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全面解析科技自動化概念

來源: | 作者:ryweld | 發(fā)布時間: 2017-10-24 | 5865 次瀏覽 | 分享到:

多年來，中國的企業(yè)習慣了引進-消化-吸收的開發(fā)模式，造成了只會逆向工程仿制。自動化公司要想為裝備制造商真正創(chuàng)造價值，就必須從概念上進行引領。

多年來，中國的企業(yè)習慣了引進-消化-吸收的開發(fā)模式，造成了只會逆向工程仿制。自動化公司要想為裝備制造商真正創(chuàng)造價值，就必須從概念上進行引領。為此需要從創(chuàng)新生命周期的角度來解析裝備的研發(fā)過程，即從挖掘市場的顯性和潛在需求開始，定義和驗證產(chǎn)品概念，組織系統(tǒng)創(chuàng)新，開展技術和產(chǎn)品研發(fā)，然后過渡到商業(yè)化和批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并通過持續(xù)改進完成產(chǎn)品的價值創(chuàng)造過程。傳統(tǒng)意義上，自動化公司往往關注的是裝備的量產(chǎn)階段，因為只有這個階段才會批量采購自動化產(chǎn)品。如果能夠在客戶進行樣機開發(fā)的階段就介入選型和提供配合，就是比較領先的做法了。但如果我們從創(chuàng)新生命周期的角度來看，介入的時機顯然可以大幅提前?？上У氖?，人們在分析自動化市場的時候，往往按照客戶采購性質、行業(yè)、地域或者產(chǎn)品線來進行。比如，按照客戶性質分為OEM客戶和項目客戶；按照行業(yè)劃分，有流程自動化（冶金自動化、化工自動化等）和離散自動化（數(shù)控、包裝自動化、汽車自動化、電子加工自動化等）；按照地域劃分，有華南自動化市場、華東自動化市場等；按照產(chǎn)品線劃分，則有電氣傳動、PLC、HMI、傳感器、工業(yè)通信等等。這種思維方法限制了人們的視野，以致于大多數(shù)人都不曾意識到還有另外解析自動化市場的維度，比如按照創(chuàng)新生命周期。

然而，當我們仔細觀察的時候，還是可以看到些有意思的自動化細分市場，比如實驗室自動化和測控自動化，這通常是實驗室儀器和測量測試自動化廠商的叫法。比如NI（美商國家儀器），他們按照應用場景來對適合自己的自動化市場進行定義。不經(jīng)意之間，這樣的定義將自動化帶入了實驗室和研發(fā)測試的領域，從而為科技自動化理念的出臺做了鋪墊。

1.具體含義

科技自動化有兩個方面的含義：

一方面，隨著人類工程科技的不斷進步，創(chuàng)新自動化廠商不斷吸收各方面最新科技成果，推出更加先進、高效、靈活、智能的自動化系統(tǒng)。從這個意義來說，科技自動化是先進的、高端的、與時俱進的自動化，代表了自動化不斷超越自己邁向更高更快更強的境界。對自動化廠商來說，它是一道值得追求的技術門檻。另一方面，吸收了先進科技成果的自動化反過來又成為科研開發(fā)和先進制造業(yè)不斷突破創(chuàng)新的強大助推劑，為科學家以及工程技術人員提供了更加有力的測量、分析、檢驗、執(zhí)行手段，使科學探索的深度和廣度達到前所未有的境界，使技術開發(fā)以更快的速度和質量進行，使各種先進裝備的性能和功能不斷突破和發(fā)展。從這個意義來說，科技自動化更是一個市場化的概念，它所要服務的正是以突破創(chuàng)新作為生命力的科學研究、技術開發(fā)和先進制造業(yè)市場，而不是一般意義上的傳統(tǒng)自動化市場。

科技自動化既是現(xiàn)代工程科技發(fā)展的產(chǎn)物，同時又是新科技產(chǎn)業(yè)革命的強大推動力之一?？萍歼M步與自動化技術創(chuàng)新互相促進，互相支撐，螺旋上升，不斷發(fā)展前進，構成了雙螺旋發(fā)展模型。同時，隨著技術進步的步伐越來越快，產(chǎn)品生命周期越來越短。自動化廠商就像互聯(lián)網(wǎng)公司一樣，不斷推出新技術、新產(chǎn)品。他們往往花費大量資源對某一個具體技術或產(chǎn)品進行市場營銷，結果很可能這些新技術新產(chǎn)品迅速被自己或競爭者的下一代技術和產(chǎn)品所快速取代。也就是說，具體技術或產(chǎn)品的生命周期如此之短以致于難以承載一個組織或公司的品牌訴求。科技自動化沒有聚焦到某個具體技術領域上，因而具有常變常新、與時俱進的長久生命力。

