如何確定數(shù)字化項目的優(yōu)先事項？

對于正在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型的控制工程師來說，應(yīng)該優(yōu)先考慮哪些事項？

　　上海自動化儀表四廠為了數(shù)字化而數(shù)字化是沒有意義的，工程師的首要任務(wù)應(yīng)該是檢查特定

數(shù)字化項目是否真的能帶來價值。Pepperl+Fuchs全球物聯(lián)網(wǎng)項目和工業(yè)4.0負責(zé)人Benedikt Rau

scher指出，在開啟數(shù)字化項目之前，首先要檢查任務(wù)本身是否需要優(yōu)化。

　上海自動化儀表四廠　一旦確定了有價值的潛在數(shù)字化項目并簡化了流程，控制工程師就需要

確定是否已有現(xiàn)成的數(shù)字化解決方案可用，或者是否需要開發(fā)新的方案。接下來，互操作性是需

要高度重視的另一個重要方面。通常，一個數(shù)字化解決方案會涉及來自不同制造商的各種硬件和

軟件組件，所有這些組件都需要能夠相互通信。為了確保未來擴展項目的互操作性，現(xiàn)有的數(shù)字

化解決方案以及新的開發(fā)都須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并提供開放接口。一個很好的方法是使用資產(chǎn)管理殼

(AAS)進行數(shù)據(jù)交換。

　　AAS是一個(組)資產(chǎn)的數(shù)字表示。它由許多子模型組成，可以描述特定資產(chǎn)的所有信息和功

能，包括其特征、特性、屬性、狀態(tài)、參數(shù)、測量數(shù)據(jù)和能力。AAS允許使用不同的通信渠道和

協(xié)作方式，使資產(chǎn)和相互關(guān)聯(lián)的、分布式的、數(shù)字化的場景之間的建立聯(lián)系。AAS概念由獨立于

制造商的組織——工業(yè)數(shù)字孿生協(xié)會(IDTA)管理，并在IEC 63278中進行標(biāo)準(zhǔn)化。IDTA的GitHub

存儲庫中已經(jīng)免費提供了大量子模型模板。在許多IDTA工作組中，領(lǐng)域?qū)＜依^續(xù)致力于創(chuàng)建更多

的子模型定義。

　　重要的是，數(shù)字化戰(zhàn)略應(yīng)采用經(jīng)過驗證的新技術(shù)，如工業(yè)以太網(wǎng)或AAS，作為開放和具有互

操作性的數(shù)字孿生。工業(yè)以太網(wǎng)正在推動信息技術(shù)/運營技術(shù)環(huán)境的融合，使所有基于以太網(wǎng)的協(xié)

議也可用于工業(yè)應(yīng)用。而且，隨著Ethernet-APL的推出，它現(xiàn)在甚至可以用于過程工業(yè)中需要本

質(zhì)安全的危險區(qū)域。

　　顛覆性技術(shù)的引入

　　DigiKey自動化與控制營銷技術(shù)經(jīng)理Eric J.Halvorson認為，數(shù)字孿生技術(shù)正在工業(yè)數(shù)字化的

下一個顛覆性浪潮。人工智能(AI)的引入席卷了世界，現(xiàn)在已經(jīng)進入了工業(yè)自動化領(lǐng)域。它被用

來對PLC和機器人進行編程，并對生產(chǎn)調(diào)度進行準(zhǔn)確預(yù)測等等。在過去的幾年里，我們看到數(shù)字

孿生技術(shù)被廣泛應(yīng)用于整個工廠。該技術(shù)使制造商能夠在模擬環(huán)境中準(zhǔn)確查看整個工廠。這使工

程師能夠看到編程的變化，將如何影響現(xiàn)實世界的生產(chǎn)。數(shù)字孿生技術(shù)還縮短了設(shè)計周期和測試

時間，并提高了產(chǎn)出。

　　通過計算機視覺、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)來分析來自傳感器、相機和其它來源的數(shù)據(jù)，可以提

