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潘再生智能制造的综合技术体系和中控方案_[#第一枪]

发布时间:2021-06-07 17:19:23 阅读: 来源:蔬菜清洗机厂家

雷锋网按:近日,2017 世界机器人大会人工智能与机器人青年创新创业专题论坛在京召开,本次论坛由中国电子学会-嵌入式系统与机器人分会主办,雅瑞资本、真格基金、立德共创承办,并由多家大学、创投机构、新型企业联合支持。

在下午的论坛主题演讲中,浙江中控集团研究院副院长潘再生以《信息物理系统与智能工厂》为题作了演讲。

以下为刘连庆演讲内容,雷锋网(公众号:雷锋网)做了不改变原意的编辑:

信息物理系统

首先,信息物理系统是什么?信息物理系统从概念提出到现在已经有很多年了,这里面我简单地从一个地方摘取来的,从信息和物理这两个系统怎么结合在一起,我们很多隐性的数据通过状态感知变成显性数据,通过分析变成有用信息,这些信息再通过科学决策变成我们的知识,通过执行来影响到最终的物理系统。这里面是物理系统跟信息系统的一个系统图,包括人类的参与,包括一些网络,这里面有很多说法,有各种各样的表述方法。

这里面信息物理系统分成三个级别,有单元级的、有系统级的、还有 SOS 系统之系统级。现在一般的智能化系统至少是有硬件、有软件,我们早期只有硬件,机械的装置可能只有硬件,没有软件。

这里面大家有兴趣后面会提到一些白皮书可以去看一下,信息物理系统的四要素就是一硬、一软、一网、一平台。一硬就是我们的感知和自动控制,叫做硬件电路;我们软的部分叫工业软件,特别是针对工业,提高我们工业企业研发、制造、生产、服务、管理水平的软件;网络我们指的是工业网络;还有一个平台主要是工业云与智能服务这个平台,这是我们的新四级。

这里简单列出了中控在工业自动化的整体解决方案,叫做 Inplant,我们分成智能决策、智能运营、智能操作、智能结构、智能检测、智能控制六个方面。我们最终可能会组合出很多很多,包括最底下如果从我们中控产品的角度来说,最底下有芯片的形式,有 CPA、CMC 芯片,芯片应该是最基础的一个部件,再往上就是仪表、阀门,仪表是我们的传感,阀门是我们的中控,控制系统我们也分成不同种类的,再往上 MES、APC 是先进控制,再往上就是 ERP,是企业的资源计划。

整个是我们的整体解决方案,还包括不同的行业,在这里面我们有一些咨询的服务,还有工程服务,还有一些 MAC 是一个综保服务,还有一个行业解决方案,这是中控积累了 20 多年的产品和体系。

这里面我想给大家再稍微细化地介绍一下,这是我这几年做的一个工作,叫 CMC 控制芯片,什么是 CMC?我们搞控制的都清楚,如果要构成一个控制,必须要有信号输入,我们要有传感信号,最终要输出,要控制。在取得这些传感数据之后,我一定要有一个控制算法,你肯定不能盲目地输出。

最简单的 PRD 控制,两个构成能够构成一个回路控制。现在如果构成更大的系统还需要网络通讯,这些东西是我们在控制领域最基础的需求。我们把所有这些需求如果简单地看,就是我们各种模块的一个组合。如果把这些模块的组合做成一个芯片呢?以前如果我们做控制系统,基本上是拿来通用的CPU,我们拿来做电路,编写控制模块,这是我们的一些方法,现在把要做的电路图全部芯片化做成一个芯片,这个 CMC 是一个控制芯片。它把输入、输出,控制运算、通讯这些共性的东西都集中在了芯片里面。

在这个芯片里面我们除了实现了逻辑控制,我们还把运动控制也集成进去了,因为我们原来搞流程工业,基本上都是逻辑控制,智能工厂里边还涉及到了运动控制,比如说一些电机控制,一些生产线的装备,一些印刷、包装这些用到的很多电机。

