sector. Amb la maduració de la tecnologia de computació en núvol i els esforços del sector de l'automatització, el desenvolupament de sistemes d'automatització de la Xina que aprofiten la "informàtica en núvol" avançarà ràpidament. Aquest és també un problema al qual la indústria d'automatització xinesa hauria de prestar molta atenció.
VI. Automatització a l'economia de baixa-carboni
L'automatització en l'economia baixa-carboni és un tema ampli i crític. Ho il·lustrem fent servir la indústria de processos com a exemple. La indústria de processos inclou sectors com ara la petroquímica, la refinació, la química, la metal·lúrgia, els productes farmacèutics, els materials de construcció, la indústria lleugera, la fabricació de paper, la mineria, la protecció del medi ambient i les indústries de generació d'energia-que ocupen posicions dominants a l'economia nacional de la Xina. Aquests sectors ocupen un paper econòmic vital, amb el valor de producció anual de les empreses de la indústria de processos de la Xina que representen el 66% del valor de producció anual total de totes les empreses industrials a tot el país.
L'estat de desenvolupament de les indústries de procés afecta directament la base econòmica de la nació. Com a sector massiu que ocupa una posició vital, les indústries de procés serveixen com a pilar fonamental per al creixement econòmic nacional i constitueixen un component essencial de la fabricació. Caracteritzats per la manipulació de fluxos d'energia i materials continus o intermitents, produeixen principalment béns en lots-grans.
Els mètodes de producció i processament primaris a les indústries de procés inclouen reaccions químiques, separació i mescla. A l'era de l'economia del coneixement del segle XXI, les indústries de procés-com a sectors de fabricació tradicionals-seguiran sent pilars vitals del desenvolupament econòmic. Aquestes indústries són alhora grans productors d'energia i matèries primeres i importants consumidors d'energia, per la qual cosa l'estalvi d'energia, la reducció del consum i el control d'emissions són crítics. Les deficiències comunes en aquests sectors inclouen un alt consum d'energia, una contaminació severa, una mala qualitat del producte, processos de producció obsolets, baixos nivells d'automatització, pràctiques de gestió febles, poca integració de la informació i una competitivitat global insuficient. La indústria constitueix el sector més gran de l'economia de la Xina i també és el principal consumidor d'energia i recursos, així com el principal contribuent a la contaminació ambiental. En conseqüència, les indústries de procés s'han convertit en l'objectiu principal de millora, especialment en sis sectors principals: refinació de petroli, productes químics, acer, generació d'energia, metalls no fèrrics i materials de construcció. Aquests sectors representen gairebé el 70% del consum energètic industrial del país.
Els experts afirmen: en primer lloc, orientar-se als problemes emergents i a les indústries impulsades per -tendències sempre ha estat un secret clau per a la innovació amb èxit en tots els sectors. Les qüestions emergents es refereixen a grans reptes que requereixen una atenció centrada per al futur desenvolupament de la societat humana; Les indústries "impulsades-les tendències" denoten projectes amb un potencial futur immens.
Aleshores, quins són els principals reptes que requereixen una atenció centrada per al futur desenvolupament de la societat humana i els projectes amb un immens potencial futur? Sens dubte, una d'aquestes àrees són els projectes al servei de l'"economia baixa-en carboni" i les "tecnologies de baix-carboni"! L'"economia baixa-carboni" s'ha convertit en una opció estratègica vital per a les institucions i les empreses de recerca. En altres paraules, promoure enèrgicament el desenvolupament de l'"economia baixa-carboni" garanteix inevitablement la iniciativa en innovació per a projectes de recerca i desenvolupament de mercat. Actualment, l'economia global està accelerant la seva transició cap a una "economia baixa-en carboni", que ha generat nombrosos nous punts de creixement econòmic. L'"economia -baixa en carboni" serà la pedra angular de la futura competitivitat nacional i empresarial. Les empreses intel·ligents excel·lent a l'hora d'aprofitar oportunitats, transformar els mètodes de producció i prendre el lideratge-convertint la passivitat en proactivitat. Aprofiten els canvis en els paradigmes de desenvolupament social com a motors per a un creixement accelerat i s'esforcen per capturar el terreny alt de l'economia baixa-carboni.
