1、sice - 1case2006年國際聯合會議2006年10月18日至21日，韓國釜山會展中心過程自動化和工業自動化的發展趨勢sei ichi shin日本東京，電子通信學院系統工程部（電話：+81-42-443-7426 ;電子郵箱:shingse.iiec.ac.jp )摘要：本文提出了 pa （過程自動化）和fa （工業自動化）的發展趨勢。這兩個自動化的主要領域正迅速 融合。它們之間的差異正在縮小。這一趨勢隨著尺寸收縮、網絡、xml和rfid技術被展現出來。然而， 這一趨勢的基礎是正被使用的數學模型。自動化的世界變得如此復雜，以至于沒有這種數學模我們就無法 理解和管理這個世界。關鍵詞：過

2、程自動化，工業自動化，尺寸收縮，網絡,rfid技術，數學模型1引言信息技術（it ）的發展正在改變著社會的日 常生活。它也改變了生產系統，因為生產系統代表 著社會的需求。生產系統冇兩個領域。一個是pa （過程自動 化），另一個是fa （工業自動化）。前者是鋼鐵、 化學、石汕等工業的持續進程。用于pa的控制器 是dcs系統（集散控制系統）,主要處理模擬信 號,集散控制系統dcs的本質是ptd控制器的集成。 后者是汽車、家電、商品等產業的類似進程。fa的 控制器是plc （可編程邏輯控制器），主耍處理開 關信號，本質是一個中繼序。然而，從最終用戶的角度來看，這兩個領域是 不可避免的。汽車工業需要p

3、1d控制器來處理材料 和設施，鋼鐵工業需耍中繼序進行產品處理和傳 遞。所以，這里我們把m作為pa與瑚的集成。tt的發展聯系到pa和fa的生產線（如圖1）, 從最高層到最底層。現在的dcs有中繼功能，plc 有一個pido這是底層聯系。上層是服務器，整合 dcs與plc的信息。木文顯示出伴隨1t發展的這一 趨勢的，沿線oftt ,也引進rftd和“的介紹。2尺寸縮小首先應該指出的是尺寸縮小1 ,因此，大 規模的計算機作為一個微處理器縮小尺寸成一個 芯片。集散控制系統可以以高可靠性處理數以千計 的循環,應該縮小尺寸。因此,plc正被使用在pa 領域，這里并不需要這么大范圍和較少的可靠性。displ

4、aybecome borderlessone chip圖2 plc的發展圖1 pa和fa的集成然而，plc從來沒冇停止過縮小尺寸。dcs應空rar f母 二=該和plc-樣縮小尺寸。plc的未來發展是嵌入式 控制器，嵌入到汽車和家用電器中。因此作為1a 的象征，控制器將走出我們的視野，留下它的顯示。3信息共享但是，在人范鬧和高町靠的規劃小仍然需要dcs 系統。當然，dcs的角色正在發生變化。集散控制 系統dcs目前正在作為文件制造者、信息服務器等 角色進行信息處理。（如圖3 ）。本世紀起，生產系統正從規模型向質量型轉變, 換句話講，從大眾化向對個別化發展。市場熱愛“生 產秩序”。因此，scm

5、（供應鏈管理）系統廣泛 連接著壯界各地許多公司。當然，工業線和公司的 工廠應連接供應鏈管理。圖3 dcs的發展所有生產線，所有工廠，許多企業逋過連接ip（因特網協議）合作，像一個有組織的機構。所有 和關生產線、工業、公司的信息可以通過tp共享, 在公司的董事會會議上通過平板顯示器顯現。因 此，所有董事會成員在任何時間都可以對所有牛產 線和幾乎所有的工業進行訪問，其至在dcs與plc 上。會員認為，現在的問題提高到了怎樣處理共享 信息。他們真的共享信息嗎？圖4人們被機器分離和機器被人分離日前，工廠里所有設備連接起來，他們的狀態 都被可視化。然而，這并不夠。董事會會員需要一 個組織架構，生產線和工

6、廠的集合。為了完成這一 目標，關鍵是服務器或數據庫的聯合。工廠冇很多 數據庫，它們都使用個體協議"當它們保持個體協 議時如何聯合數據庫非常重要。這里提出的問題是如何連接分離的機器和人。 冇兩種解決方案。見下一節。4 xml聯合問題的一個解決是opc （見圖5 ）,它 對于過程控制是ole的縮寫（對象鏈接與嵌入）。 ole是dcom （分布式紐件模型）z前的名字，或 是微軟的視圖技術激活的x。opc服務器可以同時 處理模擬和數字數據，因此這是一個解決辦法。幾 乎所有的dcs與plc都可以連接到opc服務器。因 此，opc技術是fa和pa融合的象征。現在，opc技術正在逐步發展成xml及

7、ua （統 一架構）2。這意味著的.met框架的opc技 術。用微軟的術語來講，它就是“.net”框架。opc 服務器被用于pa和fa, opc-ua是pa和fa _體化 的尺度。圖5 opc是pa和13 體化的一種解決方式looking (html looking+contents (xml)bii-cnaracier 池soap.ldd1. wsdl圖6 web服務器也是一體化的-種解決方式然而，0pc在視圖世界屮定關閉的，所以答 案是如圖6展示的web服務器，使用soap （簡單 對彖訪問協議）與http （超文本傳輸協議）。服務因此，在t業的虛擬世界我們應該包括人類。rf1d （射頻識

