I. Instrumentación inteligente
Dentro de los sistemas de control, los instrumentos sirven como componentes fundamentales cuyo avance tecnológico va paralelo a la evolución de la tecnología de los sistemas de control. Ahora que la teoría del control avanza hacia la nueva era del control inteligente, la transformación inteligente de los instrumentos automatizados se ha vuelto inevitable.
La evolución inteligente de instrumentos y medidores surge principalmente del desarrollo y aplicación de microprocesadores y tecnologías de inteligencia artificial. Por ejemplo, el empleo de técnicas inteligentes como redes neuronales, algoritmos genéticos, computación evolutiva y control caótico permite que los instrumentos y medidores alcancen alta velocidad, alta eficiencia, multifuncionalidad y mayor flexibilidad. Otro ejemplo implica la utilización de tecnología de inferencia difusa basada en reglas difusas para tomar varios tipos de decisiones difusas con respecto a las relaciones ambiguas entre objetos. Además, las técnicas de filtrado de señales basadas en software--como la transformada rápida de Fourier (FFT), la transformada-de Fourier de tiempo corto (STFT) y la transformada Wavelet-ofrecen medios eficaces para simplificar el hardware, mejorar las relaciones señal-a-ruido y mejorar las características dinámicas del sensor. Además, las redes neuronales artificiales aprovechan poderosas capacidades que incluyen auto-aprendizaje, auto-adaptación, auto-organización, funciones de memoria asociativa y propiedades de mapeo de caja negra-para relaciones complejas no lineales entre entradas y salidas.
Actualmente, el sector más débil y más crítico{0}}para el desarrollo en el campo de la tecnología inteligente de China es la industria fundamental de instrumentos, medidores y sensores. Con el rápido avance de la ciencia y la tecnología y el aumento continuo de los niveles de automatización, la industria de instrumentación de China experimentará nuevas transformaciones y logrará nuevos desarrollos. La orientación de alta-tecnología de los productos de instrumentación, en particular su inteligenteización, se convertirá en la dirección principal para el desarrollo futuro de la ciencia, la tecnología y la industria de la instrumentación. Los instrumentos y medidores inteligentes basados en la teoría del control inteligente han logrado avances en las siguientes áreas:
① Controladores expertos
Los sistemas de control experto (ECS) representan un enfoque de control basado en el conocimiento por excelencia-. Estos sistemas funcionan como marcos programáticos equipados con amplio conocimiento y experiencia especializados. Aprovechando la inteligencia artificial y la tecnología informática, realizan razonamientos y juicios basados en el conocimiento y la experiencia proporcionados por uno o más expertos en el campo. Al simular los procesos de toma de decisiones-de expertos humanos, resuelven problemas complejos que requieren experiencia humana para obtener soluciones óptimas.
② Controladores difusos
Los controladores difusos (FC), también conocidos como controladores de lógica difusa (FLC), han ganado una amplia aplicación en el control industrial debido a su capacidad para manejar incertidumbre, imprecisión e información difusa. Permiten un control efectivo de procesos donde el modelado matemático no es práctico y resuelven problemas más allá de los métodos de control convencionales.
③ Controlador de red neuronal
La aplicación de redes neuronales en sistemas de control industrial mejora las capacidades de procesamiento de información y eleva la inteligencia del sistema. El control de redes neuronales, abreviado como control neuronal, emplea tecnología de redes neuronales para modelar objetos complejos no lineales. Funciona como controlador, realiza cálculos de optimización, realiza razonamientos o maneja el diagnóstico de fallas.
Cabe señalar que en el campo de la instrumentación inteligente, a pesar de numerosas publicaciones de académicos chinos sobre redes neuronales, control difuso o control caótico, los trabajos y logros rigurosos, meticulosos y genuinamente innovadores siguen siendo escasos. Algunos-instrumentos y medidores de alta gama aún deben importarse del extranjero.
II. Sistemas de control en red
Los sistemas de control del siglo XXI integrarán la red con el control. La investigación sobre sistemas de control en red (NCS) se ha convertido en uno de los temas de vanguardia-en el campo de la automatización. A medida que las redes de comunicación se integran como un componente central dentro de los sistemas de control, esto enriquece significativamente las tecnologías y metodologías de control industrial. Ha traído cambios sustanciales a los sistemas de automatización y sistemas de control industrial en términos de arquitectura, métodos de control y enfoques de colaboración entre humanos-máquina. Al mismo tiempo, ha introducido nuevos desafíos, como el acoplamiento entre control y comunicación, retrasos, métodos de programación de información, enfoques de control distribuido y diagnóstico de fallas.