A l'hora de formular estratègies de desenvolupament corporatiu, les empreses haurien de plantejar-se com establir una "estratègia de baix-carboni" i esforçar-se per créixer al mateix temps que les tendències nacionals de desenvolupament sostenible. Com va dir el famós guru de la gestió Peter Drucker: "Ningú pot controlar el canvi, però tothom pot avançar-se'n!" Les indústries de procés de la Xina han d'adoptar aquest principi, esforçant-se per mantenir-se al capdavant de la corba. La reducció de baixes-emissions de carboni és un imperatiu nacional, una missió històrica i una obligació per a les empreses de procés. Adoptar "baix-carboni" representa una missió important per a aquestes indústries.
VII. Automatització en Seguretat Laboral
L'automatització en seguretat laboral s'ha convertit en un terme d'ús freqüent en els últims anys! Aquest augment prové de l'ocurrència contínua de diversos accidents laborals, impulsant una demanda creixent de tecnologies d'automatització per millorar la seguretat. La prioritat urgent ara és com aprofitar de manera eficient les tecnologies avançades com l'automatització i la informatització per elevar els estàndards de seguretat en el lloc de treball. En conseqüència, la nació ha proposat l'estratègia "Ciència i tecnologia per a la seguretat"! El desenvolupament de la seguretat és igualment inseparable de l'automatització. La seguretat en la fabricació es pot classificar en seguretat mecànica i seguretat de procés.
La seguretat de la maquinària protegeix principalment el personal i ha rebut una atenció important. Els interruptors de seguretat, els botons de seguretat, les portes de seguretat i les estores de seguretat s'han convertit en essencials a les fàbriques, acompanyats de productes com sensors de seguretat, PLC de seguretat, busos de seguretat i Ethernet de seguretat. La seguretat dels processos garanteix la seguretat dels processos de producció. Avui en dia, molts proveïdors d'automatització es plantegen oferir solucions de seguretat. Una veritable solució de seguretat implica més que subministrar un o diversos productes de seguretat; es tracta principalment de millorar la seguretat dels equips de l'usuari. Com integrar les funcions de seguretat a la maquinària i l'equip de l'usuari, millorant la garantia de seguretat sense afectar el procés de producció, encara requereix un millor desenvolupament.
L'automatització fa referència al procés on les màquines o dispositius operen o es controlen segons programes o instruccions predeterminats sense intervenció humana. L'adopció de la tecnologia d'automatització no només allibera les persones del treball físic ardu, determinades tasques mentals i entorns de treball durs o perillosos, sinó que també amplia les capacitats humanes, augmentant significativament la productivitat laboral i millorant la capacitat de la humanitat per comprendre i transformar el món. Per tant, la maquinària, l'equip, els sistemes o els processos (processos de producció i gestió) aconsegueixen objectius predeterminats mitjançant la detecció, el processament de la informació, l'anàlisi i el judici automatitzats i el control de la manipulació-tot això d'acord amb els requisits humans-amb una participació humana mínima o nul·la. L'automatització de seguretat fa referència a la implementació de l'estratègia "Ciència i tecnologia per a la seguretat" mitjançant la tecnologia d'automatització per aconseguir una producció segura. Quan s'aplica a indústries específiques, l'automatització de la seguretat pren diferents formes, com ara: - Automatització de la producció de la seguretat de les mines de carbó - Automatització de la producció de la seguretat petroquímica - Automatització de la producció de la seguretat química - Automatització de la producció de la seguretat metal·lúrgica - Automatització de la producció de la seguretat del transport - Automatització de la producció de la seguretat dels edificis intel·ligents - Automatització de la producció de seguretat en altres indústries
VIII. -Estalvi i consum d'energia-Reducció de l'automatització
En els darrers anys, la "conservació d'energia i reducció del consum" s'ha convertit en un concepte molt important en el desenvolupament de la tecnologia d'automatització de la Xina. "La conservació de l'energia, la reducció d'emissions i el desenvolupament científic" s'han convertit en principis rectors estratègics per al creixement econòmic de la Xina.
