工业 4.0时代， 5G引领智慧工厂的工业自动化发展

工业 4.0时代， 5G引领智慧工厂的工业自动化发展

徐迪 姚丽

永高股份有限公司 浙江海正药业股份有限公司

摘要：当前，世界产业变革逐步兴起，制造业价值凸显，但也面临着生产运营成本亟需降低、产品质量和价值有待提升等问题。制造业高质量发展离不开智能化变革。随着数字经济的蓬勃发展，工业制造与信息技术（IT）融合程度趋于深化，推动传统产业加速变革[1,2]。新型网络强化互联基础、云计算加速应用创新、人工智能（AI）促进价值挖掘、开源开放助推生态构建，这些都标志着传统产业在技术创新的不断推动下出现了重大变革。

关键词：智能制造；工业互联网；产业链；智能装备；工业软件

引言

众所周知，智能制造已然成为全球化课题和国家级战略课题，很多国家都在智能制造领域进行了规划和部署，如中国“中国制造2025”、德国“工业4.0平台”、美国“工业互联网计划”等。而迈入智能制造与自动化时代后，所有设备越来越依赖连接性，倾向于在一个系统化的智慧工厂体系里实现互联。智能制造具有以下特征：以智慧工厂为载体，以关键制造环节的智能化为核心，以端到端数据流为基础，以通信网络为基础支撑，通过自组织的柔性制造系统，实现高效的个性化生产的目标。5G被视为产业智能化的关键技术。5G能可靠地处理大量数据，可以连接智能装置及机台，其拥有高网速、大频宽和超低延迟特性，也成为推动车联网与自动驾驶技术相关应用的助力。

1智能控制与工业自动化概述

随着互联网技术和计算机技术的飞速发展，促使其与更多行业融合，将计算机技术应用于工业生产中，不仅有利于进一步完善工业生产的管理制度，还能使自动化控制系统更科学、更高效，再加上地理信息技术的助力可实现跨区域监控，为工业自动化奠定了基础。智能控制在工业自动化中的应用不仅是生产发展的大趋势，也是助力各大企业提高生产效率、提高市场竞争力、实现经济效益最大化的重要手段。企业非常清楚，只有认识到智能控制在工业自动化中的作用，才能更加主动地学习相关技术，优化智能控制，加快工业生产，将管理变得更智能、高效和便捷。清楚地了解和认识工业自动化概念，有助于管理者应用和掌握这项技术。工业自动化技术将设备、仪器仪表和计算机的运算能力融合起来，从而使工业生产过程中的仪器设备可实现自动检测、控制、调整和管理，实现工业生产的自动化，可提高工业生产的效率。此外，将地理信息技术和工业自动化结合后可控制不同生产区域和流程，进而可以达到精简工作人员、降低能耗、降低生产成本、提高企业收益的目的。工业自动化技术虽然复杂但优点很多，可以应用于石化、冶金、制药、发电等行业。工业自动化技术涉及软件技术、硬件技术、系统性技术，将软件技术应用于工业生产系统中的，能够对其进行优化和管控；硬件技术是通过计算机来优化和控制执行器、变送器以及其他设备；系统性技术包括软件和硬件集成技术，综合地理信息技术进行跨区域管理和控制就是该技术中的一种。工业自动化需要计算机系统与其他辅助设备、控制对象进行数据沟通，即数据通信。数据通信又分为有线数据通信和无线数据通信。计算机控制技术有两个目的：一是对控制对象的操作过程和具体情况进行监控，在遇到故障时可更快捷地进行调整；二是控制生产设备，助力控制对象更加高效、智能，实现生产效率的最大化。

2人工智能技术在工业自动化系统中的应用现状

人工智能技术在工业自动化系统的应用可以使得系统整体性能得到极大提升。但是就目前而言，人工智能技术在工业自动化控制系统中的应用方式仍有很大的改进改进空间。人工智能技术虽然在一定程度上代替了部分人力劳动，但是由于设计层面存在的限制，其在工业自动化控制系统中的优势并未完全发挥。例如，目前仍存在很多传统的工业自动化控制系统，其设计结构相对简单，功能也较为单一，将人工智能技术融入到工业自动化控制系统中，涉及到专业层面较多，操作较为复杂。基于此，如何将人工智能技术更好的应用到工业自动化控制系统中，在提升工业自动化控制系统整体性能的同时充分发挥人工智能技术的优势，有待于我们进一步研究。