La aparición de estos nuevos desafíos requiere una innovación continua en métodos y algoritmos de control dentro de entornos en red. Impulsados por el avance continuo de las tecnologías informáticas, de comunicación y de redes, los dominios de control tradicionales están experimentando una transformación sin precedentes, evolucionando hacia arquitecturas en red. Las estructuras de los sistemas de control han progresado desde el CCS (Sistema de control centralizado por computadora) inicial hasta el DCS (Sistema de control distribuido) de segunda-generación, y ahora hacia el FCS (Sistema de control de bus de campo) predominante. La demanda de transmisión de alta-velocidad de grandes-datos, como imágenes y señales de voz, ha impulsado aún más la integración de Ethernet industrial con redes de control. Esta ola de sistemas de control industrial en red incorpora múltiples tecnologías contemporáneas-incluidos sistemas integrados, interconectividad de red de control industrial multi-estándar y tecnologías inalámbricas-ampliando así el espacio de desarrollo para el control industrial y creando nuevas oportunidades.
Impulsar la industrialización a través de la informatización sirve como una poderosa garantía para un crecimiento económico rápido y sostenido y como un medio crucial para transformar las arquitecturas industriales tradicionales. Como representante de la tecnología de la información, la integración de la tecnología de redes con los sistemas de control industrial eleva significativamente las capacidades del sistema de control. Transforma las estructuras de gestión de información empresarial relativamente cerradas de los sistemas de control industrial existentes, adaptándose a las necesidades de la gestión de automatización moderna-en toda la empresa. La tecnología de redes ha impulsado la transformación de las arquitecturas tradicionales de sistemas de control industrial.
La integración de bus de campo, Ethernet, múltiples interconexiones de redes de control industrial, tecnología integrada y comunicación inalámbrica en las redes de control industrial garantiza la estabilidad original y los requisitos en tiempo real-de los sistemas de control, al tiempo que mejora la apertura y la interoperabilidad del sistema. Esto mejora la adaptabilidad del sistema a diversos entornos. En la era actual de globalización económica, esta arquitectura de sistema de control industrial en red permite a las empresas navegar en una competencia de mercado sin precedentes. Acelera el desarrollo de nuevos productos, reduce los costos de producción y mejora los servicios de información, lo que presenta amplias perspectivas de desarrollo.
III. Comunicación industrial inalámbrica
La comunicación industrial inalámbrica es otro tema muy debatido en el campo de la automatización. Las empresas de control industrial reconocen cada vez más que la tecnología inalámbrica constituirá la base para el próximo salto tecnológico, mejorando significativamente la eficiencia de la planta y garantizando la seguridad del usuario.
A medida que la tecnología inalámbrica se vuelve cada vez más frecuente, varios proveedores ofrecen una gama de tecnologías de hardware y software para facilitar la integración de capacidades de comunicación en los productos. Los estándares de comunicación admitidos incluyen Bluetooth, Wi-Fi, GPS (sistema de posicionamiento global), 5G y WiMax (interoperabilidad mundial para acceso por microondas). Sin embargo, al agregar funciones de conectividad inalámbrica, seleccionar los chips apropiados y el software relacionado (suponiendo que la implementación elegida funcione correctamente y cumpla con los requisitos de validación relevantes) puede ser un gran desafío. Incluso con un diseño viable, no optimizar el rendimiento, el consumo de energía, el costo y la escala puede impedir el éxito en el mercado. Las tecnologías más modernas de hoy no son necesariamente los mejores estándares de comunicación o lo que los clientes necesitan. Por lo tanto, las implementaciones de hardware y software seleccionadas deben ofrecer adaptabilidad: cada nueva generación de productos no debería requerir comenzar desde cero.
La tendencia de la tecnología inalámbrica a entrar en aplicaciones industriales es innegable, especialmente cuando las soluciones cableadas no son prácticas. Sin embargo, esto exige un perfeccionamiento continuo de la propia tecnología inalámbrica. La confiabilidad, la certeza de la comunicación y el rendimiento en tiempo real-, la compatibilidad y otras capacidades requieren mejoras adicionales. En consecuencia, en el corto plazo, la tecnología inalámbrica industrial seguirá siendo una extensión de las soluciones cableadas tradicionales, y la mayoría de los instrumentos y productos de automatización incorporarán capacidades de transmisión inalámbrica integradas. A nivel internacional, la investigación en tecnología inalámbrica aún está en sus inicios y se están desarrollando estándares relevantes. Las instituciones de investigación chinas están participando activamente en este proceso, lo que ha contribuido al avance de la tecnología inalámbrica dentro de las industrias de procesos de China.
Dado que la tecnología inalámbrica aún se encuentra en la fase de I+D y perfeccionamiento, su funcionalidad es intrínsecamente limitada. Además, dentro del dominio de la tecnología de automatización, no existe un estándar de tecnología inalámbrica universalmente reconocido y probado que sea lo suficientemente confiable para aplicaciones de control en tiempo real-, una limitación que se vuelve particularmente pronunciada en escenarios con tiempos de ciclo muy cortos. En consecuencia, el ámbito de aplicación actual de la tecnología inalámbrica se limita a la adquisición y monitorización de datos (SCADA).