Segons les estimacions, la Xina consumeix 4,3 vegades més energia que els Estats Units i 11,5 vegades més que el Japó per generar cada dòlar de PIB. La taxa d'utilització d'energia de la Xina és només del 26,9% del nivell dels EUA i de l'11,5% del Japó. Això indica que el consum d'energia constitueix una part substancial dels costos del producte per a les empreses xineses, alhora que destaca l'enorme potencial d'estalvi energètic d'aquestes empreses. Millorar la competitivitat dels productes mitjançant l'estalvi d'energia i la reducció del consum és totalment factible.
Com a transportista i mitjà de la transformació tecnològica, la indústria de fabricació d'equips serveix com a sector fonamental "orientat als mitjans{0}}". Els seus productes-equips de producció per a totes les indústries-constitueixen la base de la infraestructura bàsica. Caracteritzat per un ampli abast, categories diverses, alt contingut tecnològic i fortes interconnexions amb altres indústries, el sector de fabricació d'equips de la Xina ha evolucionat al llarg dels anys cap a un sistema industrial complet amb una escala considerable i una sofisticació tecnològica, convertint-se en un pilar vital de l'economia nacional. Conservar l'energia i millorar l'eficiència en l'ús de l'energia no són només estratègies a llarg termini-per garantir operacions de producció normals i assolir un desenvolupament empresarial saludable i sostenible, sinó també opcions inevitables per a les empreses per adaptar-se a les demandes del mercat, reduir costos, augmentar els beneficis, millorar el rendiment ambiental i millorar la competitivitat. Perquè les empreses assoleixin un creixement sostingut, és imprescindible implementar l'estalvi d'energia i la reducció del consum.
A mesura que evolucionen els temps, les tasques de conservació d'energia i reducció d'emissions seran cada cop més difícils, amb els objectius de control cada cop més estrictes. La introducció d'aquests objectius imposarà més exigències a les operacions industrials. L'adopció proactiva de tecnologies avançades d'estalvi-i consum{3}}de reducció del consum d'energia i la implementació de conceptes, models i processos de gestió científica són vies crucials perquè les empreses assoleixin aquests objectius. La promoció i aplicació de noves tecnologies, processos, materials i mètodes basats en la innovació tecnològica pot eliminar gradualment equips ineficients i grups de productes que consumeixen-energia-alt nivell de la producció, jugant un paper fonamental en l'avanç de la conservació d'energia i la reducció del consum. Impulsar l'estalvi d'energia i la reducció del consum mitjançant la innovació d'alta-tecnologia és un pas essencial per a la indústria de fabricació d'equips. Això es deu al fet que les altes tecnologies modernes influeixen profundament i àmpliament en el desenvolupament d'aquest sector. L'avenç de les altes tecnologies modernes imposa demandes més altes, més noves i millors a la indústria de fabricació d'equips. El suport d'alta-tecnologia és igualment integral als esforços de "conservació d'energia i reducció del consum" del sector de la fabricació d'equips.
Per exemple, l'eficiència energètica del motor, l'optimització de processos, la conversió de residus-a-recursos, la utilització de la calor residual, la transformació empresarial i l'adopció de noves energies estan intrínsecament vinculats a la tecnologia d'automatització.
IX. Desenvolupament de Software de Control Industrial
L'avenç del programari de control industrial és un altre aspecte vital de la tecnologia d'automatització. Des de la dècada de 1990, les successives adquisicions d'IBM de proveïdors de programari intermedi van elevar el programari intermediari al nucli de l'arquitectura de TI empresarial, destacant gradualment la importància crítica i el paper central del programari. Posteriorment, IBM va adquirir empreses de programari de renom com Lotus i DB2. El programari va començar a avançar al costat del maquinari. El 2004, IBM va vendre el seu negoci d'ordinadors a Lenovo-una mesura que va marcar el final de l'edat daurada del maquinari i l'alba de l'era ascendent del programari.
