文章來源：施耐德電氣 微信公眾號
數(shù)字化，正在成為工業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素。而在工廠現(xiàn)場，它則是通過硬件和軟件的嵌合，不動聲色地帶來了全新的形態(tài)。這其中，原來就和平相處的電氣、自動化和軟件，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)分析的催化，形成了一種全新的力量，從而推動了綠色智能制造的大發(fā)展。
而用戶的價值觀，則一手推動了自動化的進化。
自動化與電氣的融合
早期自動化
早期的自動化，電氣占了很大的比重，尤其是檢測、調(diào)節(jié)控制等部分。在當(dāng)時機器人和PLC用量還很少，很多場景就是電氣回路，靠電芯能力來控制。
PLC的誕生
而隨著PLC的誕生，也就是莫迪康Modicon的PLC誕生而開始，自動化迎來了大發(fā)展。由于電氣具有簡單、抗干擾強的一些獨到優(yōu)點，仍然保持了強勁的生命力?？梢哉f，中低壓配電與自動化系統(tǒng)，一開始就有著先天性的結(jié)合點，二者有著強勁的連接通道。
信息化
隨著自動化進程加速，信息化也接踵而至。DCS/PLC等自動化產(chǎn)品，讓現(xiàn)場人工操作大幅度減少。在完成了現(xiàn)場的自動化改造之后，閥門由手動開啟變成了自動開啟，通過人工現(xiàn)場測量的手工抄表改成了智能上傳，信息化也同步開啟了它的旅程。眾多信息管理系統(tǒng)，小到維修工單，大到資產(chǎn)管理，各種流程的信息，都進行了集中性的管理。既實現(xiàn)了從現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動采集，而工作流程也被有效地打通，自動化與信息化的結(jié)合，大大減少了人工操作，提高了運維效率。
從傳統(tǒng)自動化與信息化的階段，人們的決策受限于很多的數(shù)據(jù)孤島。電氣系統(tǒng)、自動化往往是分開的，信息化系統(tǒng)也自有一套架構(gòu)。這些子系統(tǒng)之間，很少建立聯(lián)系。而在當(dāng)下，工業(yè)領(lǐng)域正在堅定地向數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。從某種意義而言，可以看成是一個高級的自動化。原先的自動化，更多的是把人從體力勞動中解放出來；而現(xiàn)在，數(shù)字化把一些腦力勞動也解放出來，讓機器來實現(xiàn)，從而大大增加了工業(yè)智能化。
由于計算、通訊的能力都得到加強，數(shù)據(jù)開始加速流動，不同來源的異構(gòu)數(shù)據(jù)，終于找到了融合點。電氣、自動化、各種軟件系統(tǒng)，都需要綜合到一個高級自動化的戰(zhàn)略平臺。而其核心價值的實現(xiàn)，正是靠工業(yè)軟件的應(yīng)用。然而這種融合，并不能單純靠外部購買，來進行組合。蘋果手機優(yōu)良的性能，并不在于它的硬件本身，而是因為硬件和軟件，都進行了一對一的優(yōu)化。這就是“數(shù)字原生態(tài)”的力量，只有從底層就開始的融合，才能產(chǎn)生最大效果的優(yōu)化。
與此同時，過程自動化與配電管理，也正在進行深度打通。它將電氣設(shè)備、自動化和軟件，也就是軟件、硬件都囊括在里頭。
電氣與自控，既可以在做好安全的控制的時候，實現(xiàn)能耗的優(yōu)化；也可以更好地與流程模擬軟件如PRO/II的融合，實現(xiàn)工藝最大的優(yōu)化。這二者都是流程行業(yè)最為看重的效率提升的主戰(zhàn)場。這兩個現(xiàn)場級的融合，使得子系統(tǒng)需要有更強勁的連接能力和自洽關(guān)系。
