几十年来，流程和能源行业通过 DCS 平台来管理工厂的安全、可靠性和生产力，这些平台以本质上的监督角色来协调复杂的制造和其他工业流程。随着产业从数字化优先的战略转向以人为本的协作系统，自动化的作用也在不断扩大。如今，进步的重点不再仅仅是更快的处理器或更复杂的界面，而是构建智能、适应性强、敏捷且最重要的是能够与人协同工作的运营体系。从工业4.0演变而来工业 4.0 的概念利用物联网和机器对机器连接等技术，以及无线和基于云的数据分析，来实现更加自主、互联的制造和流程操作。下一代自动化系统建立在这些基础之上，并充分利用了超连接、人工智能/机器学习、数字孪生、机器人和虚拟化等前沿技术趋势。尽管工业4.0的驱动力最初主要集中在技术和效率方面，但如今讨论的范围已扩展到社会目标，即福祉和可持续性。正如欧盟所描述的那样，工人被置于“生产过程的中心，并利用新技术在尊重地球生产极限的前提下，创造超越就业和增长的繁荣”。以人为本的协作是产业下一阶段发展的重要支柱。图片由 Adobe Stock 提供。从工厂运营的角度来看，这重新定义了自动化系统的目标和功能，更加强调人机之间的有效协作。以往，DCS 侧重于速度和高效的任务执行，而现在则被重新定位为一个智能协作平台。在这种新环境下，可持续性和定制化成为优先考虑的因素，尖端技术与人类的创造力和监督相结合，以支持更敏捷的决策。嵌入式系统级集成DCS的角色和功能正逐步演进，其特点是数据和决策机制在整个工厂范围内的整合。传统的自动化平台由一个个基本孤立的控制节点组成，每个功能单元内的数据和信息对其相邻单元几乎没有影响。如今，我们正在重新思考各个自动化单元，将它们视为一个更大有机体的组成部分，在这个有机体中，丰富的数据在现场设备、控制器、流程、生产线和更高级别的企业应用之间持续交换。在这种升级后的模型中，实时和历史过程、监控和维护数据持续不断地输入并交互由人工智能/机器学习驱动的强大分析功能，存储和处理工作则托管在数据生成点的边缘设备或云端。从商业角度来看，这使工厂所有者能够超越单个流程的局限，做出更智能、更安全、更有价值的决策，将数据驱动的洞察与人类判断相结合。渐进式现代化，避免中断既要充分利用尖端技术的商业效益，又要实现以人为本的愿景，工厂运营的实际情况决定了这一切。许多工业设施都是老旧改造项目，其自动化系统新旧设备混杂。现代仪表设备往往与使用不同通信协议且不再享有原厂商支持的老旧产品并存。工厂业主面临的最大挑战是如何在升级、更换或改造单个设备和系统的同时，最大限度地减少对生产造成的利润损失和对员工的安全威胁。正如ABB等行业领导者所设想的那样，传统自动化系统的演进将使流程工业的客户能够逐步受益于技术进步，同时又不损害其现有投资。在这种新模式下，通过“关注点分离”，渐进式现代化变得更加快捷、简便且风险更低，从而在不影响核心生产流程和应用连续性的前提下促进创新。在此模式下，自动化系统可以被视为两个独立但紧密交织的环境，各自发挥着截然不同但又互补的作用。棕地改造的挑战主要在于如何在尽可能减少干扰的情况下升级老旧设备。图片由 Adobe Stock 提供。控制环境是一个强大、稳定且网络安全的核心，运行着关键任务型实时自动化应用。与之相辅相成的是数字化环境，这是一个敏捷的云端空间，流程、监控和维护数据可随时供更高级别的应用访问，包括监控与优化以及高级分析。在数字化环境中，创新可以蓬勃发展，而不会损害主要流程控制功能的完整性。升级、新增功能以及现有资产和资源的优化，都可以在部署之前通过虚拟化和数字孪生仿真进行建模和测试。至关重要的是，所有这些都可以在不中断生产、不危及昂贵设备、不使系统面临额外网络安全威胁、不危及员工安全的情况下实现。更有效地利用实时数据传统上，过程监控、优化和其他工厂功能依赖于互联仪表系统生成的历史数据进行决策。这种被动式的决策方式已无法满足当今流程工业的需求，因为商业优势往往取决于实时获取过程参数和设备状态信息。随着工厂规模的扩大和复杂性的增加，需要管理的设备、数据和协议也越来越多，这种需求更加迫切。工业工厂运营的全面数字化如今为运营人员提供了强大的工具，用于收集、存储、分析和利用从所有分布式资产中采集的仪表数据。人工智能驱动的预测分析可以帮助预警联网设备即将发生的故障，或发现严格控制流程中的细微不稳定因素。数据生成点附近的实时边缘处理与托管在云端或本地的强大分析功能相辅相成。这些功能共同赋予工厂所有者前所未有的能力，使其能够在不中断生产或影响运营信心的前提下，检测趋势、预测未来事件并制定补救策略。人机交互虽然自动化系统正在快速发展，变得越来越自主，但人类劳动者的贡献和价值仍然像以往一样巨大。人机协作的加强重新定义了操作人员的重要性，通过数字化辅助手段增强了他们的自身技能和能力。这种“增强型操作员”的概念，使得工作人员能够广泛利用沉浸式界面、人工智能驱动的洞察以及增强/扩展现实（AR/XR）技术来指导自身判断，从而更安全、更高效地工作，减少疲劳和错误。AR 洞察功能让操作人员能够实时掌握信息。图片由 Adobe Stock 提供。例如，现场工程师可以通过语音和视频与基地专家同事进行交流，共同解决问题，同时借助人工智能驱动的分析工具共享实时数据的可视化结果。传统的被动式监测和维护模式也得到了革新，数据驱动的洞察能够帮助工作人员构建和执行更智能的预测性维护策略。安全感随着自动化系统日益智能化，设备、系统、融合的IT/OT网络和应用程序之间的连接性增强，工厂面临的网络安全风险也随之增加，这些风险可能威胁业务连续性、盈利能力和企业声誉。因此，控制平台的演进也更加注重安全设计，围绕本质上安全的系统架构和容器化模块进行构建，以最大限度地降低威胁在不同功能区域之间不受控制地传播的风险。维护核心功能的完整性需要采取零信任的网络安全策略，并采取强有力的措施来授权和持续验证网络活动。对可持续发展的承诺对于所有工业企业而言，能源效率和最大限度减少环境影响的需求与商业竞争力息息相关。工厂运营者正在积极拥抱电气化，将其视为社会向低碳未来能源转型的重要组成部分，而清洁且丰富的可再生能源将助力这一转型。随着自动化系统的不断发展，它们在提高生产流程的能源效率方面发挥着核心作用，有助于减少排放和浪费，并使企业能够履行日益严格的环境、社会和治理 (ESG) 要求。确保成功当今自动化系统的演进在帮助企业成功把握人机协作带来的机遇方面发挥着核心作用。然而，对于制造商和其他商业生产商而言，谨慎地推进自身的技术发展至关重要。通过循序渐进地引入创新，企业可以客观地衡量其带来的收益，从而指导下一步的战略规划。自动化平台几乎涵盖现代工厂运营的方方面面，因此现代化带来的潜在效益巨大。通过与ABB这样的专家合作伙伴携手，流程型企业可以确保自身转型平稳且可持续，同时认识到并强化人类专业知识作为推动企业长期成功的关键因素的持久价值。