Sin embargo, a medida que mejore la confiabilidad, la tecnología inalámbrica encontrará aplicaciones más amplias. La comunicación inalámbrica experimentará un rápido crecimiento en los próximos años, pero no sustituirá a la comunicación por cable. La estabilidad, confiabilidad y seguridad inherentes a los sistemas cableados persistirán. Las soluciones inalámbricas sólo sustituirán a las cableadas cuando la implementación por cable no sea práctica o prohibitivamente costosa. La integración orgánica de sistemas inalámbricos y cableados, aprovechando sus respectivas fortalezas, brindará nuevas vías para impulsar la productividad. Utilice comunicación por cable cuando sea adecuada y comunicación inalámbrica cuando sea adecuada. Dado que tanto la comunicación por cable como la inalámbrica admiten el protocolo TCP/IP, estos dos métodos de comunicación pueden integrarse orgánicamente para aprovechar sus respectivas fortalezas y mejorar la productividad.
IV. Internet de las cosas y automatización
Hoy en día, Internet de las cosas (IoT) es posiblemente uno de los términos que aparecen con mayor frecuencia en los principales medios de comunicación, estrechamente asociado con el concepto de "inteligencia". Desde la perspectiva de "gestión, control e inteligencia", la IoT y la automatización industrial comparten un linaje común. La automatización industrial abarca la adquisición, transmisión y computación de datos, mientras que IoT implica detección integral, transmisión confiable y procesamiento inteligente.- Ambos están fundamentalmente interconectados.
IoT pone mayor énfasis en la conectividad inalámbrica, la recopilación masiva de datos y la computación inteligente. La relación entre IoT y la tecnología de automatización está profundamente entrelazada. La distinción clave reside en la conectividad: "Las redes de automatización tradicionales se basan principalmente en conexiones por cable con alcance limitado, mientras que las redes de sensores utilizan principalmente rutas de transmisión inalámbricas, lo que permite una conectividad mucho más amplia". Esta conexión inherente hace que sea natural para los fabricantes de automatización industrial explorar oportunidades dentro del desarrollo de IoT.
Los dominios de aplicaciones clave para IoT incluyen: Aplicaciones en la fabricación, seguimiento, seguimiento del progreso y seguimiento de la calidad de productos industriales; Aplicaciones en sistemas de monitoreo, seguimiento y anti-falsificación de bienes valiosos y materiales peligrosos; Aplicaciones en credenciales electrónicas para grandes conferencias, reuniones-de alto nivel y eventos importantes; emisión de boletos electrónicos para áreas-de alto tráfico en importantes eventos deportivos, conciertos y atracciones turísticas (por ejemplo, la Exposición Universal de Shanghai); Tecnología IoT para el cobro de peajes de tráfico, identificación automática remota y gestión de diversos tipos de vehículos; Tecnología IoT para identificación, registro, posicionamiento y consulta automática del personal dentro de áreas designadas; Tecnología IoT para la trazabilidad completa-de los procesos en las cadenas de cría de animales y de la industria alimentaria; Tecnología de IoT en los sectores de agricultura, socorro en casos de desastre y respuesta a emergencias; Tecnología IoT para gestionar activos valiosos y críticos; Tecnología IoT para aplicaciones de proceso completo-en prendas de vestir de marca; Tecnología IoT para la gestión de bibliotecas; Aplicaciones de la tecnología IoT en la gestión de armas de fuego militares, gestión de personal, gestión de vehículos, gestión de materiales y seguridad/confidencialidad; Aplicaciones de la tecnología IoT en la aviación, la automoción y otros sectores; Aplicaciones de la tecnología IoT en la industria minorista; Aplicaciones de la tecnología IoT en la seguridad social; Aplicaciones de la tecnología IoT en el desarrollo de ciudades inteligentes; y tecnologías de comunicación de corto-alcance: chips Zigbee, módulos de comunicación Zigbee, redes Zigbee, GPS, RTLS (Sistemas de localización en tiempo real-), tecnología Bluetooth, tecnología y aplicaciones UWB (Ultra-banda ancha); Redes EPC (Código Electrónico de Producto): etiquetado EPC, middleware EPC, servidores EPC, plataformas de servicios públicos EPC, redes EPC; redes de sensores, redes de comunicaciones móviles, redes de posicionamiento global y redes de aplicaciones relacionadas; sistemas de software de análisis de inteligencia empresarial, etc.
El "Internet de las cosas" ha revertido la mentalidad tradicional que separaba físicamente la infraestructura de la infraestructura de TI. Conecta eficazmente instalaciones físicas como carreteras y edificios con computadoras personales, teléfonos móviles, electrodomésticos, sistemas de transporte e infraestructura de TI. Esto permite una interconectividad integral entre la administración gubernamental, la fabricación, la gestión social y la vida personal de las personas.
Desde la perspectiva de la cadena industrial requerida por IoT, las tecnologías e industrias upstream incluyen control automático, detección de información e identificación por radiofrecuencia (RFID), mientras que downstream se centra en aplicaciones de IoT. Los expertos de la industria afirman además: "La automatización industrial tradicional es en realidad parte de IoT", y piden a los fabricantes de automatización de control industrial que se conviertan en la fuerza impulsora de la implementación de IoT. Como punto de convergencia de la informatización y la automatización, la IoT posee un inmenso potencial y ventajas. Algunas organizaciones han reconocido profundamente su potencial para optimizar los procesos de gestión y los flujos de trabajo de producción, logrando éxitos preliminares. Las redes de automatización tradicionales tienen sorprendentes similitudes con las redes de sensores dentro de IoT.
