儀器儀表智能化

在控制系統(tǒng)中，儀器儀表作為其構(gòu)成元素，它的技術(shù)進(jìn)展是跟隨控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。目前，控制理論已發(fā)展到智能控制的新階段，自動(dòng)化儀器儀表的智能化就成為必然了。

儀器儀表的智能化主要?dú)w結(jié)于微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。例如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì)算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能。再如，運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技術(shù)，對(duì)事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類型的模糊決策。又如，用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波，如快速傅立葉變換、短時(shí)傅立葉變換、小波變換等技術(shù)，是簡(jiǎn)化硬件，提高信噪比，改善傳感器動(dòng)態(tài)特性的有效途徑；還如，充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)有力的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對(duì)非線性復(fù)雜關(guān)系的輸入、輸出間的黑箱映射特性等。

當(dāng)前，我國(guó)智能化領(lǐng)域薄弱、需要發(fā)展的是儀器、儀表、傳感器等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，我國(guó)儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。儀器儀表產(chǎn)品的高科技化，特別是智能化，將成為日后儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。基于智能控制理論基礎(chǔ)的智能儀器儀表目前大致有以下幾方面的進(jìn)展：

① 專家控制器

專家控制系統(tǒng)(expertcontrolsystem，ECS)是典型的基于知識(shí)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它運(yùn)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復(fù)雜問題。

② 模糊控制器

模糊控制器(FC-FuzzyController)，也稱模糊邏輯控制器(FLC-FuzzyLogicController)。由于模糊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性和模糊信息的能力，對(duì)無法建造數(shù)學(xué)模型的被控過程能進(jìn)行有效的控制，能解決一些用常規(guī)控制方法不能解決的問題，因而模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

③ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高了系統(tǒng)的智能水平。所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，簡(jiǎn)稱神經(jīng)控制，它是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一技術(shù)對(duì)復(fù)雜的非線性對(duì)象進(jìn)行建模，或擔(dān)當(dāng)控制器，或優(yōu)化計(jì)算，或進(jìn)行推理，或故障診斷等工作。

需要注意的是：在儀器儀表的智能化領(lǐng)域，無論是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊控制或混沌控制，盡管我國(guó)學(xué)者發(fā)表的文章很多，但是，嚴(yán)格細(xì)致和自主創(chuàng)新的工作與成果卻并不多。一些高端儀器儀表還仍然需要向國(guó)外進(jìn)口。

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

21世紀(jì)的控制系統(tǒng)將是網(wǎng)絡(luò)與控制結(jié)合的系統(tǒng)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NetworkedControlSystem，簡(jiǎn)稱NCS)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域中的前沿課題之一。隨著通信網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)嵌入控制系統(tǒng)，這很大地豐富了工業(yè)控制技術(shù)和手段，使自動(dòng)化系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)、控制方法以及人機(jī)協(xié)作方法等方面都發(fā)生了較大的變化，與此同時(shí)也帶來了一些新的問題，如控制與通信的耦合、時(shí)間延遲、信息調(diào)度方法、分布式控制方式與故障疹斷等。

這些新問題的出現(xiàn)，使得自動(dòng)控制理論在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的控制方法和算法需要不斷地創(chuàng)新。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從起初的CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）。對(duì)諸如圖像、語音信號(hào)等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊螅执呱斯I(yè)以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。這種工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

以信息化帶動(dòng)工業(yè)化既是保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的有力保證，也是傳統(tǒng)工業(yè)體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要手段。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息技術(shù)的代表，其與工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)合將極大地提高控制系統(tǒng)的水平，改變現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)相對(duì)封閉的企業(yè)信息管理結(jié)構(gòu)，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)綜合自動(dòng)化管理的需要。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。

將現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、多種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)融合到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，在保證控制系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等要求的同時(shí)，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性和互操作性，提高了系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，這一工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化及其構(gòu)成模式使得企業(yè)能夠適應(yīng)空前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，有助于加快新產(chǎn)品的開發(fā)、降低生產(chǎn)成本、完善信息服務(wù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

工業(yè)通信無線化

工業(yè)通信無線化也是當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域探討比較熱烈的問題。工業(yè)控制企業(yè)已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到無線技術(shù)將是下一個(gè)技術(shù)騰飛的基礎(chǔ)，將能夠大大提升工廠效能與保證用戶的安全。