3智能制造和工业互联网融合发展的需求分析

3.1推进企业智能化决策需要新型应用创新载体

制造企业开展更加精细化和精准化的管理离不开丰富的数据。随着工业场景层次化和交叉程度的加深，不同行业的数据与知识体现的专业壁垒，使得传统应用创新模式难以匹配企业/行业的差异化需求。新型应用创新载体可以依托实际工业数据、抽象工业知识，结合功能完整的平台调用方式，破解应用创新壁垒，支持智能化应用迅猛增长的需求。

3.2加强生产安全

智能控制的引入精简了工作人员，但是前期投入了用以实现自动化的设备，设备的引入可以快速精确地发现工业自动化中的问题。采用人工生产时效率低下且错误率高，通过智能控制可有效提高生产的安全性能，第一时间检测到生产过程中的错误，还能分析出现问题的原因，进而快速解决问题。智能控制的监控模块就担此重任，保证了工业自动化的安全性。

4我国智能制造和工业互联网融合发展机遇分析

4.1产业链加速演进，主导权分散于多个重点环节

随着智能制造产业逐渐成熟、工业互联网市场竞争趋于加剧，由“专用芯片、专业算法知识封闭，龙头厂商垄断”的传统产业链格局，加速向“芯片、开源操作系统、算法与机理模型、基于数据的新型服务这四大重点环节成为未来产业主导权关键”的新兴产业链格局转变，促进整个产业体系演进升级。传统产业链围绕工业软件、工业网络、工业控制、工业传感、装备产品等细分领域，构建以元器件/基础技术+操作系统+数据库/嵌入式系统组成的产业链上游、整机/软件组成的产业链中游、集成+服务组成的产业链下游的产业格局。

4.2将智能控制技术应用到逻辑控制器之中

智能控制系统有属于自己的逻辑控制，而在电气自动化生产中需要逻辑控制器来促进工作的正常进行。在工业电气自动化的发展过程中，涉及到了多种控制器之间的使用，而在管理的过程中，可能会存在一些误差，对电气自动化的运行造成影响。然而，将智能控制器应用到电气自动化的运行中，就可以根据智能控制器来分配电气自动化生产过程中的各个控制器的工作内容以及工作的时间等，同时，简化控制的步骤。甚至，如果电气自动化的运行中出现了差错，就可以根据智能控制器中的程序来进行再次的编写和输入，提高了工业电气自动化控制的准确度，从而提高了对应的工作效率和经济效益。

结束语

随着自动化技术自不断进步，在5G的加持下，工业及设备领域也渐渐出现无人技术，有效提高生产率和可靠性，同时使工作场所更加安全。5G网络可为高度模块化和柔性的生产系统提供多样化高质量的通信保障。和传统无线网络相比，5G网络在低时延、工厂应用的高密度海量连接、可靠性、以及网络移动性管理等方面优势凸显，是智能制造的关键使能者。可以预见，未来越来越多的智慧工厂，将不可避免地走上【智能制造+5G】之路，而这正对于世界范围的制造业发展，无疑将是极大的利好和发展趋势。

参考文献

[1]彭怀新.智能制造技术在工业自动化中的应用[J].住宅与房地产,2018(36):250.

[2]王瑞.机电一体化技术在智能制造中的应用[J].中外企业家,2018(34):148.

[3]王瑞芳.工业机器人在自动化控制中的应用探讨[J].智库时代,2018(49):179-180.

[4]刘艳.智能工厂新主张 智能制造新动力——访台达-中达电通运动控制产品处总监李文建先生[J].制造技术与机床,2018(12):22-23+86.

[5]王跃华.智能制造技术在工业自动化中的应用研究[J].现代工业经济和信息化,2018,8(14):67-68.