面向中国制造2025的制造业智能化转型(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:肖维荣,宋华振

出版社:机械工业出版社

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面向中国制造2025的制造业智能化转型

面向中国制造2025的制造业智能化转型试读:

前言

全球经济在产能过剩的大背景下都面临着转型的压力,新经济与传统制造业的融合为产业带来了新的机遇,这也是为什么德国工业4.0、美国工业互联网以及中国制造2025规划成为产业聚焦的热点。大家都在寻求一个更为明晰的未来产业走势,并能够未雨绸缪,提前布局,以赢得先机。

本书避开了已有的大量概念的介绍,从智能制造的实际工程集成角度分析如何落地实现。第1章中,首先,对于智能制造而言,这种转型的基础是思想的转变,原有的思维方式必须改变,包括成本效率、精准设计等管理思想的转变,以及开放自动化、方案集成等技术战略的转变,也包括真正的“以人为本”的理念升级。

在本书第2章,将以智能集成所面临的实际互联互通、互操作等问题来分析技术实现,包括智能集成对于通信的需求,以及在不同层级实现这些互联互通的方法(包括实时通信、FDT/DTM、OPC UA的技术概要及关联关系),也对安全总线技术进行了延伸。

软件必然成为未来竞争的焦点,本书第3章介绍了软件在操作系统、平台技术、开源方案等方面的重要性,介绍了软件的标准化与规范化,智能软件开发流程和仿真技术,以及最新的模块化概念mapp,并结合实际案例进行了分析。

在第4章,结合目前最为重要的机器人技术,分析了机器人集成中存在的问题;并从最新的PLCopen协同运动控制、openROBOTICS技术、基于POWERLINK的集成、视觉集成等多个方面介绍了实现机器人集成的方法与要点;最后对未来最为重要的“机器人安全技术”进行了分析,介绍了如何遵循安全设计标准与实现的方法。

第5章则以如何实现整个智慧工厂为思路,基于精益思想设定目标、自动化与信息化融合、具体的工厂信息化应用对实现智慧工厂的路线图进行了分析;并结合能源监控与基于状态的预测性维护技术具体分析了如何实现工厂的效率优化,直到实现智慧工厂。

本书以切实的落地实现为核心思想,并以实际的跨界融合技术来阐述“智能集成”的实现路径、智慧工厂的路线图,具有极高的参考意义。

本书所引用的大部分参考文献来自于官方组织的网络可下载的资料。第2章引用了德国工业4.0工作组的《工业4.0实施战略》报告中对于智能工厂的互联定义,IEC TR62390对于工业网络互联互通的层级定义,OPC UA基金会对于工业4.0与智能制造中通信互联的需求响应,EDDL和FDT/DTM应用架构与比较分析,NIST陆燕教授在《智能制造标准的全景》中对整个智能制造的相关标准、智能工厂能力需求的分析,以及ARC在智能制造白皮书中对于智能制造的架构分析。第3章引用了PLCopen组织彭瑜教授对于自动化软件开发的相关文档及PLCopen运动控制标准与规范、同时借鉴了王映辉博士对于软件复用、组件开发技术相关的课件。第4章引用了IFR对机器人市场的分析,IEC/ISO对于安全技术的标准与规范引用和协作机器人的安全规范与标准。第5章引用了日本丰田大前严一对于精益制造的浪费的分析,VORNE公司对于OEE计算方法,NIST关于智能工厂能力需求,ISO50001中的能源管理,NASA关于预测性维护,以及ISO10816对于传动设备振动测量标准与规范。这些技术文档、培训资料、产品手册、使用说明书、会议报告、课件、技术文献、标准,以及一些与原作者相关的引用已经在文中进行了说明,但官方组织的文献无法获知原作者信息但也在此一并予以感谢。

当然,由于本书结合的都是较为前沿的新技术,加之时间仓促,书中难免有不足之处,希望读者批评指正,以便我们今后更好地改善升级版本。第1章智能时代的变革需求

自2013年以来,“工业4.0”作为一个逐渐被关注的主题在人们的生活中凸显。在此之后,与我们关联度更高的就是“中国制造2025”。

德国所提出的“工业4.0”意在推动生产技术的传统工业信息化。在通向物联网的路上,虚拟和现实的世界将融合成为“信息物理系统”(Cyber-Physical System),从而促进业务流程和技术流程的无缝结合。“工业4.0”涵盖的行动领域可以归结如下:

·作为成功关键因素的安全技术。

·法律的框架条件。

·数字化工业时代的工作组织和设计。

·标准制定、标准化以及针对参照构架的开放式标准。

·复杂系统的掌控。

·具有区域覆盖性的针对工业的宽带基础设施。

·教育与培训。

·资源利用效率。

·新的商业模式。[1]

随着“工业4.0”的提出,德语中出现了一个词“Autonomik”。这个词意指“自治化”,是研发新一代面向未来的智能工具与系统的方法。这些智能工具与系统能够自行组网、自行识别工况、自适应于变换的工作条件,以及与使用者和其他设备进行交互行动。

总结起来,“工业4.0”的核心就是实现系统的自治化和人机合作。它不是一个具体的目标,而是一场工业革命的变革过程。“中国制造2025”是更加具有针对性、更加具体化的行动纲领,意在将中国的制造业从制造大国变成制造强国。其战略方针是通过新一代的信息技术与制造业的深度融合,推进以智能制造为主攻方向,完善多层次、多类型的人才培养体系,从而促进产业向高效、高价值和低能耗的模式升级转型。“中国制造2025”旨在重点行业或领域实[2]现追赶或超越。图1-1诠释了其整体思路。图1-1 (中国制造2025)的整体思路

总结起来,“中国制造2025”的核心就是“智能制造”和“互联网+”。

当然,“工业4.0”对于不同的行业或者人群来说有着不同的理解或含义。对于制造业来说,这个概念可用图1-2所示几个关键词来描述。图1-2 制造业对工业4.0 的理解“工业4.0”时代的到来,意味着智能时代的到来。我们将面临着哪些机遇和挑战?我们需要准备或者改变些什么?下面将作一些解析或探讨。