V. Computación en la nube y automatización
Laboratorio Nacional de Argonne
La computación en la nube representa la evolución del procesamiento distribuido, el procesamiento paralelo y la computación grid-o más bien, la realización comercial de estos conceptos informáticos. Su núcleo radica en el almacenamiento y cálculo de datos masivos, con especial énfasis en la tecnología de virtualización. En esencia, la computación en la nube es un modelo de supercomputación-basado en Internet que conecta vastos recursos para brindar diversos servicios de TI a los usuarios.
Por ejemplo, el modelo de computación en la nube traerá transformaciones significativas a la industria del software de automatización. Los cambios clave incluyen:
① Las arquitecturas de los sistemas de automatización se volverán más flexibles y las arquitecturas distribuidas se expandirán a escalas más amplias.
En los proyectos modernos de informatización y automatización industrial a gran-escala, los sistemas son cada vez más complejos y masivos. Las arquitecturas de redes y sistemas existentes ya no están preparadas para afrontar estos desafíos de forma eficaz. El concepto revolucionario de computación en la nube ha desmantelado fundamentalmente los rígidos marcos arquitectónicos que tradicionalmente se encuentran en los sistemas de automatización. Dentro de los sistemas de computación en la nube, los sistemas de automatización e informatización ya no se ejecutan únicamente en una única computadora fija. En cambio, operan en toda la red, incluido Internet, aprovechando la red en su conjunto para asignar recursos del sistema y ejecutar diversas funciones.
② El análisis y procesamiento de información masiva se convertirán en funciones estándar del software de automatización.
En los proyectos modernos de automatización a gran-escala, el volumen de datos de información y automatización continúa creciendo exponencialmente, y describirlo como "masivo" no es una exageración. En consecuencia, los tipos de bases de datos, los modelos de almacenamiento de datos y los patrones de lectura/consulta de datos empleados actualmente en el software de automatización se centran en el procesamiento preciso y oportuno de grandes volúmenes de datos. El manejo de información masiva se ha convertido en uno de los obstáculos que limitan el desarrollo de software de automatización.
En la era de la computación en la nube, los usuarios pueden aprovechar la potencia computacional de diversas plataformas de hardware y redes en diferentes capas. Pueden utilizar fácilmente servicios (SaaS), plataformas (PaaS) y recursos de red/hardware computacional (IaaS) dentro de la "nube", integrando completamente las capacidades informáticas de la red pública. Esto hace factible el análisis y el procesamiento de datos de información y automatización masivos, satisfaciendo las demandas de sistemas de aplicaciones a gran-escala y al mismo tiempo permitiendo el control de sistemas de información y automatización complejos.
③ Transformar completamente los modelos de desarrollo de ingeniería.
En la era de la computación en la nube, el desarrollo de proyectos de ingeniería ya no se limita a computadoras individuales. El modelo SaaS permite a los usuarios utilizar directamente software en los servidores de los proveedores de software de automatización a través de Internet. El proceso de desarrollo ocurre dentro de la red de computación en la nube y al finalizar se genera un proyecto de ingeniería directamente ejecutable.
④ Transformar los modelos de servicio de los proveedores de software y reducir los costos de mantenimiento.
El modelo de computación en la nube también reduce los costos de servicio para los proveedores de software. Anteriormente, los proveedores necesitaban brindar soporte técnico y mantenimiento para el software de automatización que se ejecutaba en diversos entornos de hardware y software. En la era de la nube, solo necesitan mantener una única instancia de software en sus servidores.
⑤ Reduce los requisitos de hardware para los sistemas de automatización y eleva el estatus industrial del software.
Ya sean nubes privadas basadas en redes corporativas internas o nubes híbridas con conectividad externa, ambas tienen como objetivo asignar dinámicamente recursos computacionales. Esto permite operaciones del sistema más fluidas y estables, lo que reduce significativamente los requisitos de hardware sin comprometer la eficiencia. Es ampliamente reconocido que en los sistemas de automatización actuales, el software sirve como el "alma", pero tiene un valor relativamente bajo, representando sólo entre el 5% y el 10% del costo total. En la era de la computación en la nube, a medida que las demandas de hardware disminuyen y los requisitos de software se vuelven cada vez más estrictos, el valor y la importancia del software dentro de la industria de la automatización aumentarán sustancialmente.
⑥ Las nuevas tecnologías y filosofías de productos se convertirán en el núcleo de la competencia.
