智能制造发展过程，工业自动化的发展

本文首先总结了工业生产对控制技术的要求和工业自动化系统的特点。然后，根据智能制造系统在工业生产过程中的地位和作用，重点讨论了不同时期、不同领域智能制造系统相关技术的技术特点和阶段，并通过生产系统各子系统之间的数据流来区分智能制造发展过程的三个阶段。最后，通过钢铁行业的案例分析了智能制造在生产中的地位，为企业实施智能制造提供了参考。

为便于描述，本文将应用智能制造技术实现的系统的集合称为智能制造系统，而传统的工业生产控制系统(包括工业生产过程中各级自动化和信息系统的总和)称为工业自动化系统。

工业自动化系统的特点

经过多年的发展，钢铁行业工业自动化系统的主体结构一般分为五层，如图1所示:检测与执行设备层L0、基础自动化层L1、过程自动化层L2、制造执行系统L3和企业资源计划层L4。每一层根据其功能或控制范围分为多个系统。各层系统的数据通过接口协议相互传递，业务应用相互关联。

随着计算机和控制器能力的增强，过程自动化级的许多功能“下沉”到基础自动化级执行，并合并形成“过程控制级”；而扁平化管理的需求使得制造执行系统和企业资源计划的分工变得不那么明显，它们融合为“生产管理层”。但无论是五层结构还是其他类型的结构，都是围绕企业的核心发展目标，实现各系统的功能定位和分工协作。

工业自动化系统一般需要具备以下特点。

①确定性。确定性是指工业自动化系统必须具有一定的响应能力，主要包括:1)实时性。工业自动化系统一般是实时系统，在很多情况下，对于生产过程中的信息传输来说，延迟是不可接受的。2)可预见性。即在一定条件下，系统的输出是可预测的，且差值在可控或可接受的范围内。3)手动优先。在异常情况下，工业自动化系统的某些功能可以由操作员确定性地手动接管，从而使整个系统继续以降低某些性能(包括便利性)的手动模式运行。

(2)可用性。可用性是指在外部资源有一定保证的前提下，工业自动化系统执行规定功能的能力。主要包括:1)可靠性。由于其控制对象的重要性，工业自动化系统一般要求连续工作，不允许控制系统的突然中断和重启，这意味着在传统it技术中通过重启来重置系统的意外故障在工业自动化系统中几乎是不可接受的。因此，在工业自动化系统中，需要通过简洁、可控、必要的代码来实现所需的功能，并在投入运行前进行反复、详细的测试，以确保将意外中断的可能性降到最低。2)容错性。在设计和测试工业自动化系统时，我们必须尽可能地考虑系统在各种输入条件下的响应。当某些输入信号异常时，系统能继续工作或自动进入安全状态，避免极端错误输出，造成设备或产品损坏甚至人身伤害。3)安全性。工业系统一旦受到网络攻击，后果比IT领域严重得多，会导致生产停工、设备损坏或安全事故。因此，需要结合应用场景合理部署安全解决方案，实现功能安全和信息安全的有机融合。

(3)经济。经济性是指企业从一项投资活动中获得的经济回报。钢铁企业有着深厚的行业背景和鲜明的个性化特征。很多先进技术很难在其他行业、不同生产线之间简单复制推广，IT领域的市场模式在工业领域也不一定适用。因此，技术的发展是否具有适当的经济性需要综合考虑。

随着计算机技术的发展，工业自动化系统中使用了大量的计算机、操作系统和各种网络协议，并引入了越来越多的IT技术。在引进过程中，根据工业化生产的要求，对部分技术进行了改造、验证和推广应用。智能制造系统中的许多基础技术，如人工智能、工业大数据、工业互联网平台等。，也来自IT技术。在将其引入工业生产的过程中，还需要根据要求综合考虑确定性、可用性和经济性等因素，进行必要的调整和改造。

整体来看，智能制造的发展应该是一个循序渐进的过程。根据生产需求和相关技术在不同发展阶段的特点，合理确定相关技术在整个生产系统中的作用和地位。最终目标是实现各种技术与现有工业自动化系统的结合，形成有机整体，有效实现企业的发展目标。