隨著無線技術(shù)日益普及，各家供應(yīng)商正在提供一系列軟硬件技術(shù)，協(xié)助在產(chǎn)品中增加通信功能。這些技術(shù)支持的通信標(biāo)準(zhǔn)包括藍(lán)牙、Wi-Fi、GPS（全球定位系統(tǒng)）、5G以及WiMax（全球微波接入互操作）。然而，在增加無線連網(wǎng)功能時(shí)，芯片及相關(guān)軟件的選擇（假設(shè)所選擇的實(shí)現(xiàn)能正常工作，并滿足相關(guān)的論證要求）可能極具挑戰(zhàn)性。即使做出了一個(gè)可行的設(shè)計(jì)，但如果未優(yōu)化性能、功耗、成本和規(guī)模，則可能不會(huì)取得市場(chǎng)上的成功。今天熱門的東西未必是好的通信標(biāo)準(zhǔn)和客戶需要的東西，因此選擇的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)有這樣的特點(diǎn)：每個(gè)新一代產(chǎn)品都不需要徹底從頭開始適應(yīng)。

無線技術(shù)進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域的趨勢(shì)是毋庸置疑的，特別是在有線無法使用的場(chǎng)合，更顯得無線具有優(yōu)勢(shì)。但是這要求無線技術(shù)本身性能的完善，可靠性、通信的確定性與實(shí)時(shí)性、兼容性等性能有待加強(qiáng)。所以，在近期，工業(yè)無線技術(shù)仍將是傳統(tǒng)有線技術(shù)的延伸，大多數(shù)儀表以及自動(dòng)化產(chǎn)品會(huì)嵌入無線傳輸?shù)墓δ堋?guó)際上對(duì)于無線技術(shù)的研究還處于起步階段，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在制訂之中，我國(guó)的科研機(jī)構(gòu)也參與其中，這在一定程度上推動(dòng)了無線技術(shù)在我國(guó)流程工業(yè)的發(fā)展。

由于無線技術(shù)尚處于研發(fā)與不斷完善的階段，功能畢竟有限。而且在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，還沒有公認(rèn)的且證實(shí)的在實(shí)時(shí)控制中應(yīng)用較為可靠的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在工作循環(huán)時(shí)間很短的情況下，這表現(xiàn)得尤為突出。所以，目前無線技術(shù)的應(yīng)用范圍只能局限在數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控方面（SCADA）。

但隨著可靠性的增強(qiáng)，無線技術(shù)將會(huì)有更廣范圍的應(yīng)用。無線通訊將在未來的若干年快速地增長(zhǎng)，但無線并不會(huì)替代有線通訊。有線具有穩(wěn)定、可靠和安全性并不會(huì)消失，無線只有在有線不方便實(shí)現(xiàn)或成本高的地方去替代有線方案。如果無線與有線有機(jī)地結(jié)合起來，雙方發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，將為增長(zhǎng)生產(chǎn)率提供新的方案。在適宜有線通訊的地方使用有線通訊，在適宜無線通訊的地方使用無線通訊，由于有線和無線通訊都支持TCP／IP協(xié)議，這兩種通訊方式能夠有機(jī)地結(jié)合在一起，發(fā)揮各自特長(zhǎng)，并能夠提高生產(chǎn)效率。

物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)可謂是在各大媒體出鏡率頻繁、而且與“智能”聯(lián)系密切的名詞之一。從“管理、控制、智能”的角度來看，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)自動(dòng)化是一脈相承的，工業(yè)自動(dòng)化包含采集、傳輸、計(jì)算等環(huán)節(jié)，而物聯(lián)網(wǎng)是全面感知、可靠傳遞、智慧處理，兩者是相通的。