Dins del control industrial, la programació de maquinari representa una tendència clau, exemplificada per l'aparició de PLC suaus encastats. Actualment, el mercat inclou l'últim programari CoDeSys V3.4 (un PLC suau de sistema incrustat basat en la plataforma CoDeSys) iniciat pel programari 3S d'Alemanya. Defensa el concepte d'"automatització oberta i reconfigurable" centrada en la "reutilització". Aquest programari funciona dins d'un entorn de desenvolupament IEC 61131, que admet diversos llenguatges estàndard d'automatització industrial, com ara lògica d'escala, diagrames de flux, diagrames de blocs i el llenguatge ST avançat.
La reutilització de programari representa una metodologia i una teoria dins de l'enginyeria de programari informàtic, que serveix essencialment com a solució per eliminar els esforços redundants en el desenvolupament de programari. Constitueix un enfocament provat per millorar la productivitat del desenvolupament de programari i la qualitat del producte. La reutilització del programari implica aprofitar el programari existent i els seus components efectius per construir programari o sistemes nous, reduint així el temps de desenvolupament i els costos de manteniment. Es presenta com una tecnologia crucial per millorar la productivitat i la qualitat del programari.
Els factors clau (tant tècnics com no{0}}tècnics) per aconseguir la reutilització del programari inclouen principalment set aspectes: tecnologia de components de programari, arquitectura de programari, enginyeria de dominis, reenginyeria de programari, processos de components oberts, tecnologia CASE (Enginyeria de programari assistida per ordinador) i diversos factors no-tècnics. Els beneficis de la reutilització del programari inclouen: (1) Major productivitat (i consegüent reducció de costos); (2) Millora de la qualitat del programari. (els errors es poden corregir més ràpidament); (3) L'ús adequat de la reutilització del programari millora el manteniment del sistema.
Més enllà dels avantatges de la reutilització del programari, el programari CoDeSys també inclou una fabricació reconfigurable. La fabricació reconfigurable és un procés que guia la gestió i el control de la reconfiguració del sistema de fabricació. Permet que els sistemes de fabricació responguin eficaçment als entorns canviants. La reconfigurabilitat es refereix a un sistema on els seus mòduls de maquinari i/o mòduls de programari poden reconfigurar (o restablir) l'arquitectura i els algorismes del sistema basats en els fluxos de dades canviants o els fluxos de control. Això inclou: reconfigurabilitat organitzativa, reconfigurabilitat de processos de negoci, reconfigurabilitat de producte, reconfigurabilitat del sistema de processament de planta i plataformes d'informació reconfigurables.
L'avantatge més destacat dels sistemes reconfigurables és la seva capacitat d'alterar la seva arquitectura per adaptar-se als requisits específics de l'aplicació. Davant del mercat en constant canvi-, com permetre que els sistemes de fabricació responguin de manera ràpida i econòmica a les demandes canviants del mercat presenta un repte important per a la indústria manufacturera actual. Les línies de producció automatitzades mecanitzades tradicionals ofereixen economies d'escala per a la producció per lots, però no tenen agilitat per respondre als canvis del mercat. Tot i que els sistemes de fabricació flexibles poden escurçar els cicles de producció i prototipatge de productes, requereixen una inversió substancial amb llargs períodes de recuperació. En conseqüència, hi ha una necessitat urgent d'un nou paradigma de fabricació que combini els beneficis de la producció en massa amb una ràpida adaptabilitat a entorns de fabricació dinàmics i canviants, alhora que aprofiti completament els recursos de fabricació existents. En aquest context, el sistema de fabricació reconfigurable proposat recentment presenta una solució eficaç per satisfer aquestes demandes.
A més, el TIA Portal (博途) recomanat per Siemens representa una innovadora plataforma de programari d'enginyeria desenvolupada per Siemens basada en el concepte TIA (Totally Integrated Automation). Gestiona totes les tasques d'automatització dins d'un únic entorn de configuració d'enginyeria, simplificant el treball dels dissenyadors, millorant l'eficiència i reduint costos. En aconseguir una comunicació unificada, una programació unificada i dades unificades, forma un sistema complet i orgànicament integrat. Això compleix l'expectativa de la indústria d'una plataforma totalment integrada per executar solucions d'automatització, que permeti la gestió centralitzada del disseny del producte, el disseny mecànic i el disseny d'automatització dins d'una única suite de programari. En conseqüència, és la plataforma de programari de tecnologia d'enginyeria més intuïtiva, eficient i fiable disponible avui dia. Aquest desenvolupament mereix atenció dins del sector del control industrial.