[1] 参见 www.autonomik40.de。

[2] 王喜文. 中国制造2025 解读:从工业大国到工业强国[M]. 北京:机械工业出版社,2015:39.1.1 智能时代的自动化需求

如果说在20年前终端消费者缺少及时表达自己对产品的喜好或诉求的渠道,如今的电子商务时代,终端消费者和产品供应链上各级制造商的距离缩短到了“如同纸张的薄度”。所有的沟通缝隙几乎都被填补,终端消费者的愿望不仅可以很快地传递到产品供应商处,而且这些愿望或诉求也是不断变化的。正是这些不断变化的消费需求在影响着制造业的发展。1.1.1 新的消费需求改变制造业

我们过往习惯的产品批量常常是100万或者更大的数字,因为只有这样的批量才能使产品的成本降低至一个有竞争力水平的价格。而今,我们必须做出改变,制造业正承受着由消费者终端传递过来的越来越强的压力,这种压力最终导致如下现象:(1)产品的生命周期越来越短

消费者对一种款式产品的喜好度下降得越来越快,同时,市场竞争也在不断地加剧,这就必然导致产品的生命周期变得越来越短。在这样的形势下,企业的技术竞争力就受到了越来越大的挑战。如何做到尽快研制下一代产品并不断地创新,对技术团队、公司的管理层甚至决策层来说都是一个很大的难题。在这样的情形下,生产让公司有利润并且让客户买得起的产品,是解决这个难题的核心。(2)产品的技术越来越复杂

技术的发展与创新就意味着产品的技术与更多的学科关联,而且每一个学科的问题会变得更加深奥。对于一台机器的自动化方案来讲,[1]实际上是一个“机电软一体化”的问题。首先对于一个自动化方案的配置,需要了解方案的需求,如机器的运动速度、加速度以及力矩等;其次是运动控制的精度以及其他要求。对于传动产品,诸如伺服驱动、减速器以及伺服电机的恰当配置需要考虑机器的传动方式、结构、尺寸以及转动惯量等参数。接下来,在设计控制方案的时候,如果要达到理想的运动控制效果,那么一个将机械和电气结合在一起的[2]建模仿真就很有必要。如果控制对象是一台风力发电设备,那么所涉及的学科就更多了。(3)产品单件批量成为“工业4.0”的一个重要特征

图1-3列出了单件批量的影响因素以及挑战。亨利·福特在宣讲他的标准化生产创举时曾经说过:“顾客可以选择他想要的任何一种颜色,只要它是黑色。”然而在今天,这句名言恐怕可以改成:“顾客可以选择他想要的任何一种颜色,只要他想得出来。”市场的竞争、客户需求的多样化导致了如今标准化产品制造的缩减,以及定制化产品制造的不断增加。单件批量率先出现在数字化胶印设备上,生产线上每一件产品都可以是不同的。而影响这种趋势的因素还来自于地域与文化的差异,尤其来自于新兴市场,如“金砖五国”的多样需求。比如苹果公司的iPhone手机,在欧洲一般黑色或者银色往往是首选,而在中国玫瑰金或者金色往往是热门的选择。这种单件批量的趋势正面临着来自两个方面的挑战:一方面,终端消费者虽然喜爱富有个性化的产品,但他们却同时梦想着产品价格如同大批量生产的一般;另一方面,单件批量意味着工厂要有柔性生产的条件和能力,而具备并实现这种能力却是一个时间和成本的问题。图1-3 单件批量的影响因素以及挑战

[1] 肖维荣,齐蓉. 装备自动化工程设计与实践[M]. 北京:机械工业出版社,2015: 4.

[2] 肖维荣,齐蓉. 装备自动化工程设计与实践[M]. 北京:机械工业出版社,2015: 2.1.1.2 制造业面临的压力与使命

笔者在撰写本书时,正是“中国制造2025”颁布之时以及中国第十三个五年计划公布之时。笔者认为这些目标以及规划的制定,其根本目的之一是引导中国的制造业进行转型升级,从而使中国制造业在世界的经济舞台上具备更强大的竞争力。而中国制造业要想成功地转型升级,首先要有战略意识和行动,从而摆脱整个制造业的“价格竞争”模式。我们从下面的一个例子中可以体会出一些道理。

某大型城市的大型国有企业,曾经是中国某机械制造领域的市场领导者。近十几年来,业绩一直在下滑。在中国加入WTO之后,该企业不是将优秀的国际竞争对手作为标杆,利用各种机遇,积累或获取资源,尽快建设技术研发团队,在产品以及技术上发挥长处,而是在以价格为主导的销售模式上下工夫。拼命压低采购成本是其采用的一贯策略。然而正是这样的措施反映了企业急功近利的短期行为,导致在这个市场上不可避免的战略倒退的后果。例如把某一年采购成本降低10%,并不意味着企业的总成本一定会下降,更不意味着在客户处的产品销售价格就一定保持不变。该企业能否实现战略突围,最小化企业的总成本而不是采购成本,一定是其战略选项之一,然而却一定不是其战略的唯一选项。

从笔者的角度看,其实中国的制造业已经从“价格低廉、质量差”逐步转向了“价格优势、性能弱势”。要走向战略优势,中国制造业自然还有很长的路要走。总结起来,中国的制造业面临如下压力:(1)战略选项

长期的战略是增加企业的技术积累、提高技术竞争力,使企业的市场定位不仅在国内而且在国际上更有差异化。但实现这个目标需要时间。所谓“弯道超车”的做法之一是在海外市场收购有技术资源的公司。然而这种做法所带来的是人才的挑战,即企业是否有合适的团队来管理所收购的企业,以达到为己所用的目的。

短期战略是指企业如何在短期生存并发展的问题。比如对于长期战略的投入过多,企业很可能出现资金链断裂等问题,从而导致企业制定的宏伟规划半途而废。

所谓的战略选项,主要是解决“有所为,有所不为”的问题。实际上对于企业来讲,最困难的是在战略上搞明白什么“不为”。而对于要“有所为”的选项,重要的是如何“为”。(2)成本竞争力

对于是在采购或生产成本上下工夫,还是在总所有成本(Total Cost of Ownership,TCO)的优化上下工夫这个问题,实际上很多企业需要进行认真的思考。

什么是总所有成本?总所有成本是在一定时间范围内所拥有的包括置业成本(Acquisition Cost)和每年总成本在内的总体成本。在某些情况下,这一总体成本是一个为获得可比较的现行开支而对三到五年时间范围内的成本进行平均的值。

极端地压低采购成本实际上不仅不专业,也是很危险的。由此产生的“跷跷板效应”会直接对产品的质量、售价以及市场的开拓产生负面影响,从而形成企业发展的死循环。这里不得不提的是,在客户与供应商的关系上,欧洲企业在供应链的战略管理中处理得专业且得当。而中国的企业在这方面需要改善的空间还很大。