2.全新理念

科學自動化強調現(xiàn)代科研成果對自動化技術的提升和加強作用，這種作用是單向的。然而我們都知道，現(xiàn)代科學技術的重大突破，乃至重大實驗裝備的研發(fā)都離不開更高水平的自動化技術做支撐。也就是說，我們有必要站在工程科技和自動化互相促進、雙向互動的角度來理解新一代自動化技術的驅動力及其作用。科技自動化理念由此誕生！

“科技自動化”（Sci-tech Automation）全新理念（見圖1）可以表述為：科技自動化是集成了現(xiàn)代科技最新成果的自動化，是面向科學研究、技術研發(fā)、先進制造業(yè)的自動化。我們強調自動化不僅僅要服務于傳統(tǒng)的大規(guī)模制造，還要能夠服務于產(chǎn)品研發(fā)，服務于科技創(chuàng)新，服務于先進制造，我們把這樣的代表先進生產(chǎn)力的自動化，叫做科技自動化。

圖1 科技自動化全新理念圖解

3.支撐技術

為了構建滿足科技自動化需求的技術和產(chǎn)品體系，可以按照基礎技術-平臺技術-單元技術-產(chǎn)品線等幾個層次進行思考?；A技術是支撐自動化技術發(fā)展的各個學科技術，包括電子技術、計算機技術、軟件技術、電力電子技術、電機技術、機械傳動技術等。平臺技術是一個公司構筑其所有產(chǎn)品線的基礎，比如軟件平臺和硬件平臺，一個好的平臺可以支撐若干代產(chǎn)品的研發(fā)。單元技術是指支持每個產(chǎn)品線或每個產(chǎn)品的差異化技術或競爭性技術，在不同單元技術的支持下，產(chǎn)品線或產(chǎn)品呈現(xiàn)出差異化的功能或性能特點。產(chǎn)品線的寬度和深度則體現(xiàn)了一個公司的綜合市場競爭實力。下面以聯(lián)盟創(chuàng)始成員之一的倍福自動化（Beckhoff）為例，概要介紹其科技自動化技術和產(chǎn)品線的演進。

倍福公司1986年率先將IPC用于自動化控制，開啟了PC控制的先河，此后一直致力于PC控制技術的完善和推廣。隨著IT技術的發(fā)展和普及，PC控制得到市場認可，倍福公司也迅速發(fā)展，到20世紀初期已躋身德國第二大自動化設備供應商，提供基于PC控制的全套解決方案：控制軟件、工業(yè)PC、總線產(chǎn)品、驅動器和電機。倍福公司1995年推出了自主研發(fā)的基于PC和Windows的實時控制軟件TwinCAT，最短任務周期50μs，即使在今天的自動化領域也罕有能及。2003年倍福公司主推的工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT面世，其微秒級的總線刷新時間和低成本的實現(xiàn)方式迅速得到自動化行業(yè)上下游廠商的追捧。EtherCAT技術組（ETG）到2014年末已經(jīng)有超過3000家會員，是全球會員最多的工業(yè)以太網(wǎng)組織。

2008年倍福公司推出了帶有分布時鐘（Distribute Clock）的階躍響應1μs的超高速IO模塊（XFC）。使用XFC模塊，結合可執(zhí)行50微秒級任務的CPU以及能在數(shù)十微秒內刷新IO數(shù)據(jù)的EtherCAT，倍?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)了100μs的響應周期，在需要時鐘同步的場合，同步精度可以達到100ns。這使倍福公司在工業(yè)自動化之外開始向科技自動化領域邁進。

倍福利用科技自動化技術支持智慧工廠建設，其自動化系統(tǒng)典型方案的特點是：

1)機電一體化：直接驅動，工業(yè)以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡，先進管理軟件，連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

2)智能：智能化管理軟件和傳感執(zhí)行機構，具備初步的遠程狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷能力。

3)能效：能源消耗和資源消耗得到監(jiān)視和測量，采用高能效的部件，并開始實現(xiàn)整機能效優(yōu)化。

4)安全：機械電氣安全和功能安全得到重視，符合國際標準。

5)信息：具備信息集成接口，可以輸出關鍵過程數(shù)據(jù)，符合國際標準。

4.三維模型

科技自動化三個維度的定位模型如圖2所示，每個公司可以在模型中找到自己的位置。比如說公司的產(chǎn)品是部件、還是系統(tǒng)解決方案，是面向流程、面向混合、還是面向離散行業(yè)，產(chǎn)品是高端、中端還是低端。自動化公司可以在模型中探討自己未來發(fā)展的路徑。