Sin duda, el modelo de computación en la nube traerá una profunda transformación a la industria del software de automatización. ¿Cómo navegar las tendencias en el desarrollo de TI? ¿Cómo desarrollar software de automatización de próxima-generación basado en la computación en la nube? ¿Cómo garantizar la compatibilidad de las versiones heredadas del software de automatización con las plataformas en la nube? ¿Cómo actualizar los sistemas tradicionales de ingeniería de automatización a sistemas basados en la nube-? Éstas se convertirán en consideraciones primordiales para las empresas industriales. Con la maduración de la tecnología de computación en la nube y los esfuerzos del sector de la automatización, el desarrollo de sistemas de automatización en China que aprovechen la "computación en la nube" avanzará rápidamente. Este es también un tema al que la industria de la automatización china debería prestar mucha atención.
VI. Automatización en una economía baja-de carbono
La automatización en la economía baja-de carbono es un tema amplio y crítico. Ilustramos esto usando la industria de procesos como ejemplo. La industria de procesos abarca sectores como petroquímicos, refinerías, productos químicos, metalurgia, productos farmacéuticos, materiales de construcción, industria ligera, fabricación de papel, minería, protección ambiental y generación de energía-industrias que ocupan posiciones dominantes en la economía nacional de China. Estos sectores desempeñan un papel económico vital: el valor de producción anual de las empresas de la industria de procesos de China representa el 66% del valor de producción anual total de todas las empresas industriales del país.
El estado de desarrollo de las industrias de procesos impacta directamente la base económica de la nación. Como sector masivo que ocupa una posición vital, las industrias de procesos sirven como un pilar fundamental para el crecimiento económico nacional y constituyen un componente esencial de la manufactura. Caracterizados por manejar flujos continuos o intermitentes de material y energía, producen predominantemente bienes en lotes a gran-escala.
Los métodos de producción y procesamiento primarios en las industrias de procesos incluyen reacciones químicas, separación y mezcla. En la era de la economía del conocimiento del siglo XXI, las industrias de procesos-como los sectores manufactureros tradicionales- seguirán siendo pilares vitales del desarrollo económico. Estas industrias son a la vez importantes productoras de energía y materias primas y importantes consumidoras de energía, lo que hace que la conservación de energía, la reducción del consumo y el control de emisiones sean fundamentales. Las deficiencias comunes en estos sectores incluyen el alto consumo de energía, la contaminación severa, la mala calidad de los productos, los procesos de producción obsoletos, los bajos niveles de automatización, las prácticas de gestión débiles, la baja integración de la información y la insuficiente competitividad general. La industria constituye el sector más grande de la economía de China y es también el principal consumidor de energía y recursos, así como el principal contribuyente a la contaminación ambiental. En consecuencia, las industrias de procesos se han convertido en el principal objetivo de mejora, particularmente en seis sectores principales: refinación de petróleo, productos químicos, acero, generación de energía, metales no-ferrosos y materiales de construcción. Estos sectores representan casi el 70% del consumo de energía industrial del país.
Los expertos afirman: En primer lugar, centrarse en los problemas emergentes y en las industrias-impulsadas por las tendencias siempre ha sido un secreto clave para una innovación exitosa en todos los sectores. Las cuestiones emergentes se refieren a desafíos importantes que requieren una atención especial para el futuro desarrollo social humano; Las industrias "impulsadas por tendencias-" denotan proyectos con un inmenso potencial futuro.
Entonces, ¿cuáles son los principales desafíos que requieren una atención especial para el futuro desarrollo social humano y los proyectos con inmenso potencial futuro? Sin lugar a dudas, una de esas áreas son los proyectos que sirven a la "economía baja-de carbono" y a las "tecnologías bajas-de carbono". La "economía baja-en carbono" se ha convertido en una opción estratégica vital para las instituciones y empresas de investigación. En otras palabras, promover vigorosamente el desarrollo de la "economía baja-en carbono" inevitablemente asegura la iniciativa en innovación para proyectos de investigación y desarrollo de mercados. Actualmente, la economía global está acelerando su transición hacia una "economía baja-en carbono", lo que ha generado numerosos nuevos puntos de crecimiento económico. La "economía baja-en carbono" será la piedra angular de la futura competitividad nacional y corporativa. Las empresas inteligentes destacan por aprovechar oportunidades, transformar métodos de producción y tomar la iniciativa-convirtiendo la pasividad en proactividad. Aprovechan los cambios en los paradigmas de desarrollo social como motores para un crecimiento acelerado, esforzándose por capturar el terreno elevado de la economía baja-en carbono.
Al formular estrategias de desarrollo corporativo, las empresas deben considerar cómo establecer una "estrategia baja-de carbono" y esforzarse por crecer junto con las tendencias nacionales de desarrollo sostenible. Como afirmó el renombrado gurú de la gestión Peter Drucker: "¡Nadie puede controlar el cambio, pero todos pueden adelantarse a él!". Las industrias de procesos de China deben adoptar este principio y esforzarse por mantenerse a la vanguardia. La reducción de las emisiones bajas-de carbono es un imperativo nacional, una misión histórica y una obligación para las empresas de procesos. Adoptar medidas "bajas-en carbono" representa una misión importante para estas industrias.