物聯(lián)網(wǎng)只是更加強(qiáng)調(diào)無線、海量采訪、智能計(jì)算。物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化技術(shù)是有著十分密切地聯(lián)系的。兩者的區(qū)別是：“傳統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)多是通過有線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)連接范圍較窄，而在傳感網(wǎng)絡(luò)中，無線網(wǎng)絡(luò)成為主要的傳輸路徑，且連接的范圍更加廣泛。”一脈相承的天性，讓工業(yè)自動(dòng)化廠商尋機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是順其自然的事情。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流、供應(yīng)鏈、倉儲(chǔ)的管理系統(tǒng)的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)制品生產(chǎn)、追蹤、進(jìn)度監(jiān)管、質(zhì)量追蹤等方面的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貴重商品、危險(xiǎn)品的監(jiān)管、追蹤和防偽應(yīng)用系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大型會(huì)議、高層會(huì)議以及重要會(huì)議的電子證件、大型賽事、演唱會(huì)、景區(qū)等人員快遞流通區(qū)的電子門票（如：上海世博會(huì)）的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通收費(fèi)、各類型車輛的遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別和管理的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在區(qū)域內(nèi)的人員自動(dòng)識(shí)別、記錄、定位以及查詢的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在動(dòng)物、食品行業(yè)鏈的全流程追溯應(yīng)用；農(nóng)業(yè)、救災(zāi)與搶險(xiǎn)等方面的各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)用到物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貴重資產(chǎn)和重要資產(chǎn)的管理的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在品牌服飾的全流程的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在圖書領(lǐng)域的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍隊(duì)槍械管理、人員管理、車輛管理、物資管理、安全保密等領(lǐng)域的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在航空、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在零售業(yè)的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會(huì)安全領(lǐng)域的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能城市領(lǐng)域的應(yīng)用；以及短距離通訊技術(shù)：zigbee芯片、zigbee通訊模塊、zigbee網(wǎng)絡(luò)、GPS、RTLS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)、UWB（超寬帶）技術(shù)及應(yīng)用；EPC（產(chǎn)品電子碼）網(wǎng)絡(luò)：EPC貼標(biāo)、EPC中間件、EPC服務(wù)器、EPC公共服務(wù)平臺(tái)，EPC網(wǎng)絡(luò)；傳感網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通訊網(wǎng)、全球定位網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)智能分析軟件系統(tǒng)等等。

“物聯(lián)網(wǎng)”顛覆了人類之前物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施截然分開的傳統(tǒng)思維，將公路、建筑物等物理設(shè)施與個(gè)人電腦、手機(jī)、家電、交通設(shè)施、IT設(shè)施有效的聯(lián)系在一起，使得政府管理、生產(chǎn)制造、社會(huì)管理，以及人們的個(gè)人生活全面實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

從物聯(lián)網(wǎng)需要的產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，物聯(lián)網(wǎng)所需要的自動(dòng)控制、信息傳感、射頻識(shí)別等屬于其上游技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，而下游則是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用問題。有行業(yè)專家更認(rèn)為：“傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域其實(shí)是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。”號(hào)召工控自動(dòng)化廠商成為物聯(lián)網(wǎng)真正落地的推手。物聯(lián)網(wǎng)作為信息化和自動(dòng)化的結(jié)合點(diǎn)，具有無限放大的潛力和優(yōu)勢(shì)，有些單位敏銳地覺察到了物聯(lián)網(wǎng)在管理流程和生產(chǎn)過程優(yōu)化方面的潛力，并取得了初步的成果。傳統(tǒng)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)絡(luò)十分相似。

云計(jì)算與自動(dòng)化

Argonne National Laboratory

云計(jì)算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。它的核心是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，特別強(qiáng)調(diào)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。簡(jiǎn)言之，云計(jì)算就是一種依托internet的超級(jí)計(jì)算模型，將巨大的資源聯(lián)系在一起為用戶提供各種IT服務(wù)。

例如，云計(jì)算模式將來帶來自動(dòng)化軟件行業(yè)的巨大變革。主要有：

① 自動(dòng)化系統(tǒng)的架構(gòu)將更加靈活，分布式架構(gòu)將擴(kuò)展到更大范圍。

現(xiàn)代的大型工業(yè)自動(dòng)化和信息化項(xiàng)目中，系統(tǒng)變得日益龐大和復(fù)雜，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)體系架構(gòu)已經(jīng)無法從容應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。云計(jì)算這一革命性理念的提出，徹底打破了自動(dòng)化系統(tǒng)中原來的僵化的體系結(jié)構(gòu)。在云計(jì)算的系統(tǒng)中，自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)并不是簡(jiǎn)單運(yùn)行在某一臺(tái)固定的計(jì)算機(jī)上，而是運(yùn)行于包括Internet在內(nèi)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之上，基于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來分配系統(tǒng)的資源及實(shí)現(xiàn)各種功能。