電氣、自動化和軟件三者在一起，就像是水、面和酵母。當(dāng)酵母開始發(fā)力的時候，電氣與自動化的融合，形成了更大的蓬勃之勢，而軟件正在重塑硬件的特性。這三者比例是一個動態(tài)調(diào)整過程，但三者并非替代關(guān)系，而是兼容向上發(fā)展的深層嵌入?？梢哉f，軟件的一個重要屬性，就是提升硬件的價值。每一個自動化廠商，都無法忽視這一點。如施耐德電氣在完成生產(chǎn)整合之后，目前已經(jīng)擁有大概數(shù)百種軟件。這些無處不在的軟件，將傳統(tǒng)部門割裂之間的縫隙，逐一填滿。數(shù)據(jù)的自由流動，改變了自動化的形狀，改變了硬件特征，也改變了用戶的業(yè)務(wù)效率。
硬件更加智能，為物聯(lián)而生
數(shù)字化的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)。數(shù)字化拼的是對數(shù)據(jù)價值的挖掘，如果數(shù)據(jù)收集上來沒有分析產(chǎn)生洞察，來影響生產(chǎn)決策，那數(shù)據(jù)就是死的。而數(shù)據(jù)來源最多的地方，還是來自于設(shè)備。電氣設(shè)備現(xiàn)在也開始走向強大的通訊功能，一個開關(guān)設(shè)備，既可以連接網(wǎng)線，也有USB接口，現(xiàn)在還可能看到無線WIFI等。底層的硬件激活，后續(xù)的自動化和信息化，將有著更大的空間。
控制系統(tǒng)正在發(fā)生變化。硬件紛紛武裝，實現(xiàn)鳥槍換炮。傳統(tǒng)的工控機或者PLC這些硬件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，都要跟物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合。許多數(shù)據(jù)或者以邊緣計算的方式，或者上云。這使得，工控機、PLC、變頻器等，都需要提供上云的接口。很多自動化系統(tǒng)，包括電氣設(shè)備，都在追求“一鍵組態(tài)”。組態(tài)方式只需要調(diào)用，而無需通過通訊軟件來定義接口。這使得現(xiàn)場調(diào)試時間，大幅度縮減。
這背后，其實是專業(yè)知識的復(fù)用。許多新興的知識專家系統(tǒng)，包含了諸多決策支撐軟件，直接與硬件結(jié)合在一起，離不開現(xiàn)場部署的工控機和邊緣網(wǎng)關(guān)。這種以知識復(fù)用為特點的“邊緣自動顧問”的形態(tài)，是傳統(tǒng)自動化硬件最需要跟上來的一種思維。
智能制造最大的一個落腳點，就是IT與OT融合。從數(shù)據(jù)流向來看，是從OT上升到IT，再返回下沉到OT。這種流動，過去自動化也一直在發(fā)生。從表面看上去，這只是服務(wù)器和云的差別。但在本質(zhì)則大為不同，一個是時效性，一個是計算性。工控機不僅僅把數(shù)據(jù)采集過來，而且要學(xué)會分析，有的用于計算分析，有的用于簡單呈現(xiàn)。因此工控機、PLC等控制器，不僅僅是承上啟下要具備智慧的功能，把正確的信息，在正確的時間、正確的地點，用正確的方式傳送到正確的工位（人），同時實現(xiàn)感知和反饋，形成有效的閉環(huán)。
施耐德電氣的Modicon M262 PLC體現(xiàn)了這種發(fā)展的方向和趨勢。邊緣控制這一層，它的邊界或者它對上和對下的拓展的速度和寬度，很好地適用了IOT時代。M262 PLC對上可以通訊，直接上云；對互聯(lián)互通的同級產(chǎn)品層，它又起到一個很好的邏輯控制與運動控制控制器的效果。