成本竞争力是中国制造业转型升级的关键战略要点之一。这个问题我们在下一节再单独展开讨论。1.1.3 成本效率的三大主题

对于企业的竞争力而言,单独讨论成本是不全面的。成本必须与效率结合在一起才能给出更加清晰的分析结果。这样就有了成本效率(Cost Efficiency)这个概念。

成本效率是指按“成本–效益”的观点来测定成本开支效果的一项质量指标。这项指标通常可用一定期间内的成本开支额与营业收入的比率,或成本开支额与平均资金占用额的比率,或成本开支额与利润的比率来反映。

对于制造业来讲,与成本效率紧密相关的三大主题分别是:保证客户的满意度、提高生产效率、节省资源,如图1-4所示。图1-4 成本效率的三大主题

1.保证客户满意度

价格、交货周期以及个性化需求这三个指标可以基本描述客户满意度,如图1-5所示。图1-5 客户满意度的主要描述指标

要在以上三个指标上取得很好的分数,企业不仅需要有一个高效的学习型组织,而且必须具备整体的灵活性,单单具备技术的创新能力是不够的。当然,除去这三个指标外,还有包括售后服务在内的客户体验。这种客户体验实际上是测验产品的可兑现性(承诺的是否可以被体验到)。

2.提高生产效率

效率、效益和效能在这里表达的是相同的意思,不同的是其使用的场合或用途。对于效率,从不同的角度分析也有不同的定义。财务上最基本的定义如下:

如果把这个定义广义化,那么可以有

然而,当我们习惯于这样看待效率的时候,却忽略了影响竞争力的一个重要因素,即时间。

理论上对以上表达式的解释是:用最少的资源,占用最短的时间,制造出数量最多、质量最好、价格最有竞争力的产品,这是一个制造企业所追求的目标!

笔者无意在此全面展开关于效率的讨论,下面将从如何提高生产效率和缩短研发周期的两个重点方面进行一些探讨。(1)提高可用性

所谓“可用性”是指生产设备的可用性。提高生产效率就意味着首先要缩短和消除停机的因素。图1-6示出了影响设备可用性的因素。图1-6 影响设备可用性的因素

一旦发生工艺过程中断的情况,不仅生产过程停止,而且由于工艺参数的丢失或错乱一定会导致产品的报废,给企业带来损失。当“急停”按钮按下的时候,机器不是停止,而是在中断部分功能的时候保证设备连续,哪怕是低速运行,从而保证生产效率得到最大化。集成的安全技术是可以做到这一点的。当今几乎每台机器都必须集成安全技术,如缩短停机时间、减少材料浪费以及使用更少的文档,这对于用户和终端用户都会显现巨大的益处。提高设备的可用性,就意味着相对于其他方案提高了单位时间的产量。由此可见,开放的集成安全技术对于智慧工厂也是至关重要的。

生产设备的频繁启动或停机,不仅影响设备的运行效率,而且耗能。在线的物流出现停滞说明线上设备间的协调出现了问题。因此整个生产线上各设备协同运行,机器匀速运转、线上物流匀速且通畅,不仅可以保持较低的能耗,而且也是高生产效率的标志。同时,尽可能缩短物料处理的时间、从设计角度减少机器的尺寸、尽量使用轻巧结构的部件等,都是减少损耗、提高效能的重要措施。

投入并运行一条自动化生产线不是问题,问题是这条生产线的可用性或再用性是否能够得到完美的发挥。一条生产线上的产品配置或者产品类型发生改变时,生产线的调整时间需要多长,这个问题从设计阶段就应加以考虑。理想的生产线是当产品配置发生变化或切换产品时,应该实现在线切换(Change on the fly),或者使停机时间最短。要达到这个目的不仅软件需要模块化,其生产线上的各机械设备或者生产单元也必须是模块化的。具备机电软一体化模块特点的生产线,能方便地改变产品配置或者切换产品,即“柔性生产”。

在整个生产流程中,操作员是至关重要的一环。“机器智能化、操作简单化”,在设备出现故障时,有明晰的出错原因显示和操作指导,以及在安全技术的指导下实现人机合作等,都是与操作员有关的一些环节,需要在生产线设计和对操作员培训时重点考虑。总之,不能因为操作员的因素而导致生产效率的下降。

基于透明、标准化的网络通信技术,对远端的设备实施远程监控,并且对整个自动化系统实行单点的软件升级,是系统维护的一个发展趋势,也是一个重要手段。同时,通过状态监控(Condition Monitoring,ConMon)对设备进行实时监控,从而达到预防性维护管理,也成为越来越被重视的一个新手段,它能确保生产线的可用性。(2)设计理念的革新

传统的设计方式是留有足够的设计余量,从样机开始一步一步地改进,直到样机达到了设计要求,通过了现场以及用户的验收,方能定型并逐步进入批量生产阶段。这个传统的方式不仅耗费时间,而且设计所留有的设计余量也会造成原材料的浪费,从而导致“大马拉小车”的现象。

二十多年前汽车行业就开始了“硬件在环”(Hardware In the Loop,HIL)的基于仿真的设计手段。近几年该设计逐步在其他制造业被采用,这无疑是设计方法上的创新。它不仅可以避免重复地制造样机,节约花费,而且可以大大缩短研发周期和产品上市时间(Time To Market)。另外,仿真手段的高精准度也使得极限设计成为可能。所谓极限设计,就是设计余量可以放到最小。不仅如此,仿真手段的优势还在于研发人员可以不断修改并反复试验,对不同的策略或方案进行比较,这是传统设计手段所不能及的。随着产品技术的复杂化,一个方案的设计往往是多学科的融合问题,而多学科的交叉与研究在仿真系统里可以得到集成与体现。在工业自动化领域,PLC(可编程逻辑控制器)、伺服或变频驱动、伺服电机等系统都能以模型的方式出现在仿真系统里。