② 海量信息的分析與處理將成為自動(dòng)化軟件的常規(guī)功能。

在現(xiàn)代大型自動(dòng)化項(xiàng)目中，自動(dòng)化信息化數(shù)據(jù)量越來越大，用“海量”形容也并不為過。所以目前自動(dòng)化軟件中所用的數(shù)據(jù)庫類型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式和數(shù)據(jù)的讀取、查詢模式，各項(xiàng)技術(shù)目前都在圍繞大量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)處理來進(jìn)行。海量信息的處理，已經(jīng)成為制約自動(dòng)化軟件發(fā)展的瓶頸之一。

而在云計(jì)算時(shí)代，用戶可以在不同的層面發(fā)揮不同硬件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力，可以很容易地利用“云”中的服務(wù)（SaaS），平臺(tái)（PaaS）和計(jì)算硬件及網(wǎng)絡(luò)資源（IaaS），充分整合公共網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力，使得對(duì)海量自動(dòng)化和信息化信息的分析和處理變成現(xiàn)實(shí)，滿足大規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)的需要，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化信息化系統(tǒng)的控制。

③ 徹底改變工程開發(fā)模式。

在云計(jì)算時(shí)代，工程項(xiàng)目的開發(fā)將不再拘泥于單臺(tái)計(jì)算機(jī)，SaaS模式使用戶可以通過Internet，直接利用自動(dòng)化軟件供應(yīng)商服務(wù)器上的軟件進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)過程在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，開發(fā)完成后，生成可直接運(yùn)行的工程項(xiàng)目即可。

④ 轉(zhuǎn)變軟件供應(yīng)商的服務(wù)模式，降低維護(hù)成本。

云計(jì)算的模式也將降低軟件供應(yīng)商的服務(wù)成本。以往軟件供應(yīng)商需要對(duì)運(yùn)行在各種軟硬件環(huán)境中的自動(dòng)化軟件進(jìn)行技術(shù)支持與維護(hù)，而云計(jì)算時(shí)代，他們只需要維護(hù)本服務(wù)器上的一套軟件即可。

⑤ 降低自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)硬件的要求，提升軟件的行業(yè)地位。

無論是基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有云，或與外網(wǎng)有一定連接的混合云，都以動(dòng)態(tài)分配系統(tǒng)計(jì)算能力為目的，可以使系統(tǒng)的運(yùn)算進(jìn)行地更加平緩穩(wěn)定，從而在不降低運(yùn)行效率的前提下，極大地降低企業(yè)對(duì)硬件系統(tǒng)的要求。眾所周知，在目前的自動(dòng)化系統(tǒng)中，軟件處于“靈魂”的地位，但價(jià)值卻相對(duì)低廉，只占5%-10%。在云計(jì)算時(shí)代，系統(tǒng)對(duì)硬件的要求降低，而對(duì)軟件的要求則越來越高，所以軟件在自動(dòng)化行業(yè)中的價(jià)值比重和重要性，都將有很大提高。

⑥ 新技術(shù)與新的產(chǎn)品理念將成為競(jìng)爭(zhēng)的核心。

毫無疑問，云計(jì)算模式將來帶來自動(dòng)化軟件行業(yè)的巨大變革。如何把握IT發(fā)展的潮流趨勢(shì)？如何開發(fā)基于云計(jì)算的新一代自動(dòng)化軟件？如何將舊的自動(dòng)化軟件版本兼容于云計(jì)算平臺(tái)？如何將傳統(tǒng)的自動(dòng)化工程系統(tǒng)升級(jí)為云計(jì)算系統(tǒng)？將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)考慮的首要問題。相信隨著云計(jì)算技術(shù)的日趨成熟及自動(dòng)化界的努力，我國(guó)利用“云計(jì)算”的自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展將日新月異。這也是中國(guó)自動(dòng)化界應(yīng)當(dāng)注意的問題。

低碳經(jīng)濟(jì)自動(dòng)化

低碳經(jīng)濟(jì)自動(dòng)化是一個(gè)廣泛而重要的課題。我們以流程工業(yè)為例來說明之。流程工業(yè)是指在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要經(jīng)濟(jì)地位的石化、煉油、化工、冶金、制藥、建材、輕工、造紙、采礦、環(huán)保、電力等在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)，我國(guó)流程工業(yè)企業(yè)年產(chǎn)值占全國(guó)工業(yè)企業(yè)年總產(chǎn)值的66%。

流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國(guó)家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。流程工業(yè)是一個(gè)非常巨大的產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要的地位，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中極為重要的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，是制造業(yè)的重要組成部分。其特點(diǎn)是以處理連續(xù)或間歇物料流、能量流為主，產(chǎn)品多以大批量的形式生產(chǎn)。