高數(shù)字孿生的準(zhǔn)確性和真實性。AI還能使用生成式對抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)和其它技術(shù)，生成物理對象和

環(huán)境的逼真3D模型。Eric指出：“AI可以使數(shù)字孿生運行模擬和場景，以優(yōu)化性能、效率和可持

續(xù)性。它還可以幫助數(shù)字孿生從自己的經(jīng)驗中學(xué)習(xí)，適應(yīng)不斷變化的工況，并根據(jù)模擬數(shù)據(jù)和結(jié)

果提供見解和建議。”

　　制造企業(yè)每天都要需要面對各種各樣的挑戰(zhàn)。無論這些威脅是來自全球勞動力短缺、地緣政

治事件、環(huán)境影響、原材料的成本和可用性，還是供應(yīng)鏈限制，他們都需要盡一切可能來保持競

爭力。采用數(shù)字化戰(zhàn)略和過程(如數(shù)字孿生模型)的制造商能夠準(zhǔn)確有效地生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，并

及時將其交到消費者手中。仔細評估數(shù)字技術(shù)實施的準(zhǔn)備程度和能力，并為其制定明確的戰(zhàn)略和

路線圖，制造商可以為自己的成功做好準(zhǔn)備。

　　了解工廠的戰(zhàn)略和未來目標(biāo)

　　圖：為了確保未來擴展項目的互操作性，現(xiàn)有的數(shù)字化解決方案以及新的開發(fā)都須遵循相關(guān)

標(biāo)準(zhǔn)并提供開放接口。圖片來源：CE Europe

　　Festo的營銷和技術(shù)開發(fā)經(jīng)理Jan Koudijzer認為，在實施數(shù)字化項目方面，控制工程師的首

要任務(wù)是了解工廠的戰(zhàn)略和未來目標(biāo)。例如，主要目標(biāo)是零缺陷，還是更靈活的生產(chǎn)各種不同的

產(chǎn)品？你是否在努力實現(xiàn)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)視為重要資產(chǎn)的新商業(yè)模式？數(shù)據(jù)管理能否成為更具可持續(xù)

性工廠的推動者？這些問題的答案，使控制工程師能夠確定數(shù)字化轉(zhuǎn)型的優(yōu)先事項，并確保管理

層的正確參與和支持。

　　成功實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型的另一個重要優(yōu)先事項是，任何工廠轉(zhuǎn)型都需要使用系統(tǒng)工程方法?！?/span>

所有過程都應(yīng)該用功能和子系統(tǒng)來描述，而不是基于現(xiàn)有技術(shù)。不同子系統(tǒng)和功能之間的接口應(yīng)

該基于開放標(biāo)準(zhǔn)，例如ecl@ss、Automation ML、OPC-UA或MQTT，支持生產(chǎn)/工廠平臺，如

果引入新技術(shù)，未來可以逐步改進。采用以人為本的方法是激勵同事處理新資產(chǎn)并在數(shù)字化轉(zhuǎn)型

期間保持管理層參與的關(guān)鍵?！?Jan說。

　　此外，他還強調(diào)了以網(wǎng)絡(luò)安全的方式使用工業(yè)4.0技術(shù)的重要性。在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計階段，需要

決定數(shù)據(jù)是保存在邊緣、內(nèi)部還是云端。對于那些正在進行數(shù)字化之旅的企業(yè)來說，應(yīng)該充分利

用技術(shù)供應(yīng)商的所有工具。今天有很多新的配置器和模擬系統(tǒng)，使設(shè)計過程變得更容易和快捷。

在很多情況下，這些工具還為用戶提供了基于AAS技術(shù)的數(shù)字孿生，可以在工廠的整個生命周期

內(nèi)使用。

　　明確數(shù)字化的價值所在

　　歐姆龍自動化經(jīng)理Dev Kainth認為，如今推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型的動力主要來自管理層，其驅(qū)動力

