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“工业4.0”呼唤更强大可靠的通信基础设施

2015-05-29 03:45
月城清浅
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  “工业4.0”时代的智能化,是在“工业3.0”时代自动化技术和架构的基础上,实现从集中式中央控制向分散式增强控制生产模式的转变,利用传感器和互联网让生产设备互联,从而形成一个可以柔性生产的、满足个性化需求的大批量生产模式。

  20世纪70年代后期,自动控制系统开始用于生产制造之中。此后,许多工厂都在不断探索如何提高生产效率、产品质量以及生产的灵活性。一些工厂从机械制造的角度提出了机电一体化、管控一体化。机电一体化实现了流水线工艺,按顺序操作,为大批量生产提供了技术保障,提高了生产效率;管控一体化基于中央控制能够实现集中管理,一定程度上节约了生产制造的成本,提高了产品质量。但是,两者都无法解决生产制造的灵活性问题。

  ICT技术为“工业4.0”铺路

  如今,随着信息技术、计算机和通信技术的飞速发展,以及人们对产品需求的变化,灵活性进一步成为生产制造领域面临的最大挑战。具体而言,由于技术的迅猛发展,产品更新换代频繁,产品的生命周期越来越短。对于制造企业来说,既要考虑对产品更新换代具有快速响应能力,又要考虑因生命周期缩短而减少产品批量,随之而来的是成本提升和价格压力问题。

  “工业4.0”则让生产灵活性的挑战成为新的机遇,将现有的自动化技术通过与迅速发展的互联网、物联网等信息技术相融合以解决柔性化生产问题。尤其是,无线通信的出现将进一步带动工业控制方式的新改革。

  首先,“工业3.0”时代的工厂布线问题将得到有效解决。工厂车间的局域网布线问题是以往搭建厂房时最为头疼的问题之一。由于设备众多,线缆规格各不相同,各种设备所需的连结接头、交互方案等特别复杂。而且一旦工厂局域网布线之后,往往难以轻易改动。而无线通信更加简便、更加灵活,实现了空中连接,即便是设备在厂房中的位置发生改变,一样可以移动联网,解决了很多通信问题。

  其次,无线通信使得对设备的远程控制成为可能。设备智能化主要是指对设备的智能化控制,一方面节省人力资源,另一方面减少人工误差。未来的工厂中,设备越来越多、人工越来越少,逐渐取代人工干预将毫无疑问成为主流趋势,而无线通信的方式则为此提供了保障。同时,借助无线通信技术,通过无线通信布局,也实现了更为灵活的生产制造管理方式。

  仍需工业基础通信设施建设

  一方面,德国“工业4.0”的本质就是基于信息物理系统(CPS)实现“智能工厂”,让制造业的各个环节与互联网充分融合,形成工业互联网。而实现工业互联网就需要适用于工业、具有高可靠性的通信基础设施建设作为基本保障。

  另一方面,随着工业互联网的形成也必然会出现工业大数据,比如设计、仿真、工艺、加工、产品结构、配置关系、变更记录等产品数据,设备、质量、生产、采购、库存、电子商务等运营数据,客户、供应商、合作伙伴、客户满意度等价值链数据等。工业大数据的采集、传输、交互和共享,必然要求建立容量、带宽、存储与数据处理能力更强大的通信基础实施。

  而当前的通信基础设施恐怕难以满足“工业4.0”时代的要求。因此,构建容量更大、服务质量更可靠的工业通信基础设施将成为未来制造业中迫切需要解决的一项课题。

  此外,工厂与外界实现联网之后,恶意软件入侵、工厂受到网络攻击的危险性将进一步提升,需要制定保障网络安全的对策与解决方案。进入21世纪之后,已经出现了许多对工业基础设施进行网络攻击的案例。例如:澳大利亚下水道监控系统和美国核电站监控系统曾被第三方经由无线网络系统侵入,波兰地铁信号系统也被入侵。而近年来,这样的攻击案例正在迅速增加。

  随着“工业4.0”时代的到来,人力、物料、生产设备、各种生产管理系统以及价值链上的众多协同企业都将互联,随之而来的是网络安全问题的隐忧,也就迫切需要建立一套完善的工业互联网信息安全认证体系。安全认证体系建设是信息安全保障的基础性工作,但在认证制度的设计和标准规范的研究与设计方面,还需要大量的经验和积累。初期,我国可以与国际认证机构合作,开展联合认证服务,但要逐步建立自己的安全认证机制。这不仅是与国际通行做法接轨,也有利于信息安全领域的国际交流与合作。

  总之,德国“工业4.0”战略与我国的“两化融合”有许多相通之处。在新的发展背景下,只有将信息化时代的网络化、智能化特征与我国工业化、自动化的进程紧密结合起来,把两化深度融合作为主线,才能为推动工业转型升级注入新的动力和活力。也只有将工厂通信基础设施建设好,才能为新一轮工业革命的制造业工厂提供通信保障。

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