Matlab/Simulink已经成为自动化方案在线设计的重要工具。早在2010年,贝加莱(简称B&R)公司就具备了这种自动化方案的设计

[1]手段。图1-7示出了仿真的潜在优势。图1-7 仿真的潜在优势

提高工程效率的另外一个途径是将已积累的技术重复利用,同时满足客户的个性化需求。这就是将系统进行模块化设计的思想。在未来的智能制造中,工业自动化将发挥着关键作用。而对于工业自动化而言,软件却是此关键中的核心。如果把一家机械制造商的所有产品进行分解,基本上有三个部分:基础技术部分、与机器流程或行业工艺有关的部分,以及特定的应用部分。如果前两部分可以构建成模块体系,那么对于提高工程化效率、提高软件的可靠性和竞争力将是十分有意义的。图1-8示出了软件的模块化架构,其中mapp是贝加莱公司于2014年德国纽伦堡电气自动化(SPS IPC DRIVES)展览会上首次推出的技术,它就是把机械流程和基础技术做成了模块化的架构。图1-8 mapp技术的模块化软件架构

3.节省资源

资源对于制造业来说包含四个元素:人力资源、时间、原材料以[2]及能源。节省资源以降低成本,不仅是企业最基本的商业追求,也是企业家的社会责任。前三个元素实际上前面皆有涉及,下面就能源管理这个主题略作展开。

从设计的角度考虑如何节能,比如用永磁同步电机代替异步电机,用LED半导体照明代替普通照明,如何节省材料使设备的结构更加轻巧等,这对于节能来说是一个重点。然而,如何将能耗数字化、[3]透明化,从而为持续节能提供决策依据,却是能源管理的一个问题。

所谓的能源消耗是指一个企业生产或工作过程中所耗费的有流量的媒介,比如电能、水、压缩空气以及燃气等。将这些媒介的消耗按时间地点进行统计并按要求做出各种类型的报表,从而对能源的消耗实现透明化和数字化管理,便是一个能源管理平台的基本功能。

使能源的消耗变得可测、可控,最终通过策略和规划的调整使能耗得到持续不断的优化,这就是ISO 50001标准的核心。

从工业自动化的角度来看,能源管理系统首先需要一个可以扩展的模块化平台,以便给企业留有空间,从能源管理模块可以容易地、低成本地扩展到过程数据采集(Process Data Acquisition,PDA)系统。其次就是可视化软件,其中包含报表的表达工具,它能方便地将测量数据以某种形式呈现出来。再次就是数据采集的硬件,包括CPU以及各类I/O。最后就是测量能源媒介的传感器类的硬件配备。图1-9示出了贝加莱公司的典型能源管理平台——APROL EnMon(Eneryy Monitoring)系统。图1-9 贝加莱公司的能源管理系统架构——APROL EnMon系统

[1] 肖维荣,齐蓉. 装备自动化工程设计与实践[M]. 北京:机械工业出版社,2015: 123。

[2] 肖维荣,齐蓉. 装备自动化工程设计与实践[M]. 北京:机械工业出版社,2015: 2.

[3] 肖维荣,齐蓉. 装备自动化工程设计与实践[M]. 北京:机械工业出版社,2015: 7.1.2 工业自动化领域的新视角

进入工业4.0时代,制造业的灵魂——工业自动化必然会发生跨越性变化。与传统工业自动化的观念比较,其不同点将在下文阐述。1.2.1 自动化行业产品到方案的转变[1]

自从20世纪60年代末期诞生世界上第一个PLC系统以来,随着工业自动化技术的广泛应用,PLC系统得到了长足的发展,也成为制造业的核心竞争力元素之一。其功能从简单的逻辑顺序控制到模拟量回路调节技术,再到复杂的算法、实时的网络通信以及基于仿真建模的设计手段;其软件也从简单的指令表、梯形图发展到以C语言为代表的高级语言编程方式。这里特别需要指出的是,以矢量变频器和伺服驱动器为代表的运动控制产品,为高速、高精度以及复杂运动需求的高端机械制造业提供了关键的技术支撑。

到目前为止,以可编程技术为代表的工业自动化技术已经走过了近50年的历史。仔细审视其足迹,工业自动化技术虽然在硬件的性能、网络的实时性以及软件的功能等方面不断有创新、有突破,然而时至今日,并没有出现革命性变化。这就意味着,工业自动化产品在众多竞争对手群体里慢慢地走向了同质化,这是一个行业产品的必然走向。图1-10用行业产品创新幅度的演变描述了这个现象。图1-10 行业产品创新幅度的演变

面对工业自动化行业逐渐同质化的竞争格局,工业自动化产品的供应商们必然要回答客户这样一个问题:如何给客户带来额外的价值。这就是差异化竞争战略。这个战略最终带来的发展趋势是如何从应用的角度帮助客户提高效益、节省成本,最终达到提高客户产品或系统的竞争力目的。工业自动化领域的供应商在差异化或个性化战略的引导下,从单纯提供产品逐步走向了提供平台和研发工具、提供自动化技术包、提供客户行业的工艺包乃至完整应用方案的道路。图1-11对此作了描述。图1-11 自动化方案

[1] 齐蓉,肖维荣. 可编程控制器技术[M]. 北京:电子工业出版社,2009: 1.1.2.2 集中与分布的关系变革

20世纪90年代初期,以PLC系统为代表的工业自动化系统基本上是以中小型系统居多。系统配置时尽量集中在一个底板上,其优点是可以保证CPU和I/O之间的交互速度较快。系统的扩展首先考虑速度较快的远程I/O,其次是考虑以Profibus和CAN为代表的现场总线的网络扩展。系统越庞大,其通信速度就会越受限制。网络的通信循环周期一般在10 ms以上,这样实现系统时钟对时以及SOE(Sequence Of Event)的功能就比较困难。所以,这个时期的控制系统是以集中式为主,分布式为辅。

2000年以后,逐步出现了POWERLINK、Profinet RT、Ethernet/IP以及EtherCAT等实时工业网络技术。它们的出现基本上消灭了主站和从站的速度差别,使得集中式和分布式的系统架构都在通信响应上达到了小于1 ms的循环周期。更值得关注的是,这个指标在近几年内将走进微秒(μs)级。当网络通信的速度已经不是问题的时候,系统组网就有了灵活性,主站和从站的区分就显得越来越不重要了,这就为智慧工厂的实现奠定了系统架构的基础。在这个架构上,一个重要的概念便得以实现,这就是分布式智能。

为了很好地说明这个概念,我们首先看一看传统工厂的运作流程。当一条生产线上的产品发生变动时,首先是生产车间的管理人员向MES(Manufacturing Execution System)发出启动指令,然后由MES向机器设备更新工艺流程数据,最后由操作员在机器设备上做针对新产品的相应改动。其流程如图1-12所示。