流程工業(yè)的生產(chǎn)和加工方法主要有化學(xué)反應(yīng)、分離、混合等等。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的21世紀(jì)，作為傳統(tǒng)工業(yè)的流程工業(yè)將仍然是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。流程工業(yè)既是能源、各種原材料的產(chǎn)生者，也是能源的主要消耗者，節(jié)能降耗與減排至關(guān)重要。這些行業(yè)普遍存在能耗大、污染污染嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)過程工藝落后、自動(dòng)化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競(jìng)爭(zhēng)力弱等缺點(diǎn)。工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)主體，也是耗費(fèi)能源、資源，產(chǎn)生環(huán)境污染的主要行業(yè)。流程工業(yè)首當(dāng)其沖成為了主要目標(biāo)，尤其在石油加工、化工、鋼鐵、電力、有色、建材等六大行業(yè)，其能源消耗占全國(guó)工業(yè)能耗的近70％。

專家認(rèn)為：首先，瞄準(zhǔn)新興問題、瞄準(zhǔn)趨勢(shì)性行業(yè)，歷來就是各行各業(yè)成功創(chuàng)新的重要秘訣！所謂新興問題就是未來人類社會(huì)發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注的重大問題；所謂“趨勢(shì)性”行業(yè)，就是未來有巨大遠(yuǎn)景的項(xiàng)目。

那么，什么是未來人類社會(huì)發(fā)展需要重點(diǎn)關(guān)注的重大問題和未來具有巨大發(fā)展遠(yuǎn)景的項(xiàng)目呢？毫無疑問，其中之一無疑就是服務(wù)于“低碳經(jīng)濟(jì)”與“低碳技術(shù)”的項(xiàng)目！“低碳經(jīng)濟(jì)”已經(jīng)成為科研單位和企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇！換而言之，大力促進(jìn)“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，必然能夠搶占科研項(xiàng)目和市場(chǎng)開發(fā)的創(chuàng)新先機(jī)！現(xiàn)在，世界經(jīng)濟(jì)正在加速向“低碳經(jīng)濟(jì)”轉(zhuǎn)型，“低碳經(jīng)濟(jì)”催生了許多新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，“低碳經(jīng)濟(jì)”將是未來國(guó)家和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力之所在。聰明的企業(yè)善于抓住機(jī)遇，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，走在前面，將被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。利用社會(huì)發(fā)展理念的變革作為企業(yè)加速發(fā)展的動(dòng)力。努力搶占“低碳經(jīng)濟(jì)”的制高點(diǎn)。

對(duì)于企業(yè)應(yīng)當(dāng)在考慮企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略時(shí)，考慮企業(yè)如何制定“低碳戰(zhàn)略”，并力求與國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)同步增長(zhǎng)。國(guó)際知名的管理大師彼得？杜拉克有一句名言：“無人能夠左右變化，惟有走在變化之前”！中國(guó)的流程工業(yè)亦應(yīng)如此，努力走在變化之前！低碳減排是國(guó)家的行動(dòng)，低碳減排是歷史的使命，低碳減排是流程工業(yè)企業(yè)應(yīng)盡的義務(wù)。“低碳”同樣是流程企業(yè)的重大使命。

安全生產(chǎn)自動(dòng)化

安全生產(chǎn)自動(dòng)化是近年來，頻繁出現(xiàn)的“詞匯”！這是由于由于各種安全生產(chǎn)事故不斷發(fā)生，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)促使安全生產(chǎn)的需求日益增長(zhǎng)。如何高效地利用自動(dòng)化與信息化等高新技術(shù)，提高安全生產(chǎn)的水平成為當(dāng)務(wù)之急。因而國(guó)家提出了“科技興安”戰(zhàn)略！安全的發(fā)展也同樣離不開自動(dòng)化。制造業(yè)的安全可以分為機(jī)械安全和過程安全。

機(jī)械安全主要保障的是人身，已經(jīng)受到了高度重視，安全開關(guān)、安全按鈕、安全門、安全地毯相繼成為工廠內(nèi)的寵兒，伴之而來的還有安全傳感器、安全PLC、安全總線、安全以太網(wǎng)等產(chǎn)品。過程安全則是保障生產(chǎn)過程的安全性。如今，許多自動(dòng)化供應(yīng)商已經(jīng)在考慮安全解決方案的提供，真正的安全解決方案不僅僅是提供一種或幾種安全產(chǎn)品，而更多的是提高用戶設(shè)備的安全性。如何將安全功能嵌入到用戶機(jī)械設(shè)備中去，在不影響生產(chǎn)過程的情況下提高安全保障，還亟待有更好的發(fā)展。

