自動化的脫胎換骨術

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數字化，正在成為工業(yè)轉型的關鍵要素。而在工廠現場，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，經由物聯(lián)網和數據分析的催化，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

早期的自動化，電氣占了很大的比重，尤其是檢測、調節(jié)控制等部分。在當時機器人和PLC用量還很少，很多場景就是電氣回路，靠電芯能力來控制。

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合點，二者有著強勁的連接通道。

隨著自動化進程加速，信息化也接踵而至。DCS/PLC等自動化產品，讓現場人工操作大幅度減少。在完成了現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，大到資產管理，各種流程的信息，都進行了集中性的管理。既實現了從現場數據的自動采集，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據孤島。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。這些子系統(tǒng)之間，很少建立聯(lián)系。而在當下，工業(yè)領域正在堅定地向數字化轉型發(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；而現在，數字化把一些腦力勞動也解放出來，讓機器來實現，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，數據開始加速流動，不同來源的異構數據，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，正是靠工業(yè)軟件的應用。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“數字原生態(tài)”的力量，只有從底層就開始的融合，才能產生最大效果的優(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系。

電氣、自動化和軟件三者在一起，就像是水、面和酵母。當酵母開始發(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)調整過程，但三者并非替代關系，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整合之后，目前已經擁有大概數百種軟件。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。數據的自由流動，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)務效率。

硬件更加智能，為物聯(lián)而生

數字化的基礎是數據。數字化拼的是對數據價值的挖掘，如果數據收集上來沒有分析產生洞察，來影響生產決策，那數據就是死的。而數據來源最多的地方，還是來自于設備。電氣設備現在也開始走向強大的通訊功能，一個開關設備，既可以連接網線，也有USB接口，現在還可能看到無線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，實現鳥槍換炮。傳統(tǒng)的工控機或者PLC這些硬件產品的數據，都要跟物聯(lián)網結合。許多數據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)，包括電氣設備，都在追求“一鍵組態(tài)”。組態(tài)方式只需要調用，而無需通過通訊軟件來定義接口。這使得現場調試時間，大幅度縮減。

這背后，其實是專業(yè)知識的復用。許多新興的知識專家系統(tǒng)，包含了諸多決策支撐軟件，直接與硬件結合在一起，離不開現場部署的工控機和邊緣網關。這種以知識復用為特點的“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。從數據流向來看，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，這只是服務器和云的差別。但在本質則大為不同，一個是時效性，一個是計算性。工控機不僅僅把數據采集過來，而且要學會分析，有的用于計算分析，有的用于簡單呈現。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），同時實現感知和反饋，形成有效的閉環(huán)。?

施耐德電氣的Modicon M262 PLC體現了這種發(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，也帶動了產品設計的變化?？紤]到硬件跟云的結合，以及物聯(lián)網的連接通訊要求，自動化供應商在設計控制系統(tǒng)的時候，也開始直接與微軟等云基礎設施提供商 進行對話，在標準層面為硬件做特殊的一些應用開發(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)、電氣設備,哪怕是開關，都需要留有數據接口和必要數據處理的功能。底層，已經敞開懷抱，迎接軟件的融合。

從控制系統(tǒng),轉向數據流

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據的分析。例如,對設備運維而言，或者是基于嚴格機理模型的運營優(yōu)化策略，或者是針對工藝生產的參數結合起來，通過先進過程分析等軟件使得生產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據分析。這三種不同的方法，都能夠使得設備在出現了明顯故障之前，提前介入。這比過去的生產運營方式有了一個極大的提升。這其中，數據驅動，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中，存在著很多中間層的夾板。例如運營、績效和質量管理，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，如果最底層數據，無法到達這一層，那么運營本身的計量，就會大打折扣。

數據正在成為比控制系統(tǒng)本身更引人注目的焦點。以前談論軟件系統(tǒng)或者自動化，往往都是基于一個項目。而現在數字化轉型，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，而現在走向了以數據流驅動的業(yè)務為核心。

