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绿色智能制造技术发展与融合

亿欧网 2023-10-08 13:38 发布于北京 发文

本报告重点分析在碳中和背景下,工业制造智能技术融 合、应用场景落地和服务商生态化合作的现状与未来趋 势。绿色智能制造将由顶层规划自上而下驱动,对信息技 术(IT)、运营技术(OT)、通信技术(CT)、数字技术(DT)、 能源技术(ET)进行融合,整合供应链资源构建生态合作体 系,绿色智能制造解决方案将满足更多场景需求,从而创 建智能化且可持续的未来工业。

绿色智能制造技术发展与融合

绿色智能制造技术成熟路径与中外差异

绿色智能制造技术在21世纪后进入快速发展阶段,从应用角度看,目前我国在OT领域上有一定差距,在其他4T方面,目前已经与欧美几乎站在同一起跑线。

从5T技术发展时间看,OT技术发展较早,普遍在90s之前基本成熟;以工业软件为代表的IT技术跟随着OT技术进入成熟;基于IT技术的DT技术在2010年前后得到较大的应用;CT与ET技术发展依托于IT、DT、OT技术发展与绿色生产两者产生的新诉求。

在应用方面,我国与欧美国家在OT领域有一定的差距,但在其他4T方面已经几乎平行。OT技术和欧美差距在五种技术中最大,但中国借助体量带来的数据、知识积累,通过不断迭代,有望追上世界前沿的步伐;中国在IT技术的应用位于世界前列,通过新技术解决旧问题的期望持续推动前沿科技的应用落地;中国在数据技术方面对算法的研究目前还有一定欠缺,但中国在大数据及数据挖掘层面存在明显优势;得益于对以5G为代表通信基础技术的重视,中国在通信技术方面的应用位于前列,与欧美几乎没有差距;依托于电力技术,比如新能源及特高压的积累,我国对于技术应用处于前列,但在虚拟电厂、分布式储能等技术中略显不足。

绿色智能制造5T技术分析—OT技术(运营技术)

OT技术是实现对企业资源、体系、流程、工艺及事件的全面管控,覆盖企业运营的各个方面,其中包含生产运营、 能源运营、设备资产运营、服务运营。OT技术将硬件技术软件化、自动化技术数字化,同时进行技术标准化。

近年来传统行业(电力、石油化工等)景气度下降与新兴行业(新能源、汽车、集成电路等)迸发对OT技术的需求 形成对冲,整体来看,现代制造业对OT技术的进步提出更高要求,OT与IT的融合才可以深度挖掘需求及生产规划 ,助其更好发展。

主要优势:

OT和IT技术融合主要能降低工业成本和过程风险,优化工业业务流程以及提高数据的可访问性,同时降低技术迭代 难度。IT软硬件可以便捷地访问OT设备及其运行数据,另一方面,IT的云技术和数字孪生等新技术,提高OT工业 设备和数据的可访问性、稳定性和流动性,同时减少工厂服务器,易于实施更新。此外,OT系统通过IT基础设施, 与DT等技术融合,利用各种算法模型有效开展风险边界预估,降低工业组织的潜在风险。

主要挑战:

科技是双刃剑,OT和IT的融合也存在着一定的难点和挑战,一方面OT与IT融合带来了诸如外部攻击、内部恶意漏 洞、错误操作等潜在安全风险;另一方面OT软硬件自设计初衷,都是与网络隔离的,因此不会考虑到来自外部的网 络安全威胁,联网之后,SCADA、PLC等面临的安全风险也趋于显现。其中风险具体表现有:PLC——面临自助保 障和信息安全的问题,且自身扫描式工作的设计存在误读可能性;RTU——较多采用嵌入式实时操作系统,存在漏洞 及缺乏安全监控和防护机制。同时通信协议以明文方式进行传输,容易被监听和攻击;SCADA系统——启动后将长 期运行,很难及时修复漏洞,同时会面临未授权访问等问题,另外所在计算机被感染病毒甚至会扩散影响至RTU¹。

从应⽤⻆度分析,国内重要OT技术为: 

PLC——在自动化升级和智能制造逻辑下,PLC在中国的应用愈发广泛,其中在新能源、环保等新兴行业突破较多;SCADA——目前第三代SCADA体系(网络化)是我国应用较为广泛的体系,以电力、冶金等行业应用为主。未来第 四代体系将会与互联网、神经网络、嵌入式体系、数据库等集合,满足安全、经济运转及商业化需求;DCS——受电力、建材、石油化工行业影响,近几年的应用有所下降;CNC——由于高精尖制造需求的提升,CNC近几年在汽车船舶、国防军工、机械制造、石油化工等行业应用较多;机器人——中国机器人装机量在2020年占据全球总量44%,用工成本上升、产业升级、规模效应凸显等逻辑支撑机器人行业中长期内将会维持高速增长。目前主要的应用场景有汽车、3C电子、金属制造、锂电、食品等领域。

绿色智能制造5T技术分析—IT技术(信息技术)

IT技术(Information technology)是智能制造融合基础,推动工厂走向全面绿色智能制造。智能制造的IT技术包 含支持企业功能的系统,例如人力、财务、供应链等,这些系统具有跨行业的通用性。IT技术作为基础,与其他4T 融合推动工厂智能化改造。 

目前IT技术以生产设计类、运营管理类、运维服务类这三类工业软件为基础推动工厂: 

一、数字化——对设备进行数字化赋能或利用数字化生产设备,提高生产效率,此外生产与运营各环节采用数字化 的管理方式,告别纸质文档管理方式; 

二、网络化——将原本独立的各个工业系统进行网络化连接,使其具备统一操作性,实现工业生产要素、各个生产环节的互联互通,提升使用主体效率; 

三、智能化——利用人工智能、大数据等技术,实现单点或简单流程智能化,实现生产制造设备、系统的智能感知 、智能决策,并最终实现智能执行。

从应用角度分析,国内重要IT技术为: 

ERP——源于企业对管理水平的日益重视。由于近两年竞争愈发激烈,企业数字化转型需求不断拉高,18-19年放 缓的ERP增速于2021年重新回到两位数增幅,为近5年新高。目前ERP软件主要应用于制造业、电力、石油化工等行业。 

超级计算机——中国目前的算力在TOP500榜单上占据34.6%的份额。超算的主要应用领域在国防、气象、石油勘探及大型基础设施项目,但近年来,得益于计算成本的降低,应用场景下沉到互联网、金融、制造业等领域。以制造业为例,广汽、小鹏及中国商飞项目在设计方面受到超算赋能,快速优化了产品性能,减少研发成本。 

CAD、CAE、CAM——应用广泛,目前主要在制造业和重工业应用较多,例如建筑设计、工程机械、能源化工等行业。研发设计类工业软件需要基础科学研究及交叉型的研发人才,目前国产化进度一般。

以下是报告节选正文内容:

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