這些技術(shù)發(fā)展使得傳統(tǒng)的對于PLC、工控機、包括一些安全模塊等硬件的定位邊界，隨著數(shù)字化時代的到來，逐漸統(tǒng)一化，或者邊界變得更加模糊。而這些變化，也帶動了產(chǎn)品設(shè)計的變化?？紤]到硬件跟云的結(jié)合，以及物聯(lián)網(wǎng)的連接通訊要求，自動化供應(yīng)商在設(shè)計控制系統(tǒng)的時候，也開始直接與微軟等云基礎(chǔ)設(shè)施提供商 進行對話，在標(biāo)準(zhǔn)層面為硬件做特殊的一些應(yīng)用開發(fā)。而在之前，都是通過第三方進行交涉。這意味著，OT與IT的融合，在底層上正在追求著最徹底的融合。
而各種自動化系統(tǒng)、電氣設(shè)備,哪怕是開關(guān)，都需要留有數(shù)據(jù)接口和必要數(shù)據(jù)處理的功能。底層，已經(jīng)敞開懷抱，迎接軟件的融合。
從控制系統(tǒng),轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)流
在完成了信息的采集、存儲，然后信息流的打通之后，必然有一個非常強烈的需求和數(shù)據(jù)的分析。例如,對設(shè)備運維而言，或者是基于嚴(yán)格機理模型的運營優(yōu)化策略，或者是針對工藝生產(chǎn)的參數(shù)結(jié)合起來，通過先進過程分析等軟件使得生產(chǎn)效率達到一個全裝置的最優(yōu)。還有一種，則是目前正在走熱的基于大數(shù)據(jù)分析。這三種不同的方法，都能夠使得設(shè)備在出現(xiàn)了明顯故障之前，提前介入。這比過去的生產(chǎn)運營方式有了一個極大的提升。這其中，數(shù)據(jù)驅(qū)動，都起到了明顯的杠桿作用。
在傳統(tǒng)的自動化和信息化架構(gòu)中，存在著很多中間層的夾板。例如運營、績效和質(zhì)量管理，可以看成是制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的三大最基本的功能。然而，如果最底層數(shù)據(jù)，無法到達這一層，那么運營本身的計量，就會大打折扣。
數(shù)據(jù)正在成為比控制系統(tǒng)本身更引人注目的焦點。以前談?wù)撥浖到y(tǒng)或者自動化，往往都是基于一個項目。而現(xiàn)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型，往往都是從一個工廠甚至一個集團的視角。過去PLC或者控制系統(tǒng)，往往是整個項目的核心，而現(xiàn)在走向了以數(shù)據(jù)流驅(qū)動的業(yè)務(wù)為核心。
換言之，從大的數(shù)字化項目來說，PLC已經(jīng)不再是核心，更重要的是關(guān)注于整個廠區(qū)如何布控、機器如何運行、能耗如何管理。當(dāng)這些本來各自鎖在自己房間里的數(shù)據(jù)，自由闖過信息系統(tǒng)的墻壁，匯聚到大堂的時候，數(shù)據(jù)大合唱有了全新的旋律。
以最常見的水泥行業(yè)為例，其生產(chǎn)總成本的60%以上，都來自能源消耗。水泥是建材行業(yè)的能耗之王，該行業(yè)能耗約占全球的2%，而二氧化碳排放量也占到了全球的5%?，F(xiàn)在，中國已經(jīng)正式宣布，要實現(xiàn)“2035年碳達峰、2060年碳中和”的艱巨目標(biāo)。這股刀片般鋒利的倒逼寒意，水泥行業(yè)會最先感受。祁連山水泥廠已經(jīng)率先行動起來。以前生產(chǎn)中經(jīng)常面臨著這樣的困難：能源消耗和生產(chǎn)進度，二者就像是用兩種電報密碼同時發(fā)送過來，無法溝通。管理層就算是明明知道能源有浪費，卻由于無法實時獲悉設(shè)備的運行工況而無可奈何。而設(shè)備運行的優(yōu)化，更是靠經(jīng)驗吃飯。以熟料燒成環(huán)節(jié)為例，窯操作員往往需要同時觀察多達上百個工藝參數(shù)的動態(tài)情況。一旦有變化，就要在數(shù)秒內(nèi)做出判斷，并給出調(diào)節(jié)指令。這種靠著老師傅的心氣和經(jīng)驗，來把控最優(yōu)生產(chǎn)的方式，已經(jīng)走到了死胡同。即使自動化控制系統(tǒng)再先進，也于事無補。
