自动化技术的前世今生

自动化技术的前世今生

目前，工业互联网的蓬勃发展有一个重要的驱动因素，那就是自动化技术的持续发展。自动化技术可以说伴随着第一次和第二次工业革命的兴起和发展，而且在其中起到了至为关键的作用。

150多年前，最早的过程控制技术，就是和机器控制密切相关的。当时的工程师们采用本地的液压传输和气动控制方式，使得对于本地设备的控制可以通过闭环回路进行。也就是从那时起，现代控制理论才逐步地建立了起来。

之后随着第二次工业革命中电气设备的大规模运用，自动化技术在模拟信号控制领域获得了长足发展，形成了0-10毫安，以及4-20毫安的标准电流模拟信号接口，并且伴随着过程控制理论和自动控制理论突飞猛进地发展。但是控制技术真正得以腾飞是在进入20世纪70年代的时候，当大规模集成电路技术开始普遍使用，尤其是计算机技术开始介入航空、航天以及军事领域之后，自动化控制技术才真正进入了快速发展时期。那时有很多新兴的自动化技术公司开始快速兴起，包括今天依旧在行业中呼风唤雨的霍尼韦尔、横河电机、施耐德电气、GE、西门子，以及今天已经销声匿迹的贝利、罗斯蒙特等。

20世纪70年代后期兴起的控制技术就恰似当时的计算机系统，流行的是集中控制，将所有的现场信号集中采集。集中控制的弊端随着局部控制失效和事故突发已凸显出来，因此从20世纪80年代开始，自动化和自动控制领域开始兴起了分布式控制的浪潮——DCS（Distributed ControlSystem，又译为集散控制系统），这一新的控制方式将控制的权限进行了有效的分割，由现场的控制系统完成简单的回路控制，而在远端可以进行信号设定和高级控制等集中化控制，从那时起计算机技术就和控制技术紧紧地走在了一起。但是由摩尔定律推动的信息技术的迅猛发展，并没有让自动化控制技术获得同步发展，

在IT行业里，几十年如一日使用同样的技术，简直是不可思议的事情，因为十几年足足有几代技术发生、发展乃至淘汰过了。虽然自动化控制技术的发展速度远远比不上IT行业，但是在20世纪80年代末和20世纪90年代初，所谓第五代控制技术，也就是现场总线技术，也随着信息行业带来的开放潮流应运而生。在上一代的分布式控制系统DCS时代，大多数厂家的系统和编程语言都是封闭的，用自身独特的编程代码，不利于彼此的沟通和交流。而现场总线技术，强调从分散控制到现场控制。数据的传输，采用先进的总线模式。从那时起，开放的协议、厂家之间不同设备仪器的信息沟通和交换，就成了自动化技术的主流。

但是现场总线的兴起并没有打破产业巨头的行业垄断，从那时起，以美国、德国和日本为代表的一些主流自动化厂商，纷纷树立自己的门派，在国际标准体系下，构建了自身的协议标准，这里边有两个主流的体系，一个是以美国和日本主要公司为代表的Fieldbus Foundation体系，也被称为基金会现场总线协议体系，另外一个体系就是以德国西门子等公司为代表的Profibus协议。

在这些协议标准之下，各个公司可以进行数据的沟通和交换，但是必须对对方的接口和设备有透彻的了解，依旧在数据的交换和现场管理方面树立了很高的壁垒。用户为了减少麻烦，往往会倾向于购买某一家或者一个协议群体之下的厂家的产品。从那时起，过程控制领域逐渐走向了半开放的模式。同时在用户现场和这些自动化设备的内部，以及自动化设备制造厂商的内部，因为大规模集成电路芯片技术的迅速普及，随着与智能建模，乃至智能识别相关的软件技术的高速发展，一种新兴的控制技术也开始逐步普及，那就是智能控制。传统的回路控制和闭环控制，是依据给定的设计量来完成的，而智能控制是在早期的航天和武器系统中出现的，它强调的是模式识别，以及对过去所收集信息的持续学习的专家系统的建立。

这依赖的是芯片的运算能力和软件技术的持续提升。随着智能控制系统的大行其道，控制技术也开始与生产系统迅速融合在一起，以日本丰田公司和美国福特公司为代表的汽车行业，开始将计算机控制系统和生产系统融合在一起，汽车行业率先推出了柔性制造系统（flexible manufacturesystem，FMS），我们中国在过去20年打造的计算机集成制造系统（computer integrated manufacturingsystem，CIMS），也就是这一过程的代表。

事实上，当今的自动化控制技术，正是沿着这一条道路在迅猛地向前发展，而且与工业互联网的融合开始明显地出现，在这一领域有很多新锐的创新性公司开始涌现，并且做出了非常多的突破式创新。例如，随着芯片自学习能力的提高，以及更优的模式的建立，自动化监控系统可以很好地提高监控效率，并且减少中央计算系统的运算负荷。

这一切都恰恰是工业互联网的重要的技术基础，现在正在出现的人工神经网络和人工智能系统，也是新型的智能控制的一个分支。IBM公司所开发出来的认知学习系统Waston，正在汇集全球医学的信息和数据积累，从而能够在人工诊疗领域，超出任何一个人类个体的学习能力。这些系统一旦用到工业领域，对工业过程控制、生产和库存管理的效用将极大提高，因此在未来基于人工智能的控制和管理，将冲击原有的工业自动化领域，今天的自动化和控制领域的技术，还远远没有达到与我们谈到的信息技术高度融合的地步。

就像应用多年的控制系统还在市场推广的状况一样，究其根本原因无外乎工业系统自身的变革速度比信息技术慢很多，而信息技术企业和该领域的人才在过去20年并没有太关注工业领域。随着工业互联网概念的兴起，那些试图重新构建竞争优势的企业，特别是今天我们处于后发追赶期的中国企业，很有必要快速将互联网时代的技术、软件、人才引进到工业领域，从而触发新的工业革命。

遗憾的是放眼中国，今天兼具如此思维和行动力的自动化领域的企业并不多见。这当然是一个巨大的机会，因为先发者将会占领这个机会的高地。