这是一个简单的图,我们如果简单地看左半边部分上边是模拟量处理,下面是数字量处理。右边的图上半部分基本上都是我们芯片内部用到的一些资源,有上面是一些控制算法库、Flash、RAM,下半部分中间这个板块是我们芯片的核心,也是我们自己完全自主的,右边的上半部分绝大部分都是集成了芯片的单元,基本上我们比如说做 CPU 类的都有这些东西,我们自己也不可能做出一些新东西来,我们基本上都是集成。

控制运算 CMU 这一块,LCP 是逻辑控制单元,MCP 是运动控制单元,这三块部分是我 CMC 这个芯片的最核心的部分,这里面等于说把最主要的控制部分全部是用我们自己来研发。右边的下半部分是我们通讯接口,这里面我们把常用的像以太网、CAN、UART、SPI、IIC 五个都做进去了,所有的这些通讯接口都可以做到冗余。

这个是我们芯片内部的一个结构,在这个图里也标出来了,绿色部分完全是我们自主研发的,红色部分是我们芯片里面一些通用的模块、IP,其他还有一些黄色部分,就是芯片代工厂提供的一些 IP,整个的芯片我们做到了自主可控。

这是我们可以提供的十多款小规格的 CMC,小的以开关量控制为主,大的有 256 角的,包括和沈阳一起做的工业无线,一般情况下常规应用的 128 角,或者 144 角的芯片用得比较多。

今年 3 月份,工信部发布了信息物理系统白皮书,其中把我们的 CMC 芯片作为复录机里面的一个单元级,作为一个典型的案例列在里面了。工信部组织了国内的一些专家、院士以白皮书的方式发布的,它这里面刚才也提到了信息物理系统分三个级别,单元级就是我们 CMC 这个芯片,另外还有系统级和 SOS 级。

智能制造的中控方案

刚才前面讲到的主要是以 CPS 这个概念来说。接下来我想针对智能工厂说一下我们的解决方案。智能工厂大家可能也听到了很多,不同的工厂它的智能化方案、智能化解决目标也不一样,但是我们这里想说一下,智能工厂的目标是什么?

对企业来说,企业经营工厂要的就是利润,有钱赚才是我的目标。但是光有钱、有利润可能还不够,我们还需要有高效,没有效率竞争不过别人,还要节能,现在国家对能源的利用也很高,如果大量的能耗很高,大量产生污染也不合适。

现在安全事故也经常发生,安全是非常地重要,它也是一票否决。绿色这一块是我们的五个部分,利润、高效、节能、安全、绿色是我们企业经营的目标,也是我们智能工厂要去解决的目标。

围绕着这五个目标,我们相应地有一些原料供应,我们的产品销售、企业的智能化、数字化、网络化,这一系列都是围绕这五个目标。

拿中控作为一个案例来说,如果我们看中控智能化的整体解决方案,大家看到中间黄色部分智能制造有五大需求,这是从客户角度出发的,分别对应的是下面的安全、提升质量、降本(降低成本),增效(增加企业的效益),还有环保。

中控针对这五个用户的需求,我们在安全工厂、智能优化工厂、绿色工厂方面有一些整体方案,这是我们现在智能制造的一个战略。

往下看的话,针对我们的智能制造有四个示范项目,这是国家工信部立的四个项目。再往下是我们20多年的行业积累,这个是倒着从上往下看的,其实如果从下往上看,这是我们智能制造中控的四个阶段,最底下是解决我们单个企业用户的,最后我们拿出来一个整体解决方案,包括最后要制定标准,因为企业做到一定程度,你需要把这个东西标准化,那么中控参与了很多国际标准的制定。

同时,我们也通过示范项目,把原来的一些大规模级应用的企业、行业再进行标准化,把我们的智能制造为用户做一个更好的提升。

这是整个中控智能制造的一个实施平台,刚才讲到安全的、节能环保的解决方案,我们还有一个智能优化解决方案,围绕着安全、体质、降本、增效的目标。还有三个解决方案的联合体,一个实施平台,多个行业的方案。

这里面也提一下智能工厂关键的技术。我们归纳了八个点,一个是数字化移交,第二个核心装备需要国产化,如果很多装备都是进口的,很多东西做不好,这里面中控几乎所有的核心装备都能提供。还有控制优化,针对我们的工艺优化,高效协同,在广泛创新和应用一体化这个平台都需要一个高效协同。互联互通也是,你一个系统信息都不能互联互通,怎么可能构成一个我们的智能工厂?还有节能减排,在设备、装置全场这个级别需要进行优化策略。

