众所周知,自动化是提升装备制造水平的主要手段之一,而控制系统又是自动化技术的核心部分,采用先进适用的控制系统,可以人力促进制造装备的自动化水平。
温家宝总理为2008年10月31日出版的新一期美国《科学》杂志撰写了题为《科学与中国现代化》的文章,纵论中国半个多世纪以来取得的科学成就以及未来的科学发展规划。温家宝总理介绍说,为了继续鼓励创新,中国政府制定了面向2020年的中长期科学和技术发展规划纲要。温家宝总理在文章中说,中国正在进行着人类历史上前所未有的现代化工程。经历半个多世纪的不懈努力,中国在基础科学和技术创新上已经取得了巨大成就。中国的国际论文总数、发明专利申请总量都已位居世界前列,形成了载人航天、高性能计算机、超大规模集成电路、第三代移动通信等一批成果。高新技术产业迅速发展,在全部制造业中的比重已占到15%以上。
温家宝还特别指出:“我们注重加强基础科学和前沿技术研究,并把发展能源、水资源和资源保护技术放在优先位置,努力掌握信息技术、新材料技术领域的自主知识产权,加强生物技术在农业、工业等领域的应用。”
在这一背景下面,自动化控制系统在不断满足“用户需求”的前提下,正在出现许多新的变化!
那么究竟如何从变化无穷的发展趋势里面,寻找出一条发展思路来呢?我认为:“需求牵引,技术推动”就是比较正确的一个思路。
一、需求牵引
首先,应当看到党中央提出的“坚持以‘信息化带动工业化,以工业化促进信息化’,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少。人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”再就是要紧跟国家建设可持续发展战略(资源节约型、环境保护型与和谐型社会等)的政策走向,在“循环经济”(循环经济是――种*大限度地利用资源和保护环境的经济发展模式。在党的十七大报告中,胡锦涛总书记更进一步指出,“实现未来经济发展目标,关键要在加快转变经济发展方式、完善社会主义市场经济体制方面取得重大进展。
从“需求牵引”看,“十一五”我国自动化技术发展的机遇,具体来说,首先就必须要详细了解国家与市场的需求。那么国家与市场究竟有什么需求呢?我认为应当从《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》、《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》等文件里面就有明确的需求。
它主要通过对传统行业的技术改造,*大限度地减少资源消耗和废物排放,从根本上消解长期以来环境与发展之间的尖锐冲突。)、“绿色经济”(绿色工业即是没有污染的工业。绿色工业是指产品在生产和使用过程中对环境和人基本不产生或产生较少有害物质的工业。)、“低碳经济”(“低碳经济”是以低能耗、低污染为基础的“绿色经济”,即在发展中排放*少的温室气体,同时获得整个社会*大的产出。)、“节能降耗”与“安全生产”等领域寻求新的发展机遇。
二、技术推动
另外,控制系统在不断满足用户需求的前提下,正在出现许多新的变化的推动力之一就是日益快速发展的各种各样的新技术和新概念。
在我国流程工业企业中,普遍存在能耗多、成本高、劳动生产率低、资源利用率低.环境污染严重等特点,能耗普遍比国外先进水平高出30%,劳动生产率只及国外的20%一30%左右,生产成本普遍高出国外1~2倍。 因而,我国流程工业企业对综合自动化技术的需求十分迫切。
进入21世纪以来,随着计算机网络技术、软件技术、纳米技术的发展,检测技术正在向微型化、集成化、智能化、总线化与极限化方向发展。检测技术以各种高新技术为发展动力,利用新原理,新概念、新技术、新材料和新工艺等*新科学技术集成新仪器、新装置。由于国家确有关部门对于节能减排工作的大力推动,以及国内传统工业对信息化需求的日益迫近,流程工业自动化的发展将会为以先进控制与优化技术为核心,生产执行系统、企业资源规划系统为重要组成部分的企业综合自动化系统的研发与应用提供强大的动力,其产业化的进程也将会明显加快。计算机技术、微电子技术、通信技术、网络技术与自动控制技术相结合,井在技术上达到新的高度。其主要特征是,产品实现数字化、智能化、网络化与综合集成化,并在性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性方向发展。随着工业自动化行业的发展,小型化和一体化逐渐成为行业的趋势和主流。
