四、自动化的前世与今生

现在，让我们回顾一下前面讲的内容。制造业经历变迁，多样性和规模性并存；制造业范式，在面向服务转变；在这种颠覆性的变革之下，世界各国制定了一系列政策，其中以工业4.0和美国工业互联网为典型。这些宏观层面的事，和一个具体的企业、具体的产品开发工程师有多大的关系？怎么去应对？让我们回到设备和自动化领域看看正在发生什么。

现在的自动化产品，既有硬件还有软件，又有通信，又有执行，又有传感，又有控制，已经成为智能产品。从部件开始，到装置和系统，到车间和企业，都有大量的自动化产品存在。自动化无疑是智能制造的一个有机组成部分，是一个使能基础。自动化的技术和产品有力支撑了装备产业，装备产业支撑了各行各业的制造，创造了多种多样的产品。我国自动化市场容量只有一两千亿元规模，却包含了成千上万家公司。这一两千亿元撬动了上万亿元的下游应用行业，如机床、汽车、电子、印刷、食品包装等，以及其他新兴产业。

自动化发展的驱动力，与整个制造业发展的驱动力是类似的，自动化也需要向绿色、个性化转变，需要关注能源效率、资源效率、安全和可持续。自动化从业者要很好地利用软件、电子、信息、网络、人工智能这些领域的既有成果。例如，所有的自动化产品都要有通信功能；再比如安全，这里包括人身安全、设备安全、功能安全，还有信息安全。所以，未来自动化产品所要集成的功能性，与智能制造系统的功能性是大致相同的，这些功能性都要浓缩到一个个自动化产品里面去。这给自动化开发团队带来了巨大的挑战，要求团队必须跨领域整合。

建设智能工厂有这样那样的需求，自动化产品要很好地满足。一个例子是西门子提出来的所谓“全集成驱动”。在全集成驱动的概念里，变频器除了驱动电机，还要满足三个维度的数据和信息集成，既要有横向集成，还要有纵向集成及生命周期集成。这本应该是企业级关注的事，现在一台电机、一个变频器也要满足这一要求。因此，开发或选型一台电机也要兼顾减速器、联轴器，要从整个传动链的系统角度考虑；开发一台变频器，除了电机调速功能之外，也要管数据，要做能效管理，还要做故障诊断等。从商业模式的角度看，西门子就不仅仅是销售电机或变频器，它给客户提供的是智能制造解决方案，这里面包括能效的提升、数据的集成、生命周期的管理等。

再以机器人为例。国外工业机器人技术在20世纪70年代就开发出来，80～90年代已经完全成熟，我们现在还在起步阶段。但在智能制造时代，对机器人有了新的要求，它需要安全、协作、环保，也需要数据以及其他很多新的智能化功能支持，这就给工业机器人带来了新的挑战和发展机会。新一代机器人是智能机器人，其最重要的功能就是人机协同（图1-11）。这意味着机器人需要有一系列新功能：安全、协作、节能、灵活，同时带有预测分析功能。

图1-11 ISO/TS 15066规定的四类人机协作模式

（来源：Pilz公司）

最后分享一个关于自动化的观点，见图1-12。昨天是什么？现场自动化时代。从1968年PLC发明以后一直到不久之前，可以说都是现场自动化。今天更强调通信，通信要有数据，是数据驱动的自动化。明天则是采用革命性的软件系统来优化整个生产过程，而未来是用物联网、大数据、人工智能，形成主动感知、自主决策、动态优化、精准执行的智能自主自动化。

图1-12 自动化的昨天、今天、明天和未来

（来源：西门子）

[1]王健，清华大学电机系1986级工学学士、1991级硕士，高级工程师。曾任教于清华大学电机系，在校主要研究方向：交流电机高性能驱动和控制，电机和电力电子系统的电子设计自动化等，为多家企业研发高性能变频器和其他电力电子产品。现任智慧工厂研究院院长，中德智能制造/工业4.0标准化工作组预测性维护负责人，ISO TC299机器人国际标准专家，清华大学电机系电力电子研究所和伺服控制技术研究所企业研究员，西安微电机研究所客座研究员，IEEE电力电子/工业应用/机器人与自动化分会会员，SAC/TC231全国工业机械电气系统标准化技术委员会、SAC/TC2全国微电机标准化技术委员会资深委员/国际标准化专家，IEC TC44工业机械电气安全技术委员会技术专家，TC2旋转电机技术委员会技术专家。主导或参与数十项智能制造、机器人、物联网传感器、机械电气安全、数控系统、控制电机、电磁兼容等国家标准的制定。具备工业自动化，尤其是电机和驱动控制领域逾20年工作经验，不仅精通技术，也擅长行业市场和管理。近年来，致力于机器人、智能制造装备乃至整个制造业的转型升级路径和制造业创新创业领域的研究，对欧美先进制造业的战略动向非常熟悉。