可以看出,这一传统运作流程的第一个缺陷是耗时。在重新配置产品时不仅需要较长时间的停机,而且只有大批量更换时才有意义。第二个缺陷是,大量的人为干预易出现错误。第三,从机器到最终产品的上下游设备之间有着复杂的依赖关系。(这样的运作方式缺少灵活性,以至于更换产品的流程变得复杂而低效。)

对于智慧工厂来说,一个最明显的标志是通过分布式智能来实现系统之间的自主交互、自主决策,从而避免人工的干预。图1-13示出了智慧工厂在更换产品时的运作流程。图1-12 传统工厂更换产品的运作流程图1-13 智慧工厂在线更换产品的流程

这样的运作流程不仅减少了人为的改动和人为的过程控制,而且机器变成了带有标准接口的黑盒子,工件知晓自己的任务和目标,各单元和机器之间可以自由组合,这种模块化系统使得工厂无需事先定义布局和路线。

一个工厂的系统架构大致可以分成四个部分:ERP(Enterprise Resource Planning)、MES、生产线与流程,以及机器四个部分。图1-14示出了智慧工厂按照传统布局的系统构架图。图1-14 智慧工厂的传统架构

从这个系统的架构可以看出,整个系统的通信有两个通道:一个是从机器层向ERP方向的实时通信,图中将POWERLINK作为例子示出。另一个是从ERP通向机器层的以OPC UA为标准协议的非实时通信。这四个部分都分别对应着专业化的方案,如机械自动化方案、工厂自动化方案、MES方案以及ERP软件。由于实时工业网络技术的发展迅猛,可以预见,OPC UA在不久的将来会囊括实时通信部分,即上面的两个网络通路将会变成一个。

符合“工业4.0”思想的智慧工厂将不会是上面的金字塔架构,而是强调分布式智能的并行架构,如图1-15所示。

具有分布式智能特点的子系统之间可以任意相互交流,并作出高效的决策,尽量减少人为的干预,在标准化的基础上真正实现互联互通和智能化,这是未来智慧工厂的重要特征。图1-15 符合“工业4.0”思想的智慧工厂架构1.3 开放自动化是必然趋势

步入工业4.0时代,制造业将在设计方式、生产方式以及工作方式上发生根本转变。我们当然有理由问:工业自动化行业将发生怎样的变化呢?

回顾工业自动化行业的发展历程,不难看出,这个行业逐步从封闭走向了开放,而导致这个走向的是市场的需求。一个自动化产品供应商占据市场优势的手段有如下几种。1.3.1 市场宣传以及联盟锁定的手段

市场宣传以及联盟锁定是市场的手段。一方面通过广告投入、展览会以及研讨会等方式达到提高品牌知名度的目的;另一方面通过行业联盟以及与客户、终端用户的战略合作的方式来实现某种程度上对部分市场的垄断。1.3.2 技术壁垒

所谓的技术壁垒是指通过技术创新或者技术差异化的方式阻挡竞争对手进入现有客户群体的手段。这些手段体现在硬件和软件的不兼容性、网络总线的技术、专业性强的硬件或软件技术等。其中与公司有关的网络总线有Profibus、ModBus、ControlNet、DeviceNet以及FIP等。虽然这些协议基本都被市场普遍地接受或采用,但总线技术的发起者仍是最大的受益者。

从工业自动化产品供应商的角度来看,为了争取更多的市场份额,当然是先行者越封闭越好、后来者越兼容越好。然而从客户的角度来看,首先是各家供应商都有各自的技术特点和优势,只采用一家的产品很难满足对所有的技术要求;其次,客户希望通过多供应商战略来保证商业安全和战略优势。

总而言之,市场与工业4.0的大背景都指明了开放自动化的方向。这个方向具体包含两层含义,即自动化行业的标准化与开放式的资源分享。表1-1列出了工业自动化行业的部分标准。表1-1 工业自动化行业部分标准

这些标准的满足给众多自动化产品厂商创造了良好的兼容与合作的条件,也给作为用户的制造业带来了更多的灵活性与成本优势。

实时的工业以太网POWERLINK自诞生以来,贝加莱公司就以纯开源的方式公布于世,使得用户在应用上获得完全的独立,它属于“分享”的标志性事件。资源分享实际是给予和获取的哲学,你分享越多,获得的参与机会就会越多。当制造业的关键技术越来越多地集成到软件中时,可以想象,在不久的将来类似于苹果公司的App Store模式也会进入工业自动化领域。

总而言之,当标准化越来越多地渗透到工业自动化领域中时,不同品牌、不同厂家的系统就会有更好的互联性,甚至是互换性。当自动化技术能以软件的方式、以标准化的接口分享或者传递的时候,工业自动化已经是开放式自动化了。1.4 智能时代“人”的因素

由德国经济能源部支持的关于自治化的研究课题,涉及了如下问题:

·一个自治的系统或流程如何集成到工作组织中?

·自治化对于操作员的职责范围、任务以及工作内容有哪些影响?

·针对操作员的体力/脑力及其开发,如何设计一个更加有效的工作组织?

·对于自治系统有哪些设计需求和选项?

·从自治系统的人机交互的角度来看,其设计准则如何表述?

·有哪些现成的知识和辅助方法可以帮助有效地开发或设计人机交互的流程?

以上所述人机交互实际上涉及人与机器、人与技术以及人与工作环境的交互。由此我们可以得出结论:智能时代的制造业将走向系统的自治,然而人机的交互将上升到更高的层次。这就对“人”提出了更高的要求。1.4.1 智能时代的规范

自治系统的实现,首先需要一系列的规则和法律保证。这里首先包括劳动与数据保护的法律环境以及安全技术、认证及许可证发放和危机管理等因素。其次就是符合工业4.0的规范与标准的制定及其细化与贯彻支持。再次就是工业4.0的IT安全问题,包含联网机器设备的自动化、监控与控制过程中的安全问题。1.4.2 人的角色定位

智能时代对操作员、设计与规划者以及企业决策者都提出了不同的挑战与要求。(1)操作员

一方面,自治系统需要越来越少的人为干预,另一方面,在人机交互过程中对人的要求也越来越高。所以对于操作员在技术、规则与规范甚至是法律以及安全技术方面的培训就显得尤为重要。其培训的目的是保证操作员有足够的知识和能力保证停机时间降到最低以保证设备的运行效率,同时人身与设备的安全又能得到足够的保障。技术的高速发展、产品的快速更换,对操作员提出了更高更快速的适应要求,所以操作员不断的培训与进修是必要的。(2)设计与规划人员