工信部也发布了网络安全的一些管理方面的要求,另外就是互联网+安全,随着工厂信息化、智能化水平的提高,随着互联网接入,在风险辨识、预控、应急指挥方面要求越来越高,这是我们总结的一些关键技术。

这里面我们刚才讲了三个实施平台,我们叫彩虹防御安全工厂整体解决方案,这个功能是工厂运行过程中本身应该具备的功能安全。这里面大家看到很多机器人,这个机器人如果你走过去,它根本探测不到你,就误伤了工人,这个功能安全可能不够,需要这一块再增加。风险管控,还有信息安全,这一系列的东西我们都有一个整体解决方案。

它从几个层次,分别针对人员、环境、资产三个安全对象的时序,两个安全维度,七项安全技术,最终一个目标就是全方位地守护园区安全。这个分别是针对我们规划设计、生产护航、危机应对的三个层次,我们从全生命周期管理角度来进行安全技术体系的设计。

这个是我们的产品体系,因为刚才讲到的是从技术体系来说的,这是针对产品体系,从下面的一些设计,再到运行,像这里介绍的 TCS900 是我们的一个具备三级安全移控系统。像这样的系统它的目标主要是针对工厂在应急处理,它能够把系统正常地控制,否则缺少这样一个系统,它很有可能就会爆炸,这样一个系统它需要通过国际认证,要求就很高。

智能优化工厂

智能优化工厂,从我们的智能决策、智能运营、智能操作、智能结构、智能检测、智能控制六个板块,这是我们智能的一些软件。还有一个平台是我们绿色工厂的解决方案,针对节能降耗、环保治理、固废综合利用等不同层次上都有解决方案。

刚才讲到的都是我们的一些设计架构,接下来我想给各位说几个我们在实践中的一些突破。我们拿刚才提到的四个示范项目,第一个示范项目是神华宁煤,它是百万级烯烃装备的制造,我们用了一种全新的模式,三项标准、八套国产系统、三大先进技术、一个指导方向,分别对应在这里,我们《中国制造 2025》在这里一层一层体现出来。

通过这么一个神华宁煤项目的实施,整个生产过程可视化,并且三维可视,把它的产供销一体化,企业制造的时候,生产归生产、销售归销售,计划、协调、调度优化、操作执行优化、生产物流优化,在生产设备和监管上都进行了安全保护。

这个是效益,像提质增效方面,处理能力提升了 1.5%,对一个企业来说 1.5% 的效益也是很好的,变量波动降低 30%,这个对我的产品稳定性有很好的提高,还有一个双烯烃的收氯也有所提升,生产波动减小 10%。在安全防御方面,实现事故源头管理,事故事件由 25.8% 降到 11.3%,因为在实际生产过程中,现在还做不到零事故。另外在燃料成本、蒸汽消耗、设备利用率方面都有所提高。

第二个就是东北制药的项目,是大宗原料和医药中间体的模式,这里面也一样,在生产自动化、品控信息、防御自动化这一块都做了,这个是效果,降低能耗、物耗、降低运行费用、提高运行效率方面都有了很好提高。比如说这里面人员从 50 个人的车间,现在可以变到 10 个人的一个车间。

这个是我们第三个新疆天业循环经济智能产业园区,它能耗降低 2.37%。这是九江石化的,最后看数字来说的话,员工总数减少 122%,班组数量减少 13%,外操作室数量减少 35%。

最后也提一下,作为企业,我们做事情的最终用户需求是我们智能制造的基础,我们在全局规划、统一资源、信息分享、目标导向、有序建设方面都是以用户需求来做的。为客户创造价值是我们中控价值观里面的第一条,所以我们一定会把我们的行业积累、工业的 Konwhow 和用户的内生需求结合在一起为用户做。

我们中控在智能制造中有四点体会,简单提一下,在顶层设计以创造价值为核心,另外我们建立的智能工厂就像我们的大脑,最后标准化基础设施是保障,中控在实践中探索前行,为中国的智能制造做一个榜样。

*雷锋网整理

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