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IEC 61499標準是工業4.0缺失的一環嗎?

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-07-15
中國北京,20207月9日,未來,工業企業將能夠靈活地適應供需兩端不斷變化的市場條件,并取得蓬勃發展。屆時,非專有的開放式平臺將能夠基于對業務目標的實時管理提供整體控制能力,推動新的商業模式涌現。運營流程和基礎流程將被整合至一個無縫的業務、自動化和控制系統,以便更好地協調供應鏈、業務系統、運營、生產、物流以及客戶服務等各個環節。創新型工業自動化技術的應用將促使運營能力發生階段性的改進。最終,工業企業將能夠提升交付速度,削減成本,并縮短向消費者交付產品的周期。

什么“原因”阻擋了工業自動化的前進步伐

如果數字化的潛力能夠得到全面發掘,工業企業的創新能力、效率和敏捷性都將達到前所未有的高度。那么,是什么阻礙了這一切的發生呢?事實上,其中的制約因素更多地源于歷史和心理方面,而并非技術方本身面。

低成本智能傳感器和開放式計算平臺的廣泛普及簡化了互聯互通和系統控制的復雜性,使得機器學習和人工智能的應用成為可能。事實上,目前智能不但可以分布在云端和邊緣的軟件資源中,而且可以嵌入到控制器和現場設備中。

此外,隨著技術的進步和開放式標準的演進,制造商得以在不中斷現有業務運營的情況下,更加順利地推進現代化升級改造,避免核心系統替換產生高昂成本。然而,由于對傳統專有自動化系統的過度依附和依賴,很多制造商都無法獲得上述優勢。

從傳統的專有自動化系統到“即插即用”的開放式平臺

目前,大多數領先的自動化系統供應商向最終用戶提供的是專有系統,導致這些用戶只能使用特定的技術。許多此類用戶在向其他PLC/DCS供應商的系統遷移時,都面臨著投資回報率(ROI)的問題。

然而,這種專有方法導致制造企業無法充分利用創新成果,增加了企業的總擁有成本,限制了企業使用先進IT技術的能力。從長遠來看,這種專有方法會限制企業快速向前發展、迅速建立市場優勢的能力。

未來的情況將大有改觀。Automation.com總編Bill Lydon認為,未來的制造和生產運營將圍繞通用開源架構展開,并將遵循由開放標準驅動的互聯網和企業計算模式。工業自動化實際上是一個計算用例,但它還未成熟到可以接納這些先進概念的程度。工業自動化系統應僅作為一個多廠商、可互操作的開放式平臺,用以實施全新的制造和生產模式。

Lydon表示:“一些制造和生產企業正在嘗試漸進式變革方法,在保留現有流程和現有資產的同時,推動階段性改變。這種方法側重于利用新技術進行改進,實現成本節約和運營改善。這樣的漸進式調整并不會導致流程和業務模式的深刻變化。”Lydon認為,制造和生產流程的變革以及業務模式的改變和技術變革的推動,將加速提升企業的競爭能力,并帶來顯著的投資回報。

Lydon提倡采取任何必要措施,使用開放的多廠商架構,基于實時業務管理目標,實現對自動化的整體控制。“要想真正實現‘即插即用’,我們必須摒棄本地標準,轉而采用單一的行業標準配置文件,將設備添加到自動化系統當中。目前,計算機行業已經實現了這樣的操作,簡簡單單即可將打印機、掃描儀、照相機和外部驅動等設備添加到系統中。計算機系統可以,自動化系統為何不行呢?”

標準必不可少

Lydon指出,在新的環境中,對于多廠商互操作性以及從供應鏈到制造和生產再到客戶的無縫接口而言,標準至關重要。IEC 61131-3是當前應用最為廣泛的工業自動化和控制編程標準,得益于其完整的任務結構,可以完成事件驅動型、狀態觸發型和循環邏輯型任務。PLCOpen組織對IEC 61131標準進行了重大改進,包括用于企業通信的OPC UA協議、遠程過程調用以及控制器到控制器的標準化數據通信模型等。該領域的另一項進展是IEC 61499標準(譯者注:IEC61499已經被等同轉化為國家標準GB/T19769),這項標準基于IEC 61131標準的功能構建,定義了分布式控制系統的通用模型,并且以圍繞功能塊構建的事件驅動型任務為特征。

拋開IEC 61131和IEC 61499等編程標準不說,人們往往會忽略這樣一個重要事實——傳統廠商從未完全接受使用代碼和功能可移植性的開放式實現。Eclipse Foundation 4diac開源項目促進了IEC 61499,如果能夠被傳統自動化廠商接受,那標準的進一步發展將是朝著正確的方向邁出的一步。

IEC 61499標準的普及

施耐德電氣認為,對于Lydon提出的問題,答案可能在于IEC 61499標準的普及。這項標準最初形成于上世紀90年代末和本世紀初,但是由于當時的技術條件所限,這項標準并未得到廣泛普及。如今,隨著技術的進步,IEC 61499標準解決了不同廠商設備間的可移植性、可配置性和互操作性問題,同時也解決了軟件和硬件獨立性的問題。此外,通過調整和結合基于掃描和基于事件的機制,這項標準可以使自動化系統輕松采納IT領域的最佳實踐,并與企業系統進行交互。此外,借助IEC 61499兼容wrapper配置軟件實現遺留系統的再利用能力也正在開發當中。

開放式過程自動化論壇(OPAF)和過程工業自動化技術用戶協會(NAMUR)等組織作為最終用戶團體,正在大力推進對當前專有自動化系統范式的改革。有了IEC 61499標準,再加上施耐德電氣等主要自動化廠商對于采用開放式自動化系統平臺的意愿,可以說現在已經是萬事俱備,工業自動化系統前景在望。

 

關于作者:


Fabrice Jadot ,施耐德電氣工業自動化業務首席技術官

 

關于施耐德電氣

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