工业物联网
工业物联网作为物联网时代的新入口,为工控行业带来了巨大的经济潜力。研究曾表明,只需提升1%的工业效率,就能为铁路货运、电力等行业节省数百亿的成本开支。当下,工业物联网主要用于改进企业生产管理体系,通过其传感网络技术、无线通信协议、视觉系统以及分布式系统架构,在供应链管理、生产工艺优化、产品设备监控、环保监测以及安全生产等方面进行优化。
尽管工业物联网已成为工控行业发展的核心技术之一,但安全性和人才资源问题仍急待解决。如何应对设备安全、数据安全、控制安全和应用安全等问题,是工业物联网应用落地的首要挑战。此外,大多数工业企业现有的人才缺乏相关的分析和问题解决能力,因此需要加强专业型人才的培养。
数字双胞胎
数字双胞胎概念最早由美国空军研究实验室于2011年3月提出,它以数字化技术为基础,创造了一个与现实世界对称的镜像世界。在企业生产过程中,数字双胞胎可应用于产品研发、生产管理和设备管理领域,帮助企业进行仿真测试、验证、生产调度、调整和优化,以及模拟机械和电器联动过程。数字双胞胎极大地丰富了企业在低成本镜像环境中的协同合作和模型优化,为现实工厂提供了更多解决方案。
数字双胞胎可以在产品、设备和生产管理上提前发现问题,实现整个生产流程的优化,提高产品质量,提高生产效率,最终实现高效的柔性生产。
虚拟调试
虚拟调试作为数字双胞胎的技术分支之一,已经成为工控行业的关键技术之一。在传统的制造过程中,通常是在产品初步集成后才能发现设计缺陷,这大大增加了企业的成本。虚拟调试技术的引入使企业能够在实际生产之前,通过模拟验证解决产品集成后的各类问题。
在传统工业向工业4.0的升级过程中,提高生产效率是企业追求的重要目标,尤其是在研发周期较长的产品设计阶段,如果企业能在研发期间缩短产品交付时间,那将成为竞争中的有力利器。
协作机器人
工业生产领域,协作机器人充当了传统机器人的理想补充,使得传统制造业焕发更多智能化。协作机器人的智能性源自多传感器的融合,这使它在人机互动、灵活性和适应环境方面表现得更加聪明。特别是对于小型生产企业而言,协作机器人的引入减轻了它们在生产线建设上的财务负担。东芝机械的高级副总裁Ryan Guthrie曾明言,很多情况下,引入协作机器人后,一年内就能实现成本回收。
然而,协作机器人的安全性问题也势在必行,减少事故发生率已经成为工业界亟需解决的首要问题。目前,国际社区尚未就协作机器人的安全标准达成普遍共识,特别是在人机协作领域,这依然是导致事故率居高不下的因素之一。这促使产业界越来越重视协作机器人的安全性,努力寻求解决方案以降低风险。
边缘计算
随着智能制造、工业物联网和自动驾驶等新兴技术和概念的兴起,对于数据的处理需求不断增加。目前,每个人每天平均产生1.5GB的数据。然而,现有的云计算体系已经无法满足高效处理如此巨量数据的需求,因此边缘计算已成为一种备受青睐的解决方案。
边缘计算通过分散式计算结构,将数据、应用程序和服务计算转移到网络边缘节点,切分成更小且更易管理的部分。此外,边缘节点更接近用户终端设备,从而大幅降低数据传输的延迟。在企业生产过程中,边缘计算可实现快速响应和反馈。通过实时数据分析,它能够快速识别并阻止设备发生意外故障,从而提高生产的安全性水平。这为企业提供了更高效的生产方式。
工业大数据
工业大数据与传统的互联网大数据有明显区别。工业大数据具有强烈的目的性,主要应用于提升研发创新、提高效率和质量、优化生产过程、预测产品需求以及改进供应链。它的核心目标是促进企业实现更智能的生产,推动工业向智能制造迈进,并带动业务创新。
5G网络
5G网络不仅适用于消费终端产品,还广泛应用于工业自动化领域。5G以低延迟和高可靠性为关键特点,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。在工业自动化控制中,特别是在工厂的核心应用中,关键在于闭环控制系统。这要求系统之间的通信延迟在毫秒级别,以确保生产数据的及时传输,实现精确控制。例如,华为的5G网络可以实现空口时延低至0.4毫秒,满足传输速度要求。
PLC
PLC作为工业自动化最常用的设备基础,显著提高了操作、控制、效率和精度。它能够替代传统设备,在顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算和数据处理等方面表现出色。此外,随着工业物联网和工业大数据的发展,PLC还能为企业提供数据传输支持。
机器视觉
机器视觉在工业4.0中扮演关键角色,实现工业自动化和智能化。它具备高度自动化、高效率、高精度和强大的环境适应能力,可用于特征识别、测量、检测和数据智能互联。机器视觉有助于提高生产效率、降低人力成本,并确保产品质量。尽管国内机器视觉市场相对较新,与国外还存在一定差距,但它在工业自动化中将发挥重要作用。在机器视觉成熟并广泛应用于工业领域之前,仍需克服复杂性,不同于交通和安防系统的应用,工业自动化系统更为复杂。
红外热成像
红外热成像技术最初用于军事领域,现已广泛应用于工业检测。它可用于检测旋转机械设备、机电系统和产品流程设备。企业应用红外热成像技术可以节省时间和人力成本,并提高设备安全性、可靠性、绝热检测和质量检测。在工业物联网和未来工厂的大趋势下,红外成像技术在工业生产的安全性和效率方面发挥关键作用。