自動(dòng)化是指機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)﹑部分腦力勞動(dòng)以及惡劣﹑危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來﹐而且能擴(kuò)展人的器官功能﹐極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率﹐增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此﹐機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程），在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。安全自動(dòng)化則是利用自動(dòng)化技術(shù)貫徹落實(shí)“科技興安”戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的統(tǒng)稱。安全自動(dòng)化具體到結(jié)合各行各業(yè)則有各自不同的內(nèi)容，如：煤礦安全生產(chǎn)自動(dòng)化、石化安全生產(chǎn)自動(dòng)化、化工安全生產(chǎn)自動(dòng)化、冶金安全生產(chǎn)自動(dòng)化、交通安全生產(chǎn)自動(dòng)化、智能建筑安全生產(chǎn)自動(dòng)化、其他行業(yè)的安全生產(chǎn)自動(dòng)化等等。

節(jié)約降耗自動(dòng)化

近年來，“節(jié)能降耗”成為我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中備受關(guān)注的詞匯之一，其意義十分重大。“節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展”已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想。

據(jù)測(cè)算，我國(guó)每創(chuàng)造1美元GDP所消耗的能源是美國(guó)的4.3倍，是日本的11.5倍，我國(guó)的能源利用率僅為美國(guó)的26.9%、日本的11.5%。由此可見，在我國(guó)企業(yè)的產(chǎn)品成本中，能源消耗的成本比較大，同時(shí)也說明，我國(guó)企業(yè)節(jié)能的空間十分巨大，完全可以通過節(jié)能降耗來增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

裝備制造業(yè)作為技術(shù)的載體和轉(zhuǎn)化的媒體，是“手段性”的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品是各行各業(yè)的生產(chǎn)裝備，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是：范圍廣，門類多，技術(shù)含量高，與其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度大。經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)裝備制造業(yè)已經(jīng)形成門類齊全、規(guī)模較大、具有一定技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱性產(chǎn)業(yè)。節(jié)約能源、提高能源利用率，既是保障企業(yè)正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)久之計(jì)，也是企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)需要，降低成本、增加效益、改善環(huán)境，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。企業(yè)要獲得長(zhǎng)足發(fā)展，實(shí)施節(jié)能降耗勢(shì)在必行。

隨著時(shí)代發(fā)展，節(jié)能減排的任務(wù)將更加艱巨，控制指標(biāo)日益苛刻，這些指標(biāo)的提出將對(duì)工業(yè)運(yùn)行提出更高的要求。積極地采用先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管理理念、模式、流程是企業(yè)節(jié)能降耗的重要途徑，以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)的新技術(shù)、新工藝、新材料和新方法的推廣應(yīng)用，可以逐步淘汰低效設(shè)備和高耗能產(chǎn)品群在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗有著重要的推動(dòng)作用。以高新技術(shù)創(chuàng)新來推動(dòng)節(jié)能降耗是裝備制造業(yè)必需要邁出的步伐。這是因?yàn)椋F(xiàn)代高新技術(shù)深刻、廣泛地影響裝備制造業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)裝備制造業(yè)的發(fā)展提出了更高、更新、更好的要求。在裝備制造業(yè)的“節(jié)能降耗”中同樣貫穿著高科技的支持。

例如，電機(jī)節(jié)能、過程優(yōu)化、變廢為寶、余熱利用、企業(yè)改造、新能源利用等無不和采用自動(dòng)化技術(shù)密切相關(guān)。

工控軟件的發(fā)展

工控軟件的發(fā)展同樣是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重要方面。自上世紀(jì)90年代起，IBM接連收購了一系列中間件廠商，使中間件成為了企業(yè)IT架構(gòu)的核心，也讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到軟件的重要性及其核心地位。之后，IBM又陸續(xù)收購了一些知名的軟件企業(yè)，如Lotus、DB2．軟件開始與硬件齊頭并進(jìn)，而在2004年IBM進(jìn)一步將PC業(yè)務(wù)賣給聯(lián)想，此事件向人們昭示：屬于硬件的輝煌時(shí)代已成為歷史，軟件發(fā)生高潮的時(shí)代已經(jīng)到來。