VII. Automatización en la seguridad laboral
¡La automatización en la seguridad laboral se ha convertido en los últimos años en un término de uso frecuente! Este aumento se debe a la ocurrencia continua de diversos accidentes laborales, lo que impulsa una creciente demanda de tecnologías de automatización para mejorar la seguridad. La prioridad urgente ahora es cómo aprovechar eficientemente tecnologías avanzadas como la automatización y la informatización para elevar los estándares de seguridad en el lugar de trabajo. ¡En consecuencia, la nación ha propuesto la estrategia "Ciencia y Tecnología para la Seguridad"! El desarrollo de la seguridad es igualmente inseparable de la automatización. La seguridad en la fabricación se puede clasificar en seguridad mecánica y seguridad de procesos.
La seguridad de las máquinas protege principalmente al personal y ha recibido mucha atención. Los interruptores de seguridad, los botones de seguridad, las puertas de seguridad y las alfombras de seguridad se han vuelto esenciales en las fábricas, junto con productos como sensores de seguridad, PLC de seguridad, buses de seguridad y Ethernet de seguridad. La seguridad de procesos garantiza la seguridad de los procesos de producción. Hoy en día, muchos proveedores de automatización están considerando ofrecer soluciones de seguridad. Una verdadera solución de seguridad implica algo más que suministrar uno o varios productos de seguridad; se trata principalmente de mejorar la seguridad del equipo del usuario. Aún es necesario mejorar la forma de integrar funciones de seguridad en la maquinaria y el equipo del usuario, mejorando la garantía de seguridad sin afectar el proceso de producción.
La automatización se refiere al proceso en el que máquinas o dispositivos operan o se controlan a sí mismos de acuerdo con programas o instrucciones predeterminados sin intervención humana. La adopción de tecnología de automatización no sólo libera a las personas del arduo trabajo físico, ciertas tareas mentales y entornos de trabajo duros o peligrosos, sino que también amplía las capacidades humanas, impulsando significativamente la productividad laboral y mejorando la capacidad de la humanidad para comprender y transformar el mundo. Por lo tanto, la maquinaria, el equipo, los sistemas o los procesos (procesos de producción y gestión) logran objetivos predeterminados mediante la detección automatizada, el procesamiento, el análisis y el juicio de la información y el control de la manipulación-todo de acuerdo con los requisitos humanos-con una participación humana directa mínima o nula. La automatización de la seguridad se refiere a la implementación de la estrategia "Ciencia y tecnología para la seguridad" a través de tecnología de automatización para lograr una producción segura. Cuando se aplica a industrias específicas, la automatización de la seguridad adopta distintas formas, como: - Automatización de la producción de seguridad en minas de carbón - Automatización de la producción de seguridad petroquímica - Automatización de la producción de seguridad química - Automatización de la producción de seguridad metalúrgica - Automatización de la producción de seguridad en el transporte - Automatización de la producción de seguridad en edificios inteligentes - Automatización de la producción de seguridad en otras industrias
VIII. Energía-Ahorro y consumo-Reducción de la automatización
En los últimos años, la "conservación de energía y reducción del consumo" ha surgido como un concepto muy significativo en el desarrollo de la tecnología de automatización de China. "La conservación de la energía, la reducción de las emisiones y el desarrollo científico" se han convertido en principios rectores estratégicos para el crecimiento económico de China.
Según estimaciones, China consume 4,3 veces más energía que Estados Unidos y 11,5 veces más que Japón para generar cada dólar de PIB. La tasa de utilización de energía de China representa sólo el 26,9% del nivel de Estados Unidos y el 11,5% del de Japón. Esto indica que el consumo de energía constituye una parte sustancial de los costos de los productos para las empresas chinas, al tiempo que resalta el enorme potencial de ahorro de energía dentro de estas empresas. Mejorar la competitividad de los productos mediante la conservación de energía y la reducción del consumo es totalmente factible.
Como vehículo y medio para la transformación tecnológica, la industria de fabricación de equipos sirve como un sector fundamental "orientado a los medios". Sus productos-equipos de producción para todas las industrias-constituyen la base de la infraestructura fundamental. Caracterizado por su amplio alcance, diversas categorías, alto contenido tecnológico y fuertes interconexiones con otras industrias, el sector de fabricación de equipos de China ha evolucionado a lo largo de los años hasta convertirse en un sistema industrial integral con considerable escala y sofisticación tecnológica, convirtiéndose en un pilar vital de la economía nacional. Conservar la energía y mejorar la eficiencia en su utilización no son sólo-estrategias a largo plazo para garantizar operaciones de producción normales y lograr un desarrollo corporativo saludable y sostenible, sino también opciones inevitables para que las empresas se adapten a las demandas del mercado, reduzcan costos, aumenten las ganancias, mejoren el desempeño ambiental y mejoren la competitividad. Para que las empresas logren un crecimiento sostenido, es imperativo implementar la conservación y reducción del consumo de energía.
