工業(yè)自動化系統(tǒng)集成是現(xiàn)代制造業(yè)數字化轉型的核心引擎,其發(fā)展歷程與未來走向深刻影響著工業(yè)生產的效率、靈活性與智能化水平。從當前的發(fā)展態(tài)勢與研發(fā)焦點來看,工業(yè)自動化系統(tǒng)集成正沿著一條清晰而充滿變革的路徑演進。
一、 當前發(fā)展態(tài)勢:融合與智能化成為主旋律
經過數十年的發(fā)展,工業(yè)自動化已從單機自動化、生產線自動化,邁入以系統(tǒng)集成為特征的整體解決方案階段。當前的發(fā)展呈現(xiàn)出幾個鮮明特點:
- 深度信息技術融合:傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)等自動化控制系統(tǒng),正與物聯(lián)網(IoT)、云計算、大數據、人工智能(AI)及5G通信技術深度融合。系統(tǒng)集成不再僅僅是硬件與軟件的連接,更是數據流、信息流與業(yè)務流的全面打通與協(xié)同。
- 軟件定義與平臺化:硬件趨于標準化和模塊化,而軟件的價值日益凸顯。基于工業(yè)互聯(lián)網平臺或云平臺的系統(tǒng)集成模式興起,通過統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)不同品牌、不同協(xié)議設備的接入、數據采集、應用開發(fā)與運維管理,大幅提升了集成的靈活性和可擴展性。
- 柔性化與個性化需求驅動:面對市場需求的快速變化和小批量、多品種的生產趨勢,自動化系統(tǒng)集成更加強調柔性。集成方案需能夠快速響應工藝調整、產線重組,支持大規(guī)模個性化定制。
- 全生命周期服務:系統(tǒng)集成服務從傳統(tǒng)的設計、安裝、調試,延伸至涵蓋預測性維護、能效管理、工藝優(yōu)化、遠程運維等在內的全生命周期管理,價值創(chuàng)造點向運營端持續(xù)延伸。
二、 自動化控制系統(tǒng)及系統(tǒng)集成的研發(fā)焦點
為應對上述發(fā)展趨勢,相關的研發(fā)工作正聚焦于以下幾個關鍵領域:
- 開放式與互操作性:研發(fā)重點在于打破“信息孤島”,推動采用OPC UA、TSN(時間敏感網絡)等開放式、統(tǒng)一的標準協(xié)議,實現(xiàn)跨廠商、跨層級設備與系統(tǒng)的無縫通信與互操作。這是實現(xiàn)深度集成的基礎。
- 邊緣智能與云邊協(xié)同:在靠近數據源頭的邊緣側部署具備計算和AI能力的智能控制器或邊緣網關,實現(xiàn)數據的實時處理、本地決策與快速響應。與云端進行協(xié)同,云端負責海量數據存儲、復雜模型訓練和全局優(yōu)化,形成高效的分層計算架構。
- 人工智能與工業(yè)知識的深度融合:將機器學習、深度學習、機器視覺等AI技術深度嵌入自動化控制系統(tǒng)。研發(fā)方向包括智能感知(如視覺質檢、預測性維護)、智能決策(如工藝參數自優(yōu)化、生產調度優(yōu)化)和智能控制(如自適應控制、協(xié)同控制),使系統(tǒng)具備自感知、自決策、自執(zhí)行的能力。
- 數字孿生技術的集成應用:構建物理實體與虛擬模型實時映射、交互反饋的數字孿生系統(tǒng),成為研發(fā)熱點。它在系統(tǒng)集成中用于設計仿真、虛擬調試、運行狀態(tài)實時監(jiān)控、預測性維護和操作員培訓,極大地降低了試錯成本,提升了系統(tǒng)可靠性和運維效率。
- 網絡安全縱深防御:隨著系統(tǒng)的開放與互聯(lián),網絡安全風險劇增。研發(fā)需貫穿于控制系統(tǒng)硬件、軟件、通信協(xié)議及管理流程的全環(huán)節(jié),構建覆蓋邊緣、網絡、平臺和應用的縱深防御體系,保障工業(yè)系統(tǒng)的安全可靠運行。
三、 未來走向何方:邁向自主智能的工業(yè)新生態(tài)
工業(yè)自動化系統(tǒng)集成將朝著更智能、更自主、更泛在的方向演進:
- 高度自主的智能系統(tǒng)(AIS):系統(tǒng)將具備更強的環(huán)境感知、自主學習和協(xié)同決策能力,能夠在動態(tài)變化的環(huán)境中自主完成復雜任務,實現(xiàn)從“人機協(xié)同”到“機機自主協(xié)同”的跨越。
- “軟件定義一切”的柔性制造:基于統(tǒng)一的數字平臺,通過軟件靈活配置和調度物理資源(設備、機器人、物流單元),實現(xiàn)生產線的“一鍵重組”和生產模式的快速切換,真正實現(xiàn)大規(guī)模個性化定制。
- 產業(yè)鏈級協(xié)同與優(yōu)化:系統(tǒng)集成邊界將從單個工廠擴展到整個供應鏈乃至產業(yè)鏈。通過工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)上下游企業(yè)間設計、生產、物流、服務數據的互通與業(yè)務協(xié)同,實現(xiàn)全局資源優(yōu)化和效率提升。
- 可持續(xù)與綠色化集成:能效管理、碳足跡追蹤、資源循環(huán)利用等綠色制造要求將被深度集成到自動化系統(tǒng)中,通過智能優(yōu)化控制實現(xiàn)節(jié)能降耗,助力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
- 低代碼/無代碼與平民化開發(fā):為了降低開發(fā)門檻、加速應用創(chuàng)新,面向工程師甚至業(yè)務人員的低代碼/無代碼開發(fā)工具和平臺將更加成熟,使行業(yè)知識和經驗能快速轉化為可部署的自動化應用。
****
工業(yè)自動化系統(tǒng)集成的發(fā)展,本質上是信息技術(IT)、運營技術(OT)與行業(yè)知識(KT)不斷深化融合的過程。其未來航向已清晰指向構建一個互聯(lián)互通、數據驅動、軟件定義、智能自主的工業(yè)新生態(tài)。對于從業(yè)者而言,持續(xù)關注并投入于開放式架構、人工智能、數字孿生、網絡安全等核心技術的研發(fā)與應用,將是把握未來競爭主動權的關鍵。