而在工業(yè)控制領(lǐng)域里面，硬件軟件化就是一種發(fā)展趨勢(shì)。如嵌入式軟PLC的出現(xiàn)等。目前，市場(chǎng)上德國(guó)三S軟件公司推出的版本CoDeSysV3.4軟件（基于CoDeSys平臺(tái)下的嵌入式系統(tǒng)軟PLC）。倡導(dǎo)以“可復(fù)用”為宗旨的“開放式、可重構(gòu)的自動(dòng)化”理念。該軟件是靠IEC61131的開發(fā)環(huán)境，支持梯形圖、流程圖、結(jié)構(gòu)圖、高級(jí)ST語言等自動(dòng)控制工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的幾種語言。

軟件復(fù)用化是一種計(jì)算機(jī)軟件工程的方法和理論，其實(shí)質(zhì)就是一種在軟件開發(fā)中避免重復(fù)勞動(dòng)的解決方案。軟件復(fù)用化是提高軟件開發(fā)生產(chǎn)率和軟件產(chǎn)品質(zhì)量的一條行之有效的途徑。軟件復(fù)用化是將已有的軟件及其有效成分用于構(gòu)造新的軟件或系統(tǒng)，以縮減軟件開發(fā)時(shí)間和維護(hù)費(fèi)用.軟件復(fù)用是提高軟件生產(chǎn)力和質(zhì)量的一種重要技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用化的關(guān)鍵因素（技術(shù)和非技術(shù)因素）主要包括：軟件構(gòu)件技術(shù)、軟件構(gòu)架、領(lǐng)域工程、軟件再工程、開放系件過程、CASE（ComputerAidedSoftwareEngineering，計(jì)算機(jī)輔助軟件工程)技術(shù)以及各種非技術(shù)因素等七個(gè)方面。軟件復(fù)用化的好處是：⑴較高的生產(chǎn)效率。（以及隨之而來的成本降低）；⑵較高的軟件質(zhì)量。（錯(cuò)誤可以更快的被糾正）；⑶恰當(dāng)?shù)氖褂密浖?fù)用可以改善系統(tǒng)的可維護(hù)性。

除了軟件復(fù)用化的好處之外，CoDeSys軟件還具有可重構(gòu)制造的特點(diǎn)，可重構(gòu)制造是一種指導(dǎo)管理和控制制造系統(tǒng)重構(gòu)的過程。它使制造系統(tǒng)有效地響應(yīng)不斷變化的環(huán)境。可重構(gòu)性是指在一個(gè)系統(tǒng)中，其硬件模塊或（和）軟件模塊均能根據(jù)變化的數(shù)據(jù)流或控制流對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行重新配置（或重新設(shè)置）。其具有：組織可重構(gòu)性、業(yè)務(wù)過程可重構(gòu)性、產(chǎn)品的可重構(gòu)性、車間加工系統(tǒng)的可重構(gòu)性與可重構(gòu)信息平臺(tái)等。

可重構(gòu)系統(tǒng)突出的優(yōu)點(diǎn)就是能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，改變自身的體系結(jié)構(gòu)，以便與具體的應(yīng)用需求相匹配。面對(duì)市場(chǎng)的千變?nèi)f化，如何使制造系統(tǒng)快速而經(jīng)濟(jì)地響應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，是對(duì)當(dāng)今制造業(yè)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線具有批量生產(chǎn)的效益，但面對(duì)市場(chǎng)的變化不能快速響應(yīng)；而柔性制造系統(tǒng)雖能縮短產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期，但投資巨大，回收周期長(zhǎng)。因此，迫切需要建立一種既具有規(guī)模生產(chǎn)的效益，又能快速適應(yīng)動(dòng)態(tài)多變的制造環(huán)境，并能充分利用現(xiàn)有制造資源的新型制造模式。對(duì)此，新近提出的可重構(gòu)制造系統(tǒng)是適應(yīng)這一需求的一條有效途徑。