A medida que los tiempos evolucionan, las tareas de conservación de energía y reducción de emisiones serán cada vez más desafiantes, con objetivos de control cada vez más estrictos. La introducción de estos objetivos impondrá mayores exigencias a las operaciones industriales. La adopción proactiva de tecnologías avanzadas de-ahorro y consumo-de energía y la implementación de conceptos, modelos y procesos de gestión científica son caminos cruciales para que las empresas alcancen estos objetivos. La promoción y aplicación de nuevas tecnologías, procesos, materiales y métodos basados en la innovación tecnológica pueden eliminar gradualmente de la producción equipos ineficientes y grupos de productos de alto-energía-, desempeñando un papel vital en el avance de la conservación y reducción del consumo de energía. Impulsar la conservación de energía y la reducción del consumo a través de la innovación de alta-tecnología es un paso esencial para la industria de fabricación de equipos. Esto se debe a que las altas tecnologías modernas influyen profunda y ampliamente en el desarrollo de este sector. El avance de las altas tecnologías modernas impone demandas más altas, nuevas y mejores a la industria de fabricación de equipos. El soporte de alta-tecnología es igualmente parte integral de los esfuerzos de "conservación de energía y reducción del consumo" dentro del sector de fabricación de equipos.
Por ejemplo, la eficiencia energética de los motores, la optimización de procesos, la conversión de residuos-en-recursos, la utilización del calor residual, la transformación empresarial y la adopción de nuevas energías están todos intrínsecamente vinculados a la tecnología de automatización.
IX. Desarrollo de Software de Control Industrial
El avance del software de control industrial es otro aspecto vital de la tecnología de automatización. Desde la década de 1990, las sucesivas adquisiciones de proveedores de middleware por parte de IBM elevaron el middleware al núcleo de la arquitectura de TI empresarial, destacando gradualmente la importancia crítica y el papel central del software. Posteriormente, IBM adquirió empresas de software de renombre como Lotus y DB2. El software comenzó a avanzar junto con el hardware. En 2004, IBM vendió su negocio de PC a Lenovo-una medida que marcó el fin de la era dorada del hardware y el comienzo de la era ascendente del software.
Dentro del control industrial, la softwareización del hardware representa una tendencia clave, ejemplificada por la aparición de PLC integrados. Actualmente, el mercado presenta el último software CoDeSys V3.4 (un PLC suave de sistema integrado basado en la plataforma CoDeSys) del que fue pionero el software alemán 3S. Defiende el concepto de "automatización abierta y reconfigurable" centrada en la "reutilización". Este software opera dentro de un entorno de desarrollo IEC 61131 y admite múltiples lenguajes estándar de automatización industrial, incluida la lógica de escalera, diagramas de flujo, diagramas de bloques y el lenguaje ST avanzado.
La reutilización de software representa una metodología y teoría dentro de la ingeniería de software y esencialmente sirve como una solución para eliminar esfuerzos redundantes en el desarrollo de software. Constituye un enfoque probado para mejorar la productividad del desarrollo de software y la calidad del producto. La reutilización de software implica aprovechar el software existente y sus componentes efectivos para construir software o sistemas nuevos, reduciendo así el tiempo de desarrollo y los costos de mantenimiento. Se erige como una tecnología crucial para mejorar la productividad y la calidad del software.
Los factores clave (tanto técnicos como no-técnicos) para lograr la reutilización del software abarcan principalmente siete aspectos: tecnología de componentes de software, arquitectura de software, ingeniería de dominio, reingeniería de software, procesos de componentes abiertos, tecnología CASE (ingeniería de software asistida por computadora) y varios factores no-técnicos. Los beneficios de la reutilización del software incluyen: (1) Mayor productividad (y la consiguiente reducción de costos); (2) Calidad del software mejorada. (los errores se pueden corregir más rápidamente); (3) El uso apropiado de la reutilización del software mejora la mantenibilidad del sistema.
Más allá de los beneficios de la reutilización del software, el software CoDeSys también presenta fabricación reconfigurable. La fabricación reconfigurable es un proceso que guía la gestión y el control de la reconfiguración del sistema de fabricación. Permite que los sistemas de fabricación respondan eficazmente a entornos cambiantes. La reconfigurabilidad se refiere a un sistema donde sus módulos de hardware y/o módulos de software pueden reconfigurar (o restablecer) la arquitectura y los algoritmos del sistema basándose en flujos de datos o flujos de control cambiantes. Esto abarca: reconfigurabilidad organizacional, reconfigurabilidad de procesos comerciales, reconfigurabilidad de productos, reconfigurabilidad del sistema de procesamiento en el taller y plataformas de información reconfigurables.
La ventaja más destacada de los sistemas reconfigurables es su capacidad de alterar su arquitectura para cumplir con los requisitos de aplicaciones específicas. Frente a un mercado en constante cambio-, cómo permitir que los sistemas de fabricación respondan rápida y económicamente a las cambiantes demandas del mercado presenta un desafío importante para la industria manufacturera actual. Las líneas de producción automatizadas mecanizadas tradicionales ofrecen economías de escala para la producción por lotes, pero carecen de agilidad para responder a los cambios del mercado. Si bien los sistemas de fabricación flexibles pueden acortar los ciclos de producción y creación de prototipos de productos, requieren una inversión sustancial con largos períodos de recuperación. En consecuencia, existe una necesidad urgente de un nuevo paradigma de fabricación que combine los beneficios de la producción en masa con una rápida adaptabilidad a entornos de fabricación dinámicos y cambiantes, aprovechando al mismo tiempo los recursos de fabricación existentes. En este contexto, el sistema de fabricación reconfigurable propuesto recientemente presenta una solución eficaz para satisfacer estas demandas.