水泥廠的管理層已經(jīng)意識到，只有將監(jiān)測水電煤氣的能源管理系統(tǒng)，與自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)完全打通，讓設(shè)備處于最優(yōu)的運行狀態(tài)，才能真正打開節(jié)能密碼。最后按照這種思路的上馬數(shù)字化系統(tǒng)，使得熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降1公斤，而工序電耗則下降0.7度/噸。而上線三年，從來沒有發(fā)生過由于誤操作而導(dǎo)致的失控狀態(tài)。自動化與能耗的功效如雙劍合璧，力出一孔。
客戶關(guān)注的不再是過去能控制多少點數(shù)，而是從硬件上獲取的數(shù)據(jù)，特別是生產(chǎn)一線的數(shù)據(jù)，所帶來的價值。既然業(yè)務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)流成為核心，硬件也需要適應(yīng)這種變化。無論是變頻器、觸摸屏的性能設(shè)計和安全認(rèn)證，都要圍繞著數(shù)據(jù)流的聚散而發(fā)展。
不僅僅是裝備升級、線控系統(tǒng)升級，而是利用大數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)有力的輔助決策。水泥工廠將不再是一個完全依賴于人組織生產(chǎn)的工廠，而是一個復(fù)雜的人機組合的智能混合體。
軟件粘合，成就混合控制系統(tǒng)
快速消費品如食品飲料CPG 以及醫(yī)藥等行業(yè)，往往呈現(xiàn)了一種混合型的生產(chǎn)形態(tài)。前端處理是流程工藝，涉及到DCS控制系統(tǒng)，多用于模擬量控制；而后邊工序的包裝和物流，則呈現(xiàn)離散特征，需要可編程控制PLC來完成邏輯控制、順序控制等。這兩種不同的控制器，本來就像是兩個試管，一個注油，一個注水，各有分工，并不相同。一種實時性要求更高，常于單機控制；一種比較封閉，強調(diào)多設(shè)備協(xié)同，與機理模型配合多。
要想讓混合型行業(yè)的工程和調(diào)試方面，更加有效率，就需要有一個平臺，兼顧DCS和PLC的優(yōu)勢，這也正是對控制系統(tǒng)柔韌性的一個考驗。同一套軟件編程平臺，正在起到這樣的作用，就像U型連通器一樣，DCS和PLC的功能，被連接在一起。施耐德電氣發(fā)布的EcoStruxure過程控制專家，正是這樣一個連通器式的控制系統(tǒng)，它吸收了PLC和DCS的特點，實現(xiàn)了各自的優(yōu)勢。無論是前端的流程特性，還是到后端的離散特性，都可以有一個全套的解決方案。
DCS和PLC這兩種控制器的界限在逐漸模糊，由一套基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)形成產(chǎn)品系列的時代正在到來。而配套的軟件，也逐漸有了更多的共同點。
數(shù)字化交付
如果說前面三個角度都是顯微鏡的微觀能力，那么對于經(jīng)營者而言，更要有一種望遠鏡般的長焦能力，那就是實現(xiàn)工廠的數(shù)字化交付。這是從更長的工廠生命周期來看，企業(yè)的萬千要素集合在一個框架之下，在過去這一般是有幾十個孤立的系統(tǒng)相互嵌套而成。它也意味著需要將現(xiàn)場如此眾多的硬件和軟件，都由同一個架構(gòu)來駕馭，這一度是一個烏托邦式的理念。
