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專家洞見:未來技術助力智能製造

2022年12月9日
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後疫情時代,靈活、高效、韌性和可持續發展成為焦點,如今許多行業領導者認為智能製造時代將加速到來。事實上,工業互聯網 (IIoT) 正納入越來越多新技術和新標準,如開放平台通信統一體係架構 (OPC UA FX)、時間敏感網絡 (TSN)、Wi-Fi 6/7 標準、5G 以及單對以太網 (SPE)/以太網-APL 技術。

對此,兩位 IIoT 領域的資深專家就智能製造的未來發展和實現途徑分享了前沿洞見。貝加萊工業自動化有限公司(ABB 集團下屬公司)控製係統、機器視覺和網絡bob手机在线登陆 管理副總裁 Stefan Schönegger 與 bob手机在线登陆 工業網絡基礎設施部bob手机在线登陆 經理 Jack Lin 一起解答了許多行業在規劃和實施工業聯網解決方案、實現智能製造過程中麵臨的五大問題。

1.實現智能製造的關鍵技術為何如此重要,它們如何相互作用?

Stefan: 智能製造的基本技術原理是通過互聯網形成設備網絡,無縫監控整個生產過程。在此過程中,設備不斷收集和分析包括實時數據在內的各種來源的數據,通過數字信息技術提高適應力,實現快速設計變更。此外,數據科學家可以借助數據模擬製造過程,探究如何提高某些環節的效率。因此,提取並分析所有數據至關重要,這是挖掘相關知識和洞見的基礎。而無縫安全的互操作性是數據提取分析的必要前提,這正是 OPC UA 標準的作用。

另外,OPC UA

  • 支持雲端和現場的各類應用,如 OPC UA FX (Field eXchange)
  • 配合 TSN,支持 IEC/IEEE 60802 配置文件,使不同的 IT 和 OT 協議能夠共存於通用網絡基礎設施中

OPC 協會還與多個組織開展合作

  • 新 5G 和 Wi-Fi 6/7 技術
  • 高級物理層 (APL) 項目組,規定流程工業要求

得益於此,OPC UA 標準日益普及,廣泛用於工廠自動化和流程工業的諸多應用中。

Jack: OPC UA FX、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對以太網/以太網-APL 使用相同的通信包交換技術和以太網基礎,因此可以輕鬆銜接,並能協調諸多標準機構和社區(如 IEEE 802.1 TSN TG、IEEE 802.3 TG、IEEE 802.11 TGbe、IETF、5G-ACIA 以及 IEC/IEEE 60802 聯合項目)的所有工業合作夥伴的努力。簡言之,上述技術在各種工業應用中能夠高效協作。

 

2. 是否隻有新建項目可以使用智能製造新技術?擴建項目可否使用?

Stefan: 牢記客戶已為當前所用技術投入大量資金,無法一夜間全部換新。因此,技術升級需平穩過渡。OPC UA FX 是 OPC UA 技術的擴展升級,允許不同的既定通信協議共存於同一網絡基礎設施,完成技術過渡。在這一技術支持下,統一通信解決方案將代替傳統的現場總線和實時以太網協議,切實可行地將現有工業操作升級為智能工廠模式。

Jack: 在考慮采用這些新技術時,我們要兼顧新建項目和擴建項目。以 IEEE 802.1 TSN TG 為例,該技術組各項新功能要與 TSN 相關,以過去 40 餘年積累的技術為基礎。我們曆來都是在已有技術沉澱基礎上繼續開發新功能,確保同時向後和向前兼容。

 

3. 技術如何助力機器學習和人工智能?

Stefan: 機器學習和人工智能 (AI) 都需要接受高質量數據訓練,才能做出精準預測。我從兩方麵看待這個問題:

  1. 得益於芯片技術和新型單對以太網連接技術的進步,更小體積的智能傳感器即將問世,能夠借助 OPC UA 實現以太網通信連接。智能製造的實時通信可以通過依靠 TSN 技術經由銅線實現,或依靠 5G/Wi-Fi 6/7 技術通過新型無線信號實現。下一代傳感器將成為數據信息的新來源。
  2. 這些新的數據源也將通過 OPC UA 全麵的數據語義為機器學習和人工智能提供高質量數據輸入。下一代傳感器將使用絕對時間戳,提供完整的數值、單位和閾值信息,算法預測的準確性將得到質的提升。這是所有數據科學家夢寐以求的結果。

Jack: 有價值的數據往往需要從大量信息中提取。但由於物理限製,共享信息的空間和速度有限。這時就需要發揮 TSN 和 5G 等超可靠無線通信技術的作用。TSN 提供的帶寬比現有工業以太網高出 10 到 100 倍,5G 網絡容量是前幾代蜂窩技術的 10 倍。這些網絡技術具有確定性和超低有界延遲,能夠確定性傳輸更精確且更高質量的數據,例如高分辨率的圖像和視頻流。此外,借助單對以太網和以太網-APL 技術,我們可以順暢訪問最邊緣的設備和應用傳感器的數據,由此得到整體數據視圖。

 

4. 10 年後,智能製造將會發展成什麼樣子?

Stefan: 未來的工廠依舊離不開人力,但人力將需要加大與機器人和智能機器的合作,使製造過程更加安全高效,盡可能實現碳中和。因此,操作技術 (OT) 將借鑒和利用切實有效的信息技術 (IT) 方案,以改良形式將 IT 技術運用到機器運作和工廠生產中。

為此,OPC UA 支持跨平台、跨行業、跨國工業通信。未來設備將智能化,能遠程升級網絡安全防護工具,並具有擴展的功能和特性。各類設備要能使用同一組標準實現相互通信以及與雲端通信。因此,未來 OPC UA、TSN、5G、Wi-Fi 6/7 和單對以太網(SPE)/以太網-APL 技術都將繼續發揮關鍵作用。

Jack: 如果工業 3.0 的特點是相互獨立、預編程的回路和過程,那麼工業 4.0 的發展方向將是相互協作、快速反應的協調單一回路。人力、機器、數據和網絡等所有資源都和諧互聯,能在正確的時間和地點調動並使用正確資源,達到生產目標。

 

5. 實現智能製造麵臨哪些阻礙?

Stefan: 我們需要打破 IT 技術和 OT 技術之間的隔閡,繼續融合 IT 和 OT。應當積極推動形成跨學科開放合作的氛圍,幫助 IT 和 OT 技術人員交流傳播行業知識,協同合作,實現碳中和。

Jack: 前麵我們討論了這些關鍵技術的許多優勢。但是仍需考慮一些現實問題,例如業務計劃和投資回報率。有時我們會看到,客戶在滿足當前市場需求和為未來發展投資之間很難取得平衡。事實上,為了滿足當前市場需求,他們可能會延緩對未來發展的投資計劃。我建議企業積極采取措施,識別可變因素,減少風險,努力克服不可預見的障礙,引領企業走向更好的未來。

 

結論
正如 Stefan 和 Jack 所言,智能製造的未來建立在可互操作的標準之上。各行業應大力采用包括 OPC UA、TSN、5G、W-Fi 6/7 和單對以太網 (SPE)/以太網-APL 在內的新技術。如想了解更多關於智能製造和 TSN 的內容,請訪問我們的 TSN 微網站

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