工业控制领域关键技术趋势
1.柔性生產?
上世紀10年代,人類開創了流水線剛性生產的工廠生產 新模式,降低了單位產品的生產成本,使得一些昂貴的消 費品向大眾普及。然而,隨著人口基數不斷上漲以及中產階層不斷擴大,產品的個性化正成為消費的主流,作為以 快速和多樣化為特點的柔性生產在制造業中扮演的角色 愈來愈重要。
柔性生產滿足定制化產品需要,5G 使能更可靠的無線OT網絡。
相比較剛性生產,柔性生產能夠快速切換生產線,有著 靈活滿足客戶定制化要求、極大縮短生產周期等優點。柔性生產有著不同的實現方式和粒度,例如柔性制造單 元可在同一條產線適配多種產品生產,柔性產線可基于 不同訂單進行產線快速調整。基于柔性生產,工位的全無 線化將帶來更大的便利性,包括電和氣的快速插拔模式 以及通信的無線化。在核心生產環境的OT網絡引入無線 化后,5G網絡對比Wi-Fi的可靠性、低時延和大聯接優勢 將得以體現,使得無線化的優勢能夠在規模商用的場景 中兌現價值,更好的促進柔性生產發展,增強企業市場 競爭。
2. 扁平化架構?
當前工業控制系統以傳統的五層架構為主,即企業層、管 理層、操作層、控制層和現場層。工業控制系統內的各生 產線之間相互獨立,生產數據由控制器上傳到上層的IT 網絡后集中處理,這種架構下會導致上層的IT網絡難以 觸及現場層的生產系統,大量生產數據沉淀、消失在工 業控制層,不能被進一步利用,此外也導致生產線之間 無法進行深度協同。因此使能IT網絡與OT網絡之間的全 域數據流通成為了工業控制網絡的發展趨勢之一。?
工業控制網絡扁平化框架逐步發力,5G使能更便捷靈活的全域扁平化架構。
當前業界領先企業已逐步采用OT+IT扁平化的網絡架構, 相較于傳統的五層工控網絡架構,扁平化網絡架構的優勢在于原有五層架構下的工業設備之間都可以通過網關 相互連接,實現網絡聯接與控制邏輯之間的解耦,同時 也實現了預測性維護數據流的從下至上的打通。基于有 線網絡實現扁平化架構受限于組網配置與有線網關端口 的物理綁定,難以適應靈活快速的調整,且實現全域的 扁平化架構配置較為復雜。5G支持終端基于無線方式接 入,天然提供全域一張網的基礎架構,擺脫了物理線路 和端口的綁定約束,可以靈活快速的進行組網配置等調 整。此外,相比于3G/4G,5G支持基于5G LAN特性的二層接入,可方便的進行OT和IT網絡的扁平化融合,基于 5G的切片功能還可進一步實現單個設備中的多個業務承 載于不同VLAN的能力。基于這些功能,5G可以更便捷的 使能全域扁平化架構,使得工廠IT網絡與OT網絡間信息 能更靈活的流轉,最大程度地滿足高層級系統向現場層 延伸的需求,實時回傳用于優化生產的數據。
3. 少人化無人化控制?
自動化一直是工業發展的核心,也是未來工控領域發展 的方向,云計算、5G等新技術正在加速這一趨勢。?
少人化無人化提升生產效率,5G使能 遠程控制促進少人化無人化發展。?
隨著中國人均收入不斷上漲,制造業人力成本持續攀升, 生產過程中少人化的作用逐漸顯現。少人化無人化的目的 不旨在削減人員數量,而是通過少人化無人化途徑減少 可重復工種、低附加值或者從事危險性工作的人員數量, 并培訓被削減的人員,使其適應更高附加值的崗位來為 企業創造更大價值。煤礦、鋼鐵水泥等流程制造行業和港 口、建筑、冷庫等行業的少人化無人化訴求主要體現在起 重運輸應用,例如鋼鐵廠利用遠程控制行車,無人化行車 實現物流分揀的全流程自動化。這類應用過去通過光纖 或者Wi-Fi連接實現遠程操控,但光纖的部署距離長、成本高,Wi-Fi可靠性不高且室外場景覆蓋距離受限,故5G 正逐漸進入這類應用場景,提供靈活可靠的無線聯接。
4. 開放自動化?
在工業互聯網和數字化轉型的浪潮下,工業領域正在 經歷一場顛覆性變革,工業體系和互聯網將進行深度融合。得益于機器學習、增強現實、實時分析和工業物聯網 (IIoT)等各類技術的進步,工業企業和制造商將有望滿足當前這個時代對敏捷和數字化的需求。然而,在企業實 現工業4.0愿景的過程中,各類封閉的專有自動化平臺對 效率形成一定障礙,不利于多元自動化系統集成,而且升 級和維護成本高昂。工業領域一直因缺乏適應性、模塊 化和互操作性而備受困擾,同時這些問題也阻礙了行業 創新。?
作為全球能源管理和自動化領域的數字化轉型專家,施耐德電氣推出以軟件為中心的EcoStruxureTM開放自動化平臺,同時呼吁業界廣泛采用開放自動化標準,激發行業 協同創新,以提高效率、生產力、靈活性和可持續性。?
開放自動化基于IEC61499標準的“即 插即生產”自動化軟件組件組成的系統,5G助力更靈活的分布式部署。?
開放自動化采用IEC61499事件驅動、開放的自動化工程 設計和分布式部署,可實現將自動化應用程序與硬件分 離,使用一種建模語言來設計多種工業邊緣應用,實現原 生的IT/OT融合,真正實現以資產為中心自動化。結合5G 高帶寬、低時延 。
互聯互通社區
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總結
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