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专家洞见:未来技术助力智能制造

作者:控制工程网2022.12.15阅读 2588


  后疫情时代,灵活、高效、韧性和可持续发展成为焦点,如今许多行业领导者认为智能制造时代将加速到来。事实上,工业互联网 (IIoT) 正纳入越来越多新技术和新标准,如开放平台通信统一体系架构 (OPC UA FX)、时间敏感网络 (TSN)、Wi-Fi 6/7 标准、5G 以及单对以太网 (SPE)/以太网-APL 技术。
  对此,两位 IIoT 领域的资深专家就智能制造的未来发展和实现途径分享了前沿洞见。贝加莱工业自动化有限公司(ABB 集团下属公司)控制系统、机器视觉和网络产品管理副总裁 Stefan Sch?negger 与 Moxa 工业网络基础设施部产品经理 Jack Lin 一起解答了许多行业在规划和实施工业联网解决方案、实现智能制造过程中面临的五大问题。
  1.实现智能制造的关键技术为何如此重要,它们如何相互作用?
  Stefan: 智能制造的基本技术原理是通过互联网形成设备网络,无缝监控整个生产过程。在此过程中,设备不断收集和分析包括实时数据在内的各种来源的数据,通过数字信息技术提高适应力,实现快速设计变更。此外,数据科学家可以借助数据模拟制造过程,探究如何提高某些环节的效率。因此,提取并分析所有数据至关重要,这是挖掘相关知识和洞见的基础。而无缝安全的互操作性是数据提取分析的必要前提,这正是 OPC UA 标准的作用。
  另外,OPC UA
  ● 支持云端和现场的各类应用,如 OPC UA FX (Field eXchange)
  ● 配合 TSN,支持 IEC/IEEE 60802 配置文件,使不同的 IT 和 OT 协议能够共存于通用网络基础设施中
  OPC 协会还与多个组织开展合作
  ● 新 5G 和 Wi-Fi 6/7 技术
  ● 高级物理层 (APL) 项目组,规定流程工业要求
  得益于此,OPC UA 标准日益普及,广泛用于工厂自动化和流程工业的诸多应用中。
  Jack: OPC UA FX、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和单对以太网/以太网-APL 使用相同的通信包交换技术和以太网基础,因此可以轻松衔接,并能协调诸多标准机构和社区(如 IEEE 802.1 TSN TG、IEEE 802.3 TG、IEEE 802.11 TGbe、IETF、5G-ACIA 以及 IEC/IEEE 60802 联合项目)的所有工业合作伙伴的努力。简言之,上述技术在各种工业应用中能够高效协作。
  2. 是否只有新建项目可以使用智能制造新技术?扩建项目可否使用?

  Stefan: 牢记客户已为当前所用技术投入大量资金,无法一夜间全部换新。因此,技术升级需平稳过渡。OPC UA FX 是 OPC UA 技术的扩展升级,允许不同的既定通信协议共存于同一网络基础设施,完成技术过渡。在这一技术支持下,统一通信解决方案将代替传统的现场总线和实时以太网协议,切实可行地将现有工业操作升级为智能工厂模式。
  Jack: 在考虑采用这些新技术时,我们要兼顾新建项目和扩建项目。以 IEEE 802.1 TSN TG 为例,该技术组各项新功能要与 TSN 相关,以过去 40 余年积累的技术为基础。我们历来都是在已有技术沉淀基础上继续开发新功能www.cechina.cn,确保同时向后和向前兼容。
  3. 技术如何助力机器学习人工智能
  Stefan: 机器学习和人工智能 (AI) 都需要接受高质量数据训练,才能做出精准预测。我从两方面看待这个问题:
  得益于芯片技术和新型单对以太网连接技术的进步,更小体积的智能传感器即将问世,能够借助 OPC UA 实现以太网通信连接。智能制造的实时通信可以通过依靠 TSN 技术经由铜线实现,或依靠 5G/Wi-Fi 6/7 技术通过新型无线信号实现。下一代传感器将成为数据信息的新来源。
  这些新的数据源也将通过 OPC UA 全面的数据语义为机器学习和人工智能提供高质量数据输入。下一代传感器将使用绝对时间戳,提供完整的数值、单位和阈值信息,算法预测的准确性将得到质的提升。这是所有数据科学家梦寐以求的结果。
  Jack: 有价值的数据往往需要从大量信息中提取。但由于物理限制,共享信息的空间和速度有限。这时就需要发挥 TSN 和 5G 等超可靠无线通信技术的作用。TSN 提供的带宽比现有工业以太网高出 10 到 100 倍,5G 网络容量是前几代蜂窝技术的 10 倍。这些网络技术具有确定性和超低有界延迟,能够确定性传输更精确且更高质量的数据,例如高分辨率的图像和视频流。此外,借助单对以太网和以太网-APL 技术CONTROL ENGINEERING China版权所有,我们可以顺畅访问最边缘的设备和应用传感器的数据控制工程网版权所有,由此得到整体数据视图。
  4. 10 年后www.cechina.cn,智能制造将会发展成什么样子?

  Stefan: 未来的工厂依旧离不开人力控制工程网版权所有,但人力将需要加大与机器人和智能机器的合作,使制造过程更加安全高效,尽可能实现碳中和。因此,操作技术 (OT) 将借鉴和利用切实有效的信息技术 (IT) 方案,以改良形式将 IT 技术运用到机器运作和工厂生产中。
  为此,OPC UA 支持跨平台、跨行业、跨国工业通信。未来设备将智能化,能远程升级网络安全防护工具,并具有扩展的功能和特性。各类设备要能使用同一组标准实现相互通信以及与云端通信。因此,未来 OPC UA、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和单对以太网(SPE)/以太网-APL 技术都将继续发挥关键作用。
  Jack: 如果工业 3.0 的特点是相互独立、预编程的回路和过程,那么工业 4.0 的发展方向将是相互协作、快速反应的协调单一回路。人力、机器、数据和网络等所有资源都和谐互联,能在正确的时间和地点调动并使用正确资源,达到生产目标。
  5. 实现智能制造面临哪些阻碍?
  Stefan: 我们需要打破 IT 技术和 OT 技术之间的隔阂,继续融合 IT 和 OT。应当积极推动形成跨学科开放合作的氛围,帮助 IT 和 OT 技术人员交流传播行业知识,协同合作,实现碳中和。
  Jack: 前面我们讨论了这些关键技术的许多优势。但是仍需考虑一些现实问题,例如业务计划和投资回报率。有时我们会看到,客户在满足当前市场需求和为未来发展投资之间很难取得平衡。事实上,为了满足当前市场需求,他们可能会延缓对未来发展的投资计划。我建议企业积极采取措施,识别可变因素,减少风险,努力克服不可预见的障碍,引领企业走向更好的未来。
  结论
  正如 Stefan 和 Jack 所言,智能制造的未来建立在可互操作的标准之上。各行业应大力采用包括 OPC UA、TSN、5G、W-Fi 6/7 和单对以太网 (SPE)/以太网-APL 在内的新技术。如想了解更多关于智能制造和 TSN 的内容,请访问我们的 TSN 微网站。

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