作者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径

作者
丁研：和利时系统架构师， OPC基金会（中国）技术专家
前言
自动化是上世纪六七十年代开始推广，并持续发展至今的技术与产业体系。在实践过程中，业界的参与者也在不断的对自动化的特点进行总结，并从不同视角出发，给出各自的解读。在最终用户层面，自动化是一套可以使机器与生产系统自行运转、且可以人为干预执行过程的生产工具；在工程师眼中，自动化是一类可感知物理环境变化，并完成决策与任务执行的嵌入式系统，以及一套开发嵌入式程序的开发工具；在智能制造体系中，自动化是工业物联网、数字孪生、两化融合的基础支撑技术，同时也是德国工业4.0顶层设计体系的重要组成部分。
虽然在特征、应用场景等方面已经达成了广泛的共识，但至今为止，业界依然无法对自动化的功能范围和技术构成，给出明确的界定。造成这一现象的原因，并不在于这项技术中有多么高深的理论，而是因为自动化技术本身，便是一套不断在演化的体系。
从功能角度讲，如今的自动化已经由执行简单重复任务的控制终端，演变为网络化、智能化的数字系统，而柔性产线、协作机器人、增材制造、过程优化等系统的出现，则成为先进自动化技术的典型代表。同时，自动化技术的使用范围，早也不局限于工厂内的生产环节，在能源（发电、配电、开采）、交通（轨道信号系统）、物流（物流自动化、港口装备）、建筑（工程机械、楼宇自动化）、医疗（医疗设备）等领域广泛应用，甚至餐饮的厨房自动化、服务机器人等也有了新的阵地。
从技术角度看，自动化也在不断的融入新的技术。在感知层面，自动化系统的能力已由传感器、仪器仪表的集成，扩展到对机器视觉、3D激光成像、标识（二维码/RFID）等新型感知终端的整合；在网络层面，自动化的通讯功能也由早期的现场总线、工业以太网、工业无线，延伸到了如今的工业互联网(TCP/HTTP/TSN/5G)；在软件层面，自动化则从控制程序的载体，演化为具备边缘计算、数字孪生等能力的现代软件系统。新技术的发展为自动化的进步创造了外部条件，而市场需求的变化，以及来自工程应用的反馈，则是促使自动化不断迭代升级的原动力。可以说， “自动化是一项因用而生的技术” 。
本文将重点从“用”的角度出发，阐述自动化（软件工程）技术与产业的发展历程。
控制电路-控制系统的早期形态

图1控制电路的开发流程
在上世纪50 ， 60年代，为了实现汽车的大规模生产，汽车厂商开始在流水线上引入控制系统。但与那个年代的收音机、计算器类似，控制系统的功能主要是靠电子电路来实现的。
电路工程师是电子电路的主要设计与开发者，而他们的日常工作主要是：
·在设计阶段，根据功能需求，画出相应的电路图纸；在图纸中，会包括各个型号的电路元件，以及它们的布局与连线关系；
·在开发阶段，工程师负责根据图纸，将一个个元器件安装到电路板上，并把它们连接在一起；经过上述流程，便形成了一个叫“控制逻辑”的功能单元；
·在验证阶段，工程师需要通过电表的读数，对各个电路模块的输入输出进行逐一测试，从而确保功能与需求的一致性；
·当出现问题时，就需要对电路进行重新设计与开发，并重复上述的步骤；
从如今的技术发展水平去看，控制电路开发模式的缺点是十分明显的，一旦元器件布局被固化，功能便无法再进行修改。这就好像是在用毛笔字写长篇小说，不但费力，而且一旦出错，就不得不换张纸重新写。

作 者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径

作者丁研：和利时系统架构师|自动化的演化路径