X. Universalització de la simulació i modelització
La tecnologia de modelització i simulació en xarxa representa un punt de recerca actual en el camp. El seu abast tècnic i els seus models d'aplicació s'estan expandint i evolucionant contínuament al costat dels avenços en la tecnologia de xarxes. El ràpid desenvolupament de les tecnologies de xarxes i informàtica ens està introduint a l'era de la informàtica ubiqua. La informàtica ubiqua estableix un espai d'informació compost per informàtica i comunicació, fusionant-se amb l'espai físic de la vida humana per formar un entorn intel·ligent.
Dins d'aquest espai intel·ligent, les persones poden accedir de manera transparent als serveis informàtics i d'informació en qualsevol moment i en qualsevol lloc. La tecnologia de modelització i simulació en xarxa evolucionarà cap a la universalització. La "tecnologia de simulació universal", que integra la informàtica ubiqua, aconsegueix la convergència de la informació i els espais físics, impulsant la investigació, el desenvolupament i l'aplicació de modelatge i simulació moderns a una nova era.
Per als futurs entorns informàtics ubiquais complexos, heterogenis i dinàmics, els sistemes de simulació omnipresents presenten les següents característiques fonamentals:
⑴ Accessibilitat ubiqua:Els recursos de simulació són omnipresents. Aprofitant la tecnologia de la xarxa, les graelles de simulació permeten el subministrament orientat al servei-de diversos recursos de simulació de programari i maquinari dins de la vida diària. Això protegeix els usuaris d'entorns informàtics omnipresents complexos i heterogenis, fent que els recursos de simulació estiguin disponibles de manera universal i abordant el problema de la "ubiqüitat".
⑵ En qualsevol moment i en qualsevol lloc:Els usuaris poden accedir als serveis de simulació als seus llocs de treball o de vida sense estar connectats a un ordinador dedicat. La tecnologia Grid amplia els terminals d'aplicacions de simulació a tots els racons de la xarxa, alliberant completament els usuaris de limitacions temporals i espacials. Qualsevol dispositiu en xarxa pot accedir als recursos i serveis de simulació dins de l'entorn de la xarxa, complint el requisit d'accés "en qualsevol moment i en qualsevol lloc".
⑶ Adaptatiu:L'espai d'informació de simulació ofereix serveis de simulació coherents que s'adapten a les condicions canviants, oferint entorns computacionals adaptats a les necessitats dels usuaris.
⑷ Transparent:Els usuaris accedeixen als serveis de simulació amb un esforç conscient mínim. La interacció és molt natural-fins i tot desapercebuda per a l'usuari-incarnant el que s'anomena interacció implícita.
La integració de conceptes i tecnologies d'informàtica omnipresents a les graelles de simulació aborda de manera eficaç els requisits emergents dels entorns de simulació omnipresents-mobilitat, adaptabilitat, intel·ligència i models d'aplicació-permet espais d'informació de simulació per oferir entorns adaptatius i serveis coherents adaptats a les necessitats dels usuaris. La tecnologia convergent de la informàtica en xarxa i la informàtica ubiqua-tecnologia de graella de simulació ubiqua-essorgirà com un nou punt focal en la investigació i aplicacions de modelització i simulació en xarxa.
En resum, les deu principals tendències actuals en tecnologia d'automatització revelen que la innovació en automatització es pot resumir en diverses paraules clau: integració, comunicació, col·laboració, eficiència energètica, seguretat, estàndards i obertura. Això també ha donat lloc a nombrosos productes i conceptes nous. Durant molts anys, la nova automatització ha estat la força més directa que impulsa el ràpid desenvolupament de la fabricació. Aquesta força, impulsada inevitablement per la força motriu de la "innovació", sens dubte brillarà de manera brillant a l'era de la fabricació intel·ligent!