测试技术作为信息获取的重要手段,正在向数字化、计算机化、自动化、网络化、智能化,以及多功能化方向发展。传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业,它以其技术含量高、经济效益好,渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。一套完整的现代检测系统应当包括对被测对象特征进行检出和信号变换的传感器、信号调理、信号分析与处理,以及数据传输、显示与记录等部分。
国际上,控制装置的技术发展呈现出在数字化、智能化和网络化技术的支持下,实现高可靠性、多功能性与高适用性的发展趋势。自动控制系统向功能模块化、规模大型化、网络开放化的方向发展,系统软件呈现出接口标准化、应用便捷化及行业专业化的发展趋势。
特别是传感器技术是现代科技的前沿技术,多学科、多种高新技术的交叉融合,推动了新一代传感器的诞生与发展。
目前,无线传感器网络是继因特网之后,将对21世纪人类社会产生重大影响的IT热点技术。它将改变人与自然信息交互的方式。目前,无线传感器网络已在军事侦察、环境监测、智能抄表等领域取得了成功的应用,并在工业测控、智能建筑、医疗卫生等领域展现出良好的应用前景,随着产业的发展与应用的推进,无线传感器网络将不断面临着新的挑战。
我国自动化方面的专家呼吁:目前系统越来越复杂,自动化已经陷入低谷,其主要原因之一是传感技术的落后,一方面表现为传感器在感知信息方面的落后,另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。
国内主要以跟踪国外技术为主,高、精、尖产品与基础研究还存在较大差距,主要体现在技术深度、应用基础研究以及相关领域技术借用不够,系统化程度不高,产业化能力不强等方面。
国外著名的厂商提出的一体化控制理念,由于其操作简单、灵活,高性价比,越来越为业内人士和厂家所接受,正逐渐成为自动化控制行业的主流产品。通过各种过程的优化软件和先进控制算法使企业得到明显的经济利益。
目前,国际上许多传统的自动化仪器仪表与控制系统厂商逐步推出了一些重要的智能工厂高效生产组织管理整体解决方案。并提出来两个重要的概念:一是提出整体解决方案;二是发展流程工业信息技术(即工业IT技术)。例如:西门子推出的“全集成自动化平台”(TIA)解决方案,罗克韦尔自动化的“e-Manufacturing'解决方案;ABB的基于MES的综合自动化解决方案;三菱电机提出的“e-F@ ctory”解决方案;Aspen Tech提出的“智能化工厂”概念:霍尼韦尔推出的“Unified Manufacturing Solutions for Businese Optimization’套件等。
随着工业自动化行业的发展,小型化和一体化逐渐成为行业的趋势和主流
与国外的研究机构和先进企业相比,我们面对的问题主要有:―是三层架构的集成对接程度有待提高;二是CIPS应用的行业有待扩展,三是研究成果的产业化进度需要加快。
在工业自动化仪表与控制系统的应用方面,则呈现出“三个紧密”的趋势:即一是仪器仪表与使用对象的结合需要更加紧密,为不同的对象提供个性化一揽子解决方案(solution);二是与企业的经营管理系统的结合需要更加紧密,使整个产业链得到优化,形成管控―体化系统;三是与提高经济效益结合需要更加紧密。
此外,在机器人领域里,各种各样的智能机器人的发展,着重点在以提高经济效益为中心,在制造业、军事及服务业等许多方面都存在大量的需求,我们需要针对这些需求进行深入分析,研制出适合中国国情需要的各种特种机器人投入到实际应用里面去。