面对越来越短的产品生命周期,不断地学习并提高工作效率是研发团队永恒的课题。所以研发团队应该是学习型组织。

工业4.0的最明显特征之一就是标准化。设计与规划人员的首要任务是确立本企业的技术标准体系,并使其接近符合工业4.0的标准体系。

在标准体系的框架下,以模块化的思想去构建生产流程或产品,通过积累使验证过的技术或工艺以模块化的形式得以再利用,这是从研发和规划上长久地优化成本效率的根本出路之一。

在智慧工厂的设计与规划中,模块化的生产设备和软件系统是构建柔性生产工厂的基础。在规范标准化通信接口的基础上,各个生产环节甚至每个部件的信息需具备可获得性,从而使整个工厂乃至工厂和外界的互联互通得以保证。

设计与规划人员掌握着技术的未来,同时也掌握着成本效率的优劣。只有着眼于总成本的优化,才能使企业长久立于不败之地。(3)企业决策者

智能时代的决策者有三大使命:制定企业战略、建设人才体系、培养并支撑企业文化。

企业战略包括公司的技术路线。企业能否持续发展、基业常青,取决于公司的战略及其贯彻能否使企业保持持续的技术创新,取决于智能化和信息化能否给企业带来竞争力。

建设良好的人才体系实际上与培养并支撑企业文化是紧密相关的。首先,企业应该有一个良好的培训系统,使得从这个系统走出来的员工富有创新精神,而且能成为在应用现场的工匠级人才。其次,一个企业之所以能够长期地具备强劲的竞争力,是因为企业拥有富有竞争力的文化,即创业文化、创新文化以及精准文化。下面将专门谈一谈精准文化。1.4.3 精准文化

德国的制造业之所以如此强大,在于德国工业制造技术的长期积累,在于德国优秀人才的培养体系(包括独具特色的职业教育),在于企业的战略规划能力,最重要的是在于德国企业的精准文化。所谓精准文化,就是对规范、对规则的敬畏,对流程不打折扣的遵守。在制定流程时,需要决策者充分考虑与讨论,广泛征求意见。一旦流程制定,那么人就应该像机器一样严格地执行流程的任务,直至流程被再次修改。这里可以悟到“在执行规则上人要像机器;在智能化制造上机器要像人”的意境。

中国正处在工业化进程之中,我们不得不意识到,在制造业发展的过程中,“差不多”的文化因素在智能制造中起着相当负面的作用。产品的质量不能靠感觉来把握,必须靠恰当的测量手段获得的数据来掌控。

因此对于中国制造业的升级转型,人是决定因素。第2章智能集成中的互联互通

在制造业2025规划中,十大重点领域突破的第一项即是“新一代信息通信技术”的发展。新一代信息通信技术是智能制造工程、绿色制造工程、高端制造业创新的基础支撑。

在德国的工业4.0规划中,互联互通的标准制定是其第一个战略步骤,这与产业实际也是一致的。今天我们探讨未来的制造业,互联互通是第一个要实现的突破。

智能制造的集成首先需要实现的是互联与互通,这源于各个行业的设备往往采用不同企业的控制系统,而这些控制系统往往采用了不同的现场总线,并且由于行业的差异,会需要不同的适用性总线来连接,且集成所带来的整体生产效率的提升是显著的,这使得集成中的互联互通成为首要突破实现的。在本章,我们将从互联互通的多个角度分析这一实现的过程以及未来互联互通会出现的新趋势,并且将介绍整个智能制造的IEC标准体系,以及中国的国家标准体系对互联互通标准的解读。

正如著名管理学大师James F Moore在其1996年的著作《竞争的衰亡》中所描述的一样,基于生态系统的竞争与合作关系正在代替传统的竞争理论,企业之间在更多的领域需要通过“合作、结盟”构建新的商业生态系统来应对消费市场对于产品、技术的需求,而不是传统的竞争理论所描述的企业关系——基于塑造自身的核心竞争力,并且构筑更高的壁垒,达到某种垄断来实现自身的发展。2.1 互联互通

显然,互联互通问题是智能集成时代必须经过的第一道门槛,这也是为什么工业4.0组织将其行动计划的第一步定义为“实现标准化”,这是所有问题的关键。但是要实现互联互通并非那么简单,因为过去的设备仍然在使用,也无法实现新的互联互通标准,因此必须有一个更为有效的逐步实现过程。

这使得了解整个互联互通的标准发展过程很有必要,因为只有了解过去,我们才能把握互联互通技术的发展脉络,也才能把握其未来的发展趋势。2.1.1 互联互通在不同阶段的变化

系统对于互联互通的需求是不断地变化的,回顾过去有助于我们更清晰地理解各个时期机器的需求与对总线的需求,图2-1描述了各个阶段的通信要求,我们可以借助此图来了解信号传输以及信息在各个阶段对于互联互通、互操作、语义互操作的需求。图2-1 各个阶段控制任务对于通信需求的变化

按照智能机器和系统(包括流程工业的发展)对控制任务以及不断变化的制造业集成环境,我们可以清晰地认识到,在过去数十年里通信在其中扮演着很重要的角色。

1.继电器逻辑阶级

在继电器逻辑阶级,基本上对于数据信息没有什么特别的需求,这些机器仅实现简单的启动、停止、进给等任务,而且由于通常是单机设备的生产,因此对于数据互联尚未有真正的需求,更多意义上属于“信号”的传输而基本上不存在对“信息”的需求。

2.PLC阶段

20世纪70年代,相较于继电器逻辑而言,PLC的诞生对于机器的控制是一个巨大的进步。然而这种进步并非是一种对信息的需求,而仅仅是由可编程的逻辑代替了复杂的继电器逻辑。这种可编程的逻辑使得机器更为灵活,并产生了对生产灵活性的简单需求,但这仍然是一种单机生产的时代,即I/O逻辑以背板总线方式传输数据。因此,信息仍然以物理信号的形式存在。

而与此同时,对于过程控制而言,信息的传递通常是通过4~20mA或0~10 V的模拟量信号进行传输的,这种传输方式会因为现场环境的问题造成信号干扰,并且会带来接线的不便以及维修的困难(查线就是一件非常耗费时间的工作)。