Además, el TIA Portal (博途) recomendado por Siemens representa una innovadora plataforma de software de ingeniería desarrollada por Siemens basada en el concepto TIA (Totally Integrated Automation). Gestiona todas las tareas de automatización dentro de un único entorno de configuración de ingeniería, simplificando el trabajo de los diseñadores, mejorando la eficiencia y reduciendo los costos. Al lograr comunicación unificada, programación unificada y datos unificados, forma un sistema completo y orgánicamente integrado. Esto cumple con las expectativas de la industria de una plataforma totalmente integrada para ejecutar soluciones de automatización, permitiendo la gestión centralizada del diseño de productos, diseño mecánico y diseño de automatización dentro de un único paquete de software. En consecuencia, se erige como la plataforma de software de tecnología de ingeniería más intuitiva, eficiente y confiable disponible en la actualidad. Este desarrollo merece atención dentro del sector de control industrial.
X. Universalización de la simulación y el modelado
La tecnología de simulación y modelado en red representa un foco de investigación actual en este campo. Su alcance técnico y modelos de aplicación se expanden y evolucionan continuamente junto con los avances en la tecnología de redes. El rápido desarrollo de las tecnologías informáticas y de redes nos está llevando a la era de la informática ubicua. La computación ubicua establece un espacio de información compuesto de computación y comunicación, fusionándose con el espacio físico de la vida humana para formar un entorno inteligente.
Dentro de este espacio inteligente, las personas pueden acceder de forma transparente a servicios informáticos y de información en cualquier momento y lugar. La tecnología de simulación y modelado en red evolucionará hacia la universalización. La "tecnología de simulación universal", que integra la computación ubicua, logra la convergencia de la información y los espacios físicos, impulsando la investigación, el desarrollo y la aplicación del modelado y la simulación modernos hacia una nueva era.
Para futuros entornos informáticos ubicuos complejos, heterogéneos y dinámicos, los sistemas de simulación ubicuos exhiben las siguientes características fundamentales:
⑴ Accesibilidad ubicua:Los recursos de simulación son omnipresentes. Aprovechando la tecnología grid, las grids de simulación permiten la provisión-orientada a servicios de diversos recursos de simulación de software y hardware en la vida diaria. Esto protege a los usuarios de entornos informáticos ubicuos, heterogéneos y complejos, haciendo que los recursos de simulación estén universalmente disponibles y abordando la cuestión de la "ubicuidad".
⑵ En cualquier momento y en cualquier lugar:Los usuarios pueden acceder a los servicios de simulación en su lugar de trabajo o de vivienda sin estar conectados a una computadora dedicada. La tecnología Grid extiende los terminales de aplicaciones de simulación a todos los rincones de la red, liberando completamente a los usuarios de restricciones temporales y espaciales. Cualquier dispositivo en red puede acceder a recursos y servicios de simulación dentro del entorno de la red, cumpliendo con el requisito de acceso "en cualquier momento y en cualquier lugar".
⑶ Adaptativo:El espacio de información de simulación proporciona servicios de simulación coherentes que se adaptan a las condiciones cambiantes, ofreciendo entornos computacionales adaptados a las necesidades del usuario.
⑷ Transparente:Los usuarios acceden a los servicios de simulación con un mínimo esfuerzo consciente. La interacción es muy natural-incluso pasa desapercibida para el usuario-y representa lo que se denomina interacción implícita.
La integración de tecnologías y conceptos informáticos ubicuos en redes de simulación aborda eficazmente los requisitos emergentes de los entornos de simulación ubicuos-movilidad, adaptabilidad, inteligencia y modelos de aplicaciones-permitiendo espacios de información de simulación para ofrecer entornos adaptables y servicios coherentes adaptados a las necesidades de los usuarios. La tecnología convergente de computación grid y computación ubicua-tecnología de grid de simulación ubicua-surgirá como un nuevo punto focal en la investigación y las aplicaciones de simulación y modelado en red.
En resumen, las diez principales tendencias actuales en tecnología de automatización revelan que la innovación en automatización se puede resumir en varias palabras clave: integración, comunicación, colaboración, eficiencia energética, seguridad, estándares y apertura. Esto también ha dado lugar a numerosos productos y conceptos nuevos. Durante muchos años, la nueva automatización ha sido la fuerza más directa que ha impulsado el rápido desarrollo de la fabricación. ¡Esta fuerza, inevitablemente impulsada por la fuerza impulsora de la "innovación", sin duda brillará brillantemente en la era de la fabricación inteligente!