8、別）似乎是一個具有光明前景的 工具，以便它們包括在世界小（如圖9 ）。此外, 世界上的rftd技術包括材料、產品，以便工廠的 所有成員，就是人類、材料和設備可以出現在這個 世界上。我們在2006年成立了一個rrd技術委員 會，在fa開放促進組（fa0p ） 5 ,這是繼 2002年rftd研究委員會z后的一個組織。因為tt技術的發展，真正的世界變得復雜。 為了理解世界和/或優化，虛擬世界是必要的。這 是信息技術在世界的實現，就是個人電腦。report/<ye<r month w«k> <yw>1997</yw> <mooth? 1<

9、;/momlv <we«k>l</week></ yz month week > <na«)e><laft>ymn daolmt> <frrt/taro</fir5t> </nane>圖9機器、材料、工具和人z間的聯網圖7工程師和文件<?xml version-<!docty?e report system heekb did"<!a s«kple of weekly report> self definable n hrkup( dw

10、v xml schema) markup kncodingclhcmaurux) sqaraticm of looking and contents (xsl) djumptocc 隣 ing(scripl) dau exchange +rpc (soap)圖8 xml文件的實例xml是文件的標準,由www聯合會3 定義。 在工程師周圍有許多文件如圖7所示。例如，規 劃圖，設計圖，專利申請，組裝手冊，維修手冊， 制作報告，等一些工廠的不要文件。xml的樣本如 圖8所示。該文件包含一個標記和內容。因此， xml是一個虛擬的標簽或信息標簽。在此標記基礎 上，我們可以把dcs信息和plc融合，此外,

11、在 在工業和公司我們也可以這樣做。2002年，在批量 生產系統中為了提高xml,我們建立了大批量的開 放論壇（mfgx ） 4 o5 rfid技術在上個i比紀，我們通過網絡連接工廠的設備。 如果計算機中建立了一個完美的虛擬世界，1t是一 個強大的工具。但是，我們錯過了這個信息世界的 人和材料，因為我們口本尋求完美的h動化。在工 業里，機器運行不需要任何人，因為在日本勞動力 價格是非常高的。然而，這種完美的工業，也就是無人工業，脫 離了 口本的工業，因為傾向于低運行成本和無人的 技能。現在余下的口本工廠需要使用高技能的人。1 j/'1湖 rhttp mwdernia.jpzhttp/&l

12、t;vmwaikoku co jprtn&tatanv/are/tjeimia/top mi圖10虛擬世界的仿真虛擬世界的一個應用是仿冀。所冇的事悄應包 括在虛擬世界中。這意味著如圖10所示的人類、 材料和機器。為了做到這一點，我們需要標記虛擬 和現實兩個世界。一個標記缺入在xml文件，另一 個rf1d技術嵌入在現實世界小。基于這兩種類型 的標簽，也就是虛擬標簽和現實標簽，我們可以整 合和優化世界的工業。6 數學模型然而，這些標記整合和優化工業是不夠的。工 業川人工處理太復雜，因此，數學模型的使用是無 可避免的6-7 o電腦只知道數學，因為計算機語言是由公式組 成的，也就是邏輯和替換。

13、因此，虛擬壯界的只能由數學模型展示出來。在pa中,建模是日常工作, 許多進程是基于可預測控制的模型來控制的。據預 測，模型的未來價值是仿真。此外，控制輸入是基 于預測來優化的。然而，在fa中，數學模型極少不通過仿其。因 此，i-'a屮引進預測控制模世對于庫存減少似乎是有 效的。這是pa和fa技術的融合，因為減少來h jtt （準時），這是fa屮大規模生產的一個最好創新。圖11是這樣的系統的控制塊，這是一個汽車零 部件組裝線8 ,如圖12顯示了減少的結果。左 邊的圖顯示基于操作者經驗的人工控制普通庫存, 右邊是模型預測控制的結果。用數學模型和優化系 統，我們可以減少一半庫存。然后，這里您

14、就可以看到fa和pa融合。我們 將使用在pa的數學優化方法引入到fa。然而，反 之亦然。這是kaizen對于pa的引進，并不斷改進。xbnuallv methodihvpmcd kthod在pa工業有很人儲備的油箱。就是kaizen的 目標。減小油箱的尺寸是非常困難的。然而，今天, 高性能計算機的高級別控制可以利用數學模型來圖11紐.裝線的預測控制模型xml對信息來講是一個虛擬的標簽，rfid對于 材料或人是一個真正的標記。對真正的生產體系， 要使1t成為完美的工具，這兩種類型的標簽是關 鍵。棊丁這標簽，我們需要pa、fa和1a進程的數 學模型。該模塑在pa和fa的融合中是不可避免的， 因為數

15、學給出了最普通的一般和世界的具體描述， 計算機只可以處理以數學為基礎的語言(圖13 )。 然而，對人來講它變得太復雜，因此，冇必耍讓電 腦輔助理解該模式。這些都是用丁-仿真，設計，預 測和優化。一個虛擬it界，包括f.a和pa系統可以 滿足社會，也就是真實世界的需求。參考文獻(11 s shin: a ncw-dimcnsion technical paradigm for the 21st century control systems, proc. sice05,okayama, 8-10 august, pp. 858-861 (2005)2 http:lwww.opcfoundatio

16、/3 /4 http:/www.mstc.oijp/mfgx/5 http:/www.mstc.orjp/faop/index.htrnl61 s shin: role of s ystematic a pproach to the yaoyorozu information society, proc. ieee smc04den haag, netherlands, pp. 5615-5620(2004)7 s. shin: human machine communication via sound with wavelet transformation. proc. 2005 ieee international conference on systems, man and cybernetics, wa