DCS/SCADA或者RTU的应用通常会遇到这些问题,与之对应的是现场调解单元的分布式处理方式,但是也会造成现场单元的成本高昂。

3.总线阶段

20世纪80年代末90年代初,总线得以诞生并大量使用,包括Profibus DP/PA、CANopen、Modbus、AS-i、Fieldbus Foundation、DeviceNet等,这个时期,机器已经有了开始互联的需求,但是其主要定位于远程的I/O数据传输,而且仍然是在一个机器、产线内部的数据交互。因此,各家公司开发了各种应用于自身的数据交换网络,这个时候的网络仍然是较为低速的,并且也主要是以控制相关的信息互联为主要目的。表2-1罗列了主要的现场总线的一些对比。

我们从表2-1可以看到,各种总线的拓扑结构、校验方式、传输速率、数据容量、响应能力、通信机制均不相同,并且有较大的差异,其适用领域也不相同,这都与各自研发技术公司自身的产品、技术、业务领域有一定的关系。

尽管如此,现场总线带来的优势也是明显的。它使得工厂的信号传输实现了“数字化”,相比传统的硬接线的连接方式,现场总线带来了诸多好处。

基于全数字的总线降低了硬件的成本消耗。由于一根电缆即可连接不同设备,因此相较于以前所需的接线量大幅度降低;由于功能块可以实现更为灵活的控制策略,因此降低了系统的硬件所需;基于数字的总线也消除了对传统变送器的需求;I/O卡的减少也减少了电柜内部板卡与接线的需求。

数字总线技术允许来自设备的变量通过控制系统用于多种用途,包括远程诊断、趋势分析、过程优化研究、报告生成、预测性维护、远程配置、资产管理等,该技术也可以通过更高的分辨率和精度来提升控制能力。表2-1 各个现场总线之间的比较

总线的自检和安全功能也提高了系统的稳定性与可靠性,并增强了系统的灵活性和互操作性方面的能力。

以上都是总线带给我们的好处,因此,总线在过去的20年里得到了高速发展。

4.工业以太网阶段

随着机器变得越来越复杂,工业对数据互联的需求更为迫切。一方面,现场总线虽然有着非常好的效果,但是仍有带宽低、延迟大、节点容量有限的弊端,而另一方面,由于各家公司的物理介质定义的差异,使得设备之间的互联在物理层就出现了问题,更何况在软件应用协议方面的接口问题。

而随着IT技术的发展,以太网被大量地使用,这种高速、价格低廉的技术也被引入工业领域。然而,以太网先天的缺陷使得其传输的实时性无法得到满足,尤其是在智能装备(包括大量的伺服传动机构)的使用上。机器人、CNC、高速机器设备的应用对实时性的要求更为苛刻,因此各家公司在以太网的基础上又开发了实时以太网技术,以满足下列产业需求:

·更高的机器速度、加工精度要求更高的实时数据交互

·数据容量变得更大

·通信所需的节点数要求更多

·安全性要求

·冗余、热插拔的支持能力

以太网阶段是一种生产制造的新变化,即数据交互已经不止在机器内、产线内部交互,而且延伸到了工厂、MES和ERP层,因此数据传输已经不局限于控制任务所需的参数,也包括对以下信息的需求:

·诊断与维护

·质量相关数据

·远程访问数据

·维护

·状态监控的数据需求

关于现场总线到工业以太网的发展,我们将在2.2节进行详细的描述。

实际上,在以太网阶段,机器控制与现场均采用了以太网,但是,在这个阶段以太网仍然是以机器控制的总线形式存在,并未与上位管理系统进行过多的交互,因此其存在的形式仍然在自动化任务领域内。

5.智能集成阶段

进入21世纪,更为复杂的集成不断出现,而随着互联网技术、移动互联技术、IoT(Internet of Thiny)技术的发展,数据交互的需求变得更加复杂。尤其在美国提出CPS(信息物理系统)以及德国提出“工业4.0”后,对于智能集成而言,又迈向了数据需求的新阶段。

这个阶段的显著特点是自动化和信息化的融合,也就是中国在十一五期间提出的“两化融合”的概念。而在这个阶段,对于信息的要求较之以往更多,因此通信在这个阶段更多地聚焦在“信息”的传输上,而这个信息除了原有的“信号”的数字化信息,也包括了更多的与生产任务、调度、工艺组织相关的信息数据,因此,应该说这是一个以“信息与自动化融合”为显著特征的应用新阶段。(1)CPS的提出

信息物理系统(Cyber Physical System,CPS),也有人称为信息物理融合系统,其最早是美国科学家对类似物联网的一种表述。它与物联网相比,最显著的特点是强调物理过程与信息间的反馈。2008年美国加利福尼亚大学的Edward A.Lee在其技术报告《信息物理系统:设计挑战》中指出:信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络监测、控制物理过程,通常系统具有物理过程影响计算、计算也影响物理过程的反馈回路。从自动化技术的观点看,CPS是一种工程系统,它由一个嵌入在物体中的计算和通信的核以及物理环境中的结构所监测和控制的。

CPS在生产过程的实现构成了智慧工厂,德国的专家和教授基于“制造立国”和“制造强国”的理念,把CPS运用于生产制造并提出了CPPS(Cyber-Physical Production System),即信息物理生产系统。以CPPS为模型构建智慧工厂或者数字化工厂。

在2012年,德国政府联合各个制造企业、自动化厂商、研究机构共同制定和大力推行所谓的第四次工业革命——工业4.0,并在2013年德国汉诺威的HMI(Human Machine Interface,人机接口)展上进行了公布,引发了全球产业界的探讨。各个国家均推出自身在制造业领域的强国策略,包括中国的《制造业2025》规划。工业4.0的特征是工业自动化和信息的紧密结合,它建立在CPS的基础之上。这就为智慧工厂的实现指明了一条现实可行的途径。于是,为数众多的德国与制造相关的企业——从跨国的超大型企业(如SIEMENS、SAP等)到各类自动化产品的中小企业,都在考虑和酝酿如何应对这一发展的大趋势。

工业4.0的核心是CPPS,它与美国的CPS最初定义的不同在于其应用更侧重于制造业的过程。即通过CPPS来支撑信息的互联,包括与各个语义系统的互联(ERP、SCM、CRM等);通过CPPS支撑智能工厂的实现,它将物联网与服务互联网IoS(Internet of Service)集成,也包括底层的智能网络架构互联。(2)智慧工厂的提出