另外，西門子公司推薦的TIA博途，是西門子公司在TIA（全集成自動(dòng)化）理念的基礎(chǔ)上推出了創(chuàng)新的工程軟件平臺(tái)——TIAPortal（博途）。其可以在一個(gè)工程組態(tài)環(huán)境下對(duì)所有自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行管理，使得設(shè)計(jì)工程師的工作“化繁為簡(jiǎn)”，更加高效，且更節(jié)省成本。它在實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一通訊、統(tǒng)一編程以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個(gè)完整的有機(jī)統(tǒng)一體，從而滿足了所有產(chǎn)業(yè)對(duì)于一個(gè)執(zhí)行自動(dòng)化解決方案的全整合平臺(tái)的期待，實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到機(jī)械設(shè)計(jì)再到自動(dòng)化設(shè)計(jì)全部集中在一個(gè)軟件下進(jìn)行。因而，它是目前直觀、高效和可靠的工程技術(shù)軟件平臺(tái)。這也是工業(yè)控制行業(yè)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的。

模擬仿真普適化

網(wǎng)絡(luò)化建模與仿真技術(shù)是目前建模與仿真界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)化建模與仿真的技術(shù)內(nèi)涵和應(yīng)用模式正隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而不斷地?cái)U(kuò)展和豐富，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)將帶領(lǐng)我們進(jìn)入普適計(jì)算時(shí)代。普適計(jì)算是建立一個(gè)由計(jì)算和通信構(gòu)成的信息空間與人們生活的物理空間相融合，形成智能化空間。

在這個(gè)智能化空間中，人們可以隨時(shí)隨地透明地獲得計(jì)算和信息服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)化建模與仿真技術(shù)將向著普適化的方向發(fā)展。融合了普適計(jì)算技術(shù)的“普適化仿真技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了信息空間與物理空間的結(jié)合，將推動(dòng)現(xiàn)代建模仿真研究、開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)入到一個(gè)嶄新的時(shí)代。

面向未來復(fù)雜、異構(gòu)、動(dòng)態(tài)的普適計(jì)算環(huán)境，普適仿真系統(tǒng)具有以下基本特征：

⑴普及泛在：仿真資源無所不在。仿真網(wǎng)格借助于網(wǎng)格技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人們生活中的各種軟、硬件仿真資源的服務(wù)化，為用戶屏蔽了復(fù)雜、異構(gòu)的普適計(jì)算環(huán)境，使得仿真資源無所不在，解決了“普及”的問題。

⑵隨時(shí)隨地：人們可以在工作、生活的現(xiàn)場(chǎng)獲得仿真服務(wù)，而不需端坐在一個(gè)專門的計(jì)算機(jī)面前。網(wǎng)格技術(shù)使得仿真應(yīng)用的終端延伸到網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)角落，徹底擺脫了時(shí)間和空間的束縛，人們使用任何聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，即可以訪問網(wǎng)格環(huán)境中的仿真資源和服務(wù)，滿足了對(duì)“隨時(shí)隨地”的需求。

⑶自適應(yīng)：仿真信息空間能以適合用戶的方式，提供計(jì)算環(huán)境能適應(yīng)變化的、連貫的仿真服務(wù)；

⑷透明：用戶獲得仿真服務(wù)時(shí)不需要花費(fèi)很多注意力，仿真服務(wù)的訪問方式是十分自然的甚至是用戶本身注意不到的，即所謂蘊(yùn)涵式的交互。

如果在仿真網(wǎng)格中引入普適計(jì)算的思想和技術(shù)，就能很好地滿足普適仿真環(huán)境對(duì)仿真網(wǎng)格在移動(dòng)性、自適應(yīng)性、智能化、應(yīng)用模式上的新需求，使得仿真信息空間能以適合用戶的方式，提供適應(yīng)變化的仿真環(huán)境和連貫的仿真服務(wù)。融合了網(wǎng)格技術(shù)和普適計(jì)算技術(shù)的普適化仿真網(wǎng)格技術(shù)，將成為網(wǎng)絡(luò)化建模仿真研究應(yīng)用關(guān)注的新焦點(diǎn)。

綜上所述，從當(dāng)前十大自動(dòng)化熱門技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以看到自動(dòng)化創(chuàng)新可以用幾個(gè)詞來概括：集成、通訊、協(xié)同、節(jié)能、安全、標(biāo)準(zhǔn)與開放。隨著也誕生了許多新的產(chǎn)品和理念。多少年來，新自動(dòng)化都是推動(dòng)制造業(yè)高速發(fā)展的直接力量，而這種力量，必然將會(huì)搭載著“創(chuàng)新”的源動(dòng)力，在智能制造時(shí)代大放光彩！

（控制工程網(wǎng)）