应当看到,我国的控制装置与仪器仪表行业的综合水平总体上达到20世纪80年代国际水平。30%的产品实现了数字化,达到20世纪80年代末期的国际水平;约15%的产品实现了智能化,达到20世纪90年代国际水平。
产品的门类比较齐全,有一定行业基础,在发展中国家居**地位,但与发达国家差距仍然明显。
未来,数字化工厂,增强现实技术和细微加工等作为新兴的技术领域,在含有新的市场需求之时同样也暗含新的商机。行业总体呈向上发展态势。
我国自动化仪表产业与国外的差距主要表现在:
一是行业的结构性矛盾比较突出;二是政策环境制约和科技创新能力相对低下;三是行业中新产品和新技术开发能力不足,产品可靠性及稳定性差的问题依然突出。高档产品主要被国外产品占领,特别是大型精密仪器、大型工程项目中的核心控制系统和技术基本依赖进口,部分产品市场甚至被国外产品垄断。
中国仪器仪表行业协会理事长奚家成曾经指出,由于技术水平差距和准入困难等原因,我国自动化控制系统和现场仪表目前已形成中低档产品以本国企业为主,高中档产品以外资企业为主;大中型工程项目依靠国外,中小型工程项目选用国内的市场格局。
在某种意义上可以说,自控系统和关键测试仪器正在成为我国装备现代化的瓶颈。
但是,进入21世纪以来,由于政府的支持与引导,中国民族企业的不懈努力,已经迎来中国高端自动控制装备国产化时代!
业内专家分析说,中国进入高端自动控制装备国产化时代,有两个特征:
一是国产化装备在市场中的份额越来越大。随着庄河项目的投产和稳定运行,国电智深又签订了辽宁康平、聊城河南民权等60万kW超临界机组自动化控制系统合同。因此,发展重大工程自动化控制系统和关键精密测试仪器,满足重点建设工程及其他重大(成套)技术装备高度自动化和智能化的需要,是贯彻落实《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》的重要组成部分,意义十分重大。据了解,目前这一系统在国内的高端市场已占有10%的份额。再如,中控集团InPlant工厂自动化整体解决方案和浙江中控WebField ECS-700(大规模联合控制系统),以及北京和利时公司的面向流程行业生产管理的HiMES等系统,都表明了我国在工业自动控制高端领域打破国外垄断已经取得重大突破。
二是技术不断创新。随着国家技术进步示范工程“国电大连庄河电厂60万kW超临界机组国产自动化控制系统”投产暨“国电江苏谏壁电厂100万千瓦超超临界机组国产自动化控制系统”2007年11月30日启动,当今世界*高等级的火力发电机组装上“中国脑”已经指日可待。
国家发改委副主任张国宝在启动仪式上说,自动化控制系统一直被称为机械装备中*核心的大脑和神经,过去我们解决不了这一*重要的高技术含量的控制技术问题,所以长期以来国内电力、石化、化工、钢铁等行业的自控系统大部分都受制于人,而且价格奇高;由于实现了国产化,其价格则大大降低。并为我国“工业自动化”行业的信息化、智能化、网络化、综合化、高端化与国产化而不懈努力!
根据专家们的预测,在今后的几年里,自动化技术的发展趋势大体可概括为:分散系统更深度的发展;以太网向现场总线的渗透;现场装置及驱动产品的自动化;新型的、低成本的传感器;无线网络通信;设计和研发的系统集成标准化、组件的自动化和嵌入式技术以及公司大范围的网络过程的垂直统一管理,数字化工厂或细微加工技术等。2008年年初,国电智深成立了100万kW超超临界机组自动化控制系统自主化项目攻关课题组,不久,将会在标志世界火电机组自动控制领域*高水平的100万kW超超临界机组控制系统项目上再次实现新突破。而未来,数字化工厂,增强现实技术和细微加工等作为新兴的技术领域,在含有新的市场需求之时同样也暗含新的商机。总而言之,在创新性的技术推动之下,控制系统将会不断出现新的变化!
综上所述,我认为,中国的“工业自动化”行业应当努力地沿着“需求牵引,技术推动”的思路,来探求如何开创控制系统的新局面,以适应国民经济可持续及和谐社会发展的需求。