2006年,美国ARC顾问集团总结了以制造为中心的数字制造、以设计为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造,并考虑了原材料与能源供应和产品的销售供应,提出了用工程技术、生产制造和供应链这三个维度来描述数字化工厂全部活动的概念。

通过建立描述这三个维度的信息模型,利用适当的软件就能够完整地表达围绕产品设计、技术支持、生产制造、原材料供应、销售以及市场相关的所有环节的活动,如图2-2所示。图2-2 ARC提出用工程技术、生产制造、供应链三个维度描述数字化工厂的模型

如果这些描述和表达能够得到实时数据的支持,能够实时下达指令指导这些活动,并且为实现全面的优化能在这三个维度之间进行交互,可以肯定地说,这就是理想中的数字化工厂或者叫智慧工厂。换一种表达方式,我们可以把数字化工厂看作实现了产品的数字化设计、产品的数字化制造、经营业务过程和制造过程的数字化管理以及综合集成优化的过程。不过,如何在现有技术的基础上发展智慧工厂,为了实现数字化智慧工厂还需要开发哪些技术,ARC并没有明确的说法。

从图2-3中可以看到德国的工业4.0架构中CPPS起到了互联作用,其目的是为了服务于智慧工厂。智慧工厂的目的是让生产在新的网络架构下充分利用信息的作用,提升其效率,能够响应更为灵活的生产需求。在这里IoS和IoT成为智慧工厂的基础。图2-3 智慧工厂的智能互联定义

智慧工厂主要是为了解决更为灵活的生产问题,提升制造业的整体生产效率,并能够对更为个性化的生产提供支撑。

在智慧工厂的外围服务网络中包含了IoT的需求,也提出了IoS的概念,因此,物联网和服务互联网是智慧工厂的信息技术基础。在这个架构里,有以下几个要点:

1)在典型的工厂控制系统和管理系统信息集成的三层架构的基础上,充分利用正在迅速发展的物联网技术和服务互联网技术。

2)与生产计划、物流、能源和经营相关的ERP、SCM、CRM等以及与产品设计、技术相关的PLM处在最上层,并与服务互联网紧紧相连。

3)与制造生产设备和生产线控制、调度、排产等相关的PCS、MES功能通过CPS实现,这一层与工业物联网紧紧相连。

4)从制成品形成和产品生命周期服务的维度来看,智慧工厂还需要与具有“智慧”的原材料供应,以及与智慧产品的售后服务这些环节构成实时互联互通的信息交换。

5)具有“智慧”的原材料供应和智慧产品的售后服务具有充分利用服务互联网和物联网的功能。“中国制造2025”定义了“互联网+”的思想,这也预示着未来智能制造与互联网的融合趋势,包括工业物联网技术的融合,从而使得自动化得以延伸。

在这个即将到来的时代,信息技术与通信技术的融合将为消费者带来更大的数据传输需求,同时这些技术也将融入工业领域,并借助于ICT(Information Communication Technology)的快速成长,工业互联网将为生产带来更多的信息与数据应用。(3)智能制造和数字化工厂需要的通信网络技术

如果从整个智慧工厂数据通信的要求来看,底层的车间、机器将产生大量与智慧工厂上层数据的交互需求,这样,在智能集成时代将网络需求进行了重新的定义,分为机器到机器(M2M)、管理系统到机器系统(B2M)、商业系统到商业系统(B2B)的架构,这是不同于以前总线时代的需求。

1)M2M之间的互联互通。即在自动化环境下两个过程的通信,这些过程可以是硬实时过程与硬实时过程的通信,也可以是软实时过程与硬实时过程的通信。

例如,一个机器人平台控制器与一个手持式机器人控制器之间的横向通信。其交换信息的时间为微秒到几毫秒,通信必须发生在硬实时且为确定性的循环内。也可以把确定性看成具有一定时间要求的服务质量(Quality of Service),即在一个有保证QoS的时间间隔(如100μs)完成响应。另一个例子是两个控制器之间的横向通信(软实时的快速、循环、独立于现场总线的通信)。

已经实现运用无线移动通信完成M2M,这里是指一个设备的接口(即装载在设备上的SIM卡)通过移动通信与某个IT过程进行通信。

2)B2M通信。即商业智能管理系统与产线设备的通信,所需的交换时间由几毫秒到几分钟。例如,业务应用过程与机械装备间的信息交换。

·HMI与PLC的信息交换。

·MES与PLC的信息交换。

3)B2B通信。即两类业务过程相互通信,信息交换所需时间由几毫秒到几分钟。具体例子如下。

·ERP应用与MES应用的信息交换。

·HMI和MES间的信息交换。

·MES与另一MES的信息交换。

·传感器与云的交换。

因此我们可以看到,随着产业升级,对于通信的要求从自动化控制任务延伸到了管理系统的信息传输,这也使得通信成为整个产业发展的基准。2.1.2 软硬件接口问题对集成的影响

显然,在讨论制造业2025、智能制造这些话题时,既然通信互联问题成为第一个需要解决的问题,那么下面将从最基础的互联互通的软硬件来进行了解。

互联互通更多聚焦于软件接口或者数据接口的软件形式,在过去的单机设备生产时代,我们并不会关注这么多的互联互通问题,但是在制造业2025的规划下,企业对于数字化工厂的集成以及消费互联的需求产生了新的需求。

1.市场复杂性(1)多种协议

在某种意义上,市面上存在多少个控制器主站的厂商,一般就会存在多少个总线协议的可能,这个是由于各个控制系统提供商自身对于所处的行业业务的关注而形成的。即使在IEC 61784的协议集里就存在众多通信协议,包括传统的总线和新的基于以太网的总线协议:

·Profibus DP/PA、Profinet、Profinet RT、IRT

·CAN

·Modbus

·Ethernet/IP

·DeviceNet/ControlNet

·CC-Link/CC-Link IE

·HART

·FF

·HSE

·POWERLINK

·InterBus

·EtherCAT

·SERCOSIII

·MetroLINK

·BacNET

以上所列还仅仅是在工厂的有线网络领域,而未来随着ICT的发展,各种新的总线也会被集成到产线中,这会带来更多的问题:

·无线传输协议(Zigbee等)

·基于通信业务的数据交互如CDMA、4G技术用于大范围的数据传输

·视频与图像传输需求的协议

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