但作為一個數(shù)字化的結(jié)果，平臺式的數(shù)字化交付的出現(xiàn)，卻是水到渠成。平臺就像一棟樓房的鋼筋骨架，多姿多彩的空間布局，都可以在上面自由完成。自動化平臺決定了所有附著在上的子系統(tǒng)，具有先天的自洽性。
而現(xiàn)在，借助于軟件的連接，和對于數(shù)據(jù)自由流動的需求，企業(yè)用戶需要將各種維度的信息系統(tǒng)，進行連通式的管理。平臺化，將具有一個最重要的選擇。
一個工廠的誕生從設(shè)計端的三維工廠開始設(shè)計，然后通過建造方，最后才轉(zhuǎn)交到業(yè)主進行運維服務(wù)。這其中，涉及到不同的組織，在不同的時間和空間進行切換，中間必然有大量的設(shè)備信息、備件信息、施工信息等的流失。過去一個中等規(guī)模的石化工廠交付的時候，可能是好幾卡車的資料。圖紙數(shù)據(jù)量是非常大的；而且這些圖紙資料存檔的數(shù)據(jù)，在交付之后，很難維護。由于裝置不斷在變，經(jīng)過一兩年之后，不管是IT系統(tǒng)，還是圖紙資料，裝置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率會衰減得厲害，大概只有50%的準(zhǔn)確率。沒有望遠鏡，還真找不到這些草蛇灰線。而數(shù)字化交付，則試圖一統(tǒng)信息流，讓不同節(jié)點下的數(shù)據(jù)，都能重新組合。工廠建造軟件在交付工廠模型的時候，同步留下一個數(shù)字孿生空間，與其它許多供應(yīng)商提供的數(shù)字孿生設(shè)備，有機地在數(shù)字世界，形成邏輯自洽。當(dāng)運行過程中，圖紙文檔等靜態(tài)數(shù)據(jù)，與控制系統(tǒng)的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，可以有效地動靜結(jié)合，從而為業(yè)主提供最大的價值的數(shù)字工廠。
這是一場雄心勃勃的嘗試。而這些，都需要一種平臺化的支撐。
用戶并沒有浪費更多的時間，他們想用一個平臺，來統(tǒng)一斑駁多樣的設(shè)備和系統(tǒng)草蛇灰線，成為了建造數(shù)字工廠的最大推動力。用戶也開始遷移，而既有品牌的粘性，業(yè)已形成的價值觀認(rèn)同，也加快了集成的速度。如傳統(tǒng)的制藥行業(yè)，由于以前使用Intouch的SCADA軟件，已經(jīng)融合到生產(chǎn)系統(tǒng)中去。而現(xiàn)在，隨著這些軟件升級為系統(tǒng)平臺（AVEVA），同時帶動底層控制系統(tǒng)如Modicon PLC的同步跟隨，就可以無縫切入到基于軟件系統(tǒng)的EcoStruxure過程控制專家?？梢哉f，“軟件先行，硬件同步，平臺打底”的整體解決方案，更容易正中用戶心懷。
隨著對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型價值的預(yù)期，用戶要求的方案，往往都是電氣設(shè)備，自動化系統(tǒng)、設(shè)備、軟件的聯(lián)合方案。只有通過咨詢顧問式的能力，提供整體方案，才會讓用戶的數(shù)字化工廠的預(yù)期，有了更清晰的判斷。這是一種集成的優(yōu)勢，也是傳統(tǒng)自動化廠商正在優(yōu)化的腳步。
在湖北一家化工企業(yè)，最早SIS安全系統(tǒng)，采用了施耐德電氣的Triconex。但單純的安全硬件系統(tǒng)，無法有效地跟其它關(guān)鍵指標(biāo)，如能耗、運維等結(jié)合在一起。在這種情況下，基于平臺系統(tǒng)的數(shù)字化平臺，則展現(xiàn)了獨特的優(yōu)勢。它為智能工廠提供更具說服力的方案。軟件就像丘比特的小箭，更容易擊中心扉。這家企業(yè)連同安全系統(tǒng)，以及配電自動化和部分控制系統(tǒng)，都采用了平臺化戰(zhàn)略，形成一體化的服務(wù)。
（轉(zhuǎn)載）
