淺談工業自動化技術的特點與作用

摘要：現今,創新的工業自動化系統控制著復雜的工藝流程,并確保過程運行的可靠及安全,為先進的維護策略打造了相應的基礎。隨著互聯網技術和信息技術的飛速發展,必將進一步促進企業管理的改革,企業可通過互聯網在網上進行交易,因而電子商務技術必將成為企業管理中的高技術。本文主要分析了工業自動化技術的內在規律,通過工業化和信息化的有機結合來促進和推動工業自動化技術的發展和廣泛的應用。
一.工業自動化技術的特點：
　　通常把工業自動化系統分為5級：企業管理級、生產管理級、過程控制級、設備控制級和檢測驅動級。兩級管理級涉及到的高技術主要是計算機技術、軟件技術、網絡技術和信息技術。過程控制級涉及到的高技術主要是智能控制技術和工程方法。設備控制級和檢測驅動級涉及的高技術主要是三電一體化技術、現場總線技術和新器件交流數字調速技術。由此不難看出,工業自動化技術是當今微電子技術和電力電子技術領域中高技術的綜合應用技術。這是工業自動化技術的特點之一。
二、工業自動化的關鍵技術：
　　從控制的角度看,工業自動化系統包括檢測、控制和驅動三個系統。這三個系統既自成體系又互相聯系,既要研究每一個系統的技術又要研究三個系統的軟硬件連接及最佳配合技術,這稱之為三電一體化技術。三電一體化是工業自動化技術的第三個特點。下面重點從三個方面描述工業自動化技術所包括的關鍵技術。
　　1. 計算機集成制造技術(CIMS)。廣義的CIMS技術指整個計算機控制系統。由于CIMS必須在設備自動化和過程自動化的基礎上建立,所以通常講的CIMS主要指企業管理和生產管理兩級管理級。當今的企業管理和生產管理實質上就是信息產業的重要組成部分,這方面的文章很多,本文不做重點論述。由于我國CIMS的研究和應用剛剛起步,所以強調下面的一些問題是很必要的。
　　1.1 連續型與離散型生產方式的不同與研究內容的差異。鋼鐵工業屬于連續型生產方式,與離散型生產方式(如機械加工)的不同使得在研究CIMS時,兩者的側重點和難點就不同。
　　第一，在產品加工過程方面,離散型基本是可視的,在冷狀態下物理加工居多；而鋼鐵工業加工過程基本處于“黑匣子”狀況和處于高溫、高濕、高速的環境中,物理加工和化學反應居多。上述差異,使離散型過程建立數學模型較容易；而鋼鐵工業建立數學模型較難多采用機理模型和經驗模型相結合,應用專家系統、模糊控制和神經元網絡建立控制模型。
　　第二，離散型生產過程,隨時改變其工藝設備和流程較容易,產品外形也多變；但連續型的鋼鐵企業,工藝設備和生產流程基本不變(如高爐煉鐵),產品外形也基本不變。離散型的產品質量保證和品種改變靠參數、符號、圖形就可實現；而連續型的要靠調整工藝參數、控制設備穩定、使工況運行最佳來達到。
　　第三，企業為了適應快速變化的市場經濟,需要柔性。離散型的柔性體現在工藝流程和設備的改變上；連續型的工藝流程和裝備改變較難,屬剛性,它的柔性體現在生產調度、計劃安排、參數改變、設備控制等,實現起來難度較大。第四，離散型產品屬單件或小批量生產,物料流可以單件搬動；而連續型產品大量連續生產,物料流是連續的致使連續型生產調度管理實時性強,時效性要求高,生產節奏要嚴格控制。如軋鋼生產線,每秒幾十米或上百米的軋速,工序一環扣一環,若節奏脫節、控制不好,瞬間就會產生嚴重后果。