在于優(yōu)化和改進工作流程以及縮短對行業(yè)變化的響應(yīng)時間。雖然控制工程師的優(yōu)先事項在很大程

度上取決于行業(yè)部門、他們的角色及其自己的專業(yè)知識，但也有許多重要議題需要思考。這些挑

戰(zhàn)包括易于實施和提高員工技能的需求，以及選擇可以內(nèi)部支持的解決方案。

　　Dev已經(jīng)注意到一種趨勢，即公司正在數(shù)字化“什么”。許多人都專注于基于狀態(tài)的監(jiān)控、

預(yù)測性維護和機器數(shù)據(jù)趨勢。因此，總的主題是數(shù)據(jù)采集，并利用這些數(shù)據(jù)作為反饋機制來推動

變革。

　　許多公司似乎只是在采用競爭對手的做法，這就是為什么我們經(jīng)常會看到，他們轉(zhuǎn)向知名的

供應(yīng)商。這表明他們并不真正知道從哪里開始，或者不一定了解數(shù)字化轉(zhuǎn)型的價值所在。

　　規(guī)劃至關(guān)重要，組織需要清楚地了解目的是什么，即使數(shù)字化旅程分為幾個階段。他建議，

對整個系統(tǒng)進行初始分析，這將有助于團隊了解在哪些方面數(shù)字化是有價值和可行的。它將根據(jù)

對業(yè)務(wù)的影響進行風(fēng)險評估和優(yōu)先級，從高到低依次排序，提供一份項目清單。時間就是一切，

無論是組織的準(zhǔn)備情況，還是工程師計劃部署系統(tǒng)的準(zhǔn)備情況。

　　總的來說，首先采用以數(shù)據(jù)為中心的方法是一個好主意，因為這會產(chǎn)生寶貴的信息，為物聯(lián)

網(wǎng)(IoT)和AI等其它技術(shù)鋪平道路。此外，變更管理同樣重要。組織需要考慮通用接口協(xié)議，使集

成更容易，并盡早討論員工技能和培訓(xùn)，以確保團隊在引入新技術(shù)時做好準(zhǔn)備。

　　實現(xiàn)質(zhì)的飛躍

　　Pasqal執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Georges Olivier Reymond認為，在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域，控制工程

師越來越多地參與到組織的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作中。他們的角色已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的過程控制，涵蓋了

AI、機器學(xué)習(xí)和量子計算等新興技術(shù)的實施，以優(yōu)化工廠運營，解決復(fù)雜挑戰(zhàn)并推動創(chuàng)新。

　　因此，了解量子計算等領(lǐng)域的進展對于需要調(diào)整現(xiàn)有過程，以滿足不斷變化的行業(yè)需求的工

程師來說至關(guān)重要。Georges Olivier認為，量子計算以其計算能力，在工業(yè)應(yīng)用中具有變革性的

潛力。這包括運行復(fù)雜控制系統(tǒng)的量子優(yōu)化，量子算法可以為化學(xué)過程、電網(wǎng)和機器人等應(yīng)用發(fā)

現(xiàn)控制策略提供幫助。

　　上海自動化儀表三廠量子機器學(xué)習(xí)借助量子計算的高并行性，實現(xiàn)進一步優(yōu)化傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)

的目的。它是將量子計算和機器學(xué)習(xí)相結(jié)合的新興領(lǐng)域，利用量子計算的特性來解決傳統(tǒng)計算機

難以處理的復(fù)雜問題。

　　上海自動化儀表三廠量子機器學(xué)習(xí)還可以用于預(yù)測性維護，從而能夠盡早檢測出工業(yè)設(shè)備中

的異常和潛在故障，而量子模擬可以加速發(fā)現(xiàn)具有所需特性的新材料，如高溫超導(dǎo)體、電池和先

進催化劑。例如，在能源領(lǐng)域，量子計算可以改變可再生能源預(yù)測。工程師可以使用量子原子來

模擬可再生能源和電網(wǎng)需求之間的復(fù)雜相互作用，從而做出更準(zhǔn)確可靠的預(yù)測。