換言之，從大的數字化項目來說，PLC已經不再是核心，更重要的是關注于整個廠區(qū)如何布控、機器如何運行、能耗如何管理。當這些本來各自鎖在自己房間里的數據，自由闖過信息系統(tǒng)的墻壁，匯聚到大堂的時候，數據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在，中國已經正式宣布，要實現“2035年碳達峰、2060年碳中和”的艱巨目標。這股刀片般鋒利的倒逼寒意，水泥行業(yè)會最先感受。祁連山水泥廠已經率先行動起來。以前生產中經常面臨著這樣的困難：能源消耗和生產進度，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備的運行工況而無可奈何。而設備運行的優(yōu)化，更是靠經驗吃飯。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的動態(tài)情況。一旦有變化，就要在數秒內做出判斷，并給出調節(jié)指令。這種靠著老師傅的心氣和經驗，來把控最優(yōu)生產的方式，已經走到了死胡同。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)，與自動化設備的數據完全打通，讓設備處于最優(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字化系統(tǒng)，使得熟料標準煤耗下降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。

客戶關注的不再是過去能控制多少點數，而是從硬件上獲取的數據，特別是生產一線的數據，所帶來的價值。既然業(yè)務驅動的數據流成為核心，硬件也需要適應這種變化。無論是變頻器、觸摸屏的性能設計和安全認證，都要圍繞著數據流的聚散而發(fā)展。

不僅僅是裝備升級、線控系統(tǒng)升級，而是利用大數據資源，實現有力的輔助決策。水泥工廠將不再是一個完全依賴于人組織生產的工廠，而是一個復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)，往往呈現了一種混合型的生產形態(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，強調多設備協(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，由一套基礎技術架構形成產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，那么對于經營者而言，更要有一種望遠鏡般的長焦能力，那就是實現工廠的數字化交付。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場如此眾多的硬件和軟件，都由同一個架構來駕馭，這一度是一個烏托邦式的理念。

但作為一個數字化的結果，平臺式的數字化交付的出現，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。

而現在，借助于軟件的連接，和對于數據自由流動的需求，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計端的三維工廠開始設計，然后通過建造方，最后才轉交到業(yè)主進行運維服務。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。圖紙數據量是非常大的；而且這些圖紙資料存檔的數據，在交付之后，很難維護。由于裝置不斷在變，經過一兩年之后，不管是IT系統(tǒng)，還是圖紙資料，裝置數據的準確率會衰減得厲害，大概只有50%的準確率。沒有望遠鏡，還真找不到這些草蛇灰線。而數字化交付，則試圖一統(tǒng)信息流，讓不同節(jié)點下的數據，都能重新組合。工廠建造軟件在交付工廠模型的時候，同步留下一個數字孿生空間，與其它許多供應商提供的數字孿生設備，有機地在數字世界，形成邏輯自洽。當運行過程中，圖紙文檔等靜態(tài)數據，與控制系統(tǒng)的實時動態(tài)數據，可以有效地動靜結合，從而為業(yè)主提供最大的價值的數字工廠。

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)一斑駁多樣的設備和系統(tǒng)草蛇灰線，成為了建造數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，已經融合到生產系統(tǒng)中去。而現在，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。

隨著對于數字化轉型價值的預期，用戶要求的方案，往往都是電氣設備，自動化系統(tǒng)、設備、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，才會讓用戶的數字化工廠的預期，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。

小記

開創(chuàng)了世界戲劇三大表演體系的德國戲劇家布萊西特（Brecht）曾經說過，提倡進步的人們，對于已經存在事物的看法往往過于膚淺 。換句話說，新生事物來臨的時候，我們往往給予神奇的天外飛山的力量。然而在那些傳統(tǒng)的基本盤，也有著巨大的成長生命力。事物都在自我進化。脫胎換骨，自動化本身正在快速奔跑，依然是數字化工廠大浪中的關鍵中堅力量。