　　1.2 堅持“以人為本”,實現“業務重組”的原則CIMS是一個復雜的大系統,此系統的實現不可能離開人,完全靠自動化是不可能的。美國有個公司提出,影響CIMS實現的主要障礙的70%來自于人,11%來自于對成本的評估,9%是技術原因,還有其它原因,可見人的因素的重要性。“業務重組”是指改變過去的經營模式、舊的生產管理體制、舊的信息交換模式,建立適應CIMS的新的組織體系,采用先進技術等。這對搞活大中企業、實現現代化的先進企業也是重要的內容。“以人為本”,主要包括實現“第一把手”原則；進行CIMS的宣傳,使領導和群眾都要認識實現CIMS的必要性、緊迫性；進行教育和培訓,提高人的文化素質和技術水平,建立良好的企業文化氛圍。同時也應該認識到,要較好地實現這一目標,就要經歷一個有序的過程,需要時間,不是一蹴而就的事。
　　2.智能控制。智能控制作為人工智能的一個研究與應用方面,與自動控制、運籌學、系統論、信息論等學科的結合,已形成一個新興的交叉學科系統,在實際應用中已產生了許多類型的智能控制系統,如多級遞階智能控制、基于知識的專家系統、基于模糊邏輯的智能———模糊控制、基于神經網絡的智能———神經控制、基于規則的仿人控制、基于模式識別的智能控制、多模變結構智能控制、學習控制與自學習控制、基于混沌理論的智能———混沌控制等類型。
　　與其它行業一樣,智能控制作為一項關鍵技術,在鋼鐵工業中也得到了較多的應用。在各個生產工序中,用于設定與控制、生產計劃的安排與調整,以及設備診斷、監測、學習等方面。
　　智能控制能在鋼鐵工業中得到較多應用,是與它的特點分不開的，它適合于那些含有復雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非數字過程,并以知識進行推理,以啟發引導求解過程；也可以對具有以知識表示的非數學廣義模型和以數學模型表示的過程進行混合控制。鋼鐵工業生產過程控制,非常適合于采用智能控制。如煉鐵、煉鋼等生產過程是在“黑匣子”狀態下進行的,環境有許多不確定因素,是一個復雜的過程,多年來,難以建立精確的數學模型,即使建立起控制模型,也有好多不如人工控制效果好,所以難以推廣應用。智能控制的發展,將會使鋼鐵工業自動化的過程控制有更大進展。在鋼鐵工業自動化發展過程中,基礎自動化在各個工序中占40%～60%,過程控制占10%左右。可見過程控制水平是較低的,主要是數學模型難以建立,有了智能控制將會有起色。
　　3.鋼鐵工業自動化工程方法。隨著鋼鐵工業自動化的飛速發展,我國的鋼鐵工業自動化工程將日益增多,技術水平也將不斷提高。因此,無論是對生產企業,還是從事自動化工程單位,有一個好的工程方法是非常必要的。工程方法就是為了達到實現自動化工程而采用的手段、途徑和方法。有了好的方法,可以提高效率,較順利地達到目標。
　　通過實踐,鋼鐵工業自動化工程方法應該包括:成套的工程管理方法,從簽合同、工程實施管理至工程的驗收等,管理要規范化、文檔標準化；成套的控制設備配套方法,堅持以自己的“拳頭”產品和國內設備為先,掌握外國先進設備的性能及具有系統設備配套的能力;成套的控制技術實施的方法,體現三電一體化,機電、工藝一體化,具備計算機輔助軟件工程的工具,或工具箱,或平臺,或環境,使軟件制造更自動化,并使軟件具有可復用性等。
三、總結：
大力發展工業自動化技術,既可以促進信息化的發展又可以武裝傳統產業,帶動工業化的實現。因此把工業自動化作為一個行業重點發展,應作為我國實現工業化和信息化的戰略方針。工業化包括機械化、電氣化、自動化,應該說我國工業的機械化、電氣化已基本實現了,工業化應該著重實現的是自動化,用工業自動化技術武裝傳統產業,使設備控制自動化、工藝流程自動化,從而實現我國的工業化建設。

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