瞎扯传统产品使用现场总线技术改造

一、下面的设想是管理升级的副产品

下面设想是为一个原来生产远程探测设备的企业提供咨询时，瞎侃大山得到的。

当时他们邀请我为他们的管理系统改造提供咨询，要求是硬件投资不大。因为得到上级更新改造的预算太少，只能添置一些投资不大的设备和增加一点土建工程。

他们想改造原来生产系统成为一个柔性生产系统，可以同时生产原来的各种远程探测设备，也能生产狙击手系统相关的各种模块。

这个企业技改最大难度是建立一条柔性共线总装线。因为这个企业的生产模式是典型的多品种大批量生产，每一个产品定型后，都面临快速生产列装的任务，但是一旦列装结束，马上就要淘汰旧有生产线，重新建立为新产品总装服务的新生产线，浪费极大。

所以建立一条可以满足大量各种不同产品总装的柔性生产线显然是节省投资成本的好办法。

这个企业建立柔性总装线的主要难题其实不是设备、工装（模具、夹具、工器具）的普适性，而是检测系统和检测平台的通用性和模块化，以及管理技术的通用性，例如作业规范，操作标准，控制制度和运营流程的柔性。

其中标准和规范是整个柔性总装线最基本的要素，而且标准和规范不只是工艺上面的，也包括工作场地布置的模块化和标准化、定额工时管理的模块化和标准化、作业流程的模块化和标准化。例如生产设备和生产线快速组合、测试环境和测试平台快速搭建，工装（模具、夹具和工器具）快速组合，原材物料检测平台和检测手段快速配套等等。

而且柔性也体现在员工上，要求员工能胜任不同的岗位，一人多岗，一岗多能。模块化组成的生产线，必然需要员工能够快速适应生产环境的变化，甚至不经上岗培训就能迅速进入生产程序，能够准确操作，工作效率和产品质量都能符合要求，同时工时和资源浪费减少到最小。

这套系统要正常运转，物流保障系统，后勤供应，仓储管理等等支撑环境也需要升级，从以前以生产车间或分厂为特点配置的分散的小而全模式，升级到企业整体集约化的优化资源配置。

此外还需要设备维修体系升级，不但要自主保养体系，还要加强预防性维修体系，并有抢修体系，不然无法应对频繁更换生产模块的技术要求。

所以这个更新改造最大的挑战还是软件，因为操作规范，作业标准，运营流程和控制制度都要发生改变，这种改变是革命性的，难度极大。这个需要时间来堆。

至于这套柔性生产线改造成功后，生产什么产品，自然也要扯一扯的。

瞎扯的一个结果就出来一个新产品：把强声拒止系统和其他系统用现场总线连接在一起，实现产品升级，甚至飞跃。

下面先做一些名词解释。

二、名词解释

1、强声拒止系统

强声拒止系统，其实形象说法就是声波武器。最早研制的主要目标是为空军机场驱鸟，依靠巨大的飞鸟天敌的声音驱赶飞鸟，保障飞机起降安全。

后来逐步完善功能，用于军舰和海警船驱离海盗（去索马里护航军舰每舰一套）。再后来武警和特警用于代替高压水龙和催泪瓦斯压制群体事件（控制强度到对人体无持续无损伤）。再后来装备军队心理战部队，对敌喊话和心理压制。再后来，救灾体系的远程广播也采用（可以在无线通信和有线通信中断情况下，保障在广播车半径2000米内灾民都能听见广播，其实就是超远程喇叭），当然港口也可以装备，对区域内船只喊话，调度。当然还有其他用途。

这套系统，美国早就列装，但是一切相关技术设备和元器件一直对我国禁运，所以我们不得不自己从核心元器件和核心芯片开始研发。通过我国数学家，物理学家，声学工程师和电子工程师的几年努力，成功研发出主要性能指标超过美国现役装备的系统。当我们研发成功后，美国取消对我们禁运，美国产品大量进入中国。

2、现场总线

简单定义就是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

这套现场总线系统，可以实现一对多双向传输信号，一条传输线可以挂接多个设备，数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去，分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务，不再需要单独的控制器、计算单元等，使中央控制系统体量大幅减轻，保证了可靠性和野战机动性。现场控制设备都具有自诊断功能，并能将故障信息发送至中央控制系统，减轻了维护工作。同时用户拥有高度的系统集成自主权，可以灵活选择进入系统的武器平台，便于灵活执行各种不同作战任务。

这套现场总线是一种将i/o监控系统与信息处理集成于一体的分布式i/o系统，可以兼容多种dcs，plc，人机接口软件和数控系统。且稳定性极强，适于高速及长距离传送，是一种确定性和开放性的，使用于多种总线设备间进行数据传输的高速数据传输总线。同时这套现场总线具有强大的抗干扰性，冗余校验算法先进，一旦校验失败，数据包会被要求重发。

（1）、现场总线硬件模块包括：

★系统硬件模块：系统管理主机、服务器、网关、协议变换器、集线器，用户计算机等及底层智能化仪表。

★传感器模块：传感器模块=传感器+转换器+发射器（甚至可能会有小型的前端数据处理控制器用于）组成阵列。

●传感器：用于测量目标的物理参数。

●转换器：将测量所得的电学/非电学测量值转换为可用的电信号。

●发射器：负责控制系统中的电信号的发送。

★控制器模块：为整个控制系统提供控制逻辑与输入输出接口。控制器模块=数据接口+控制器+监控系统。数据接口连接传感器模块（传感器+转转换器+发射器阵列）。不过目前可编程逻辑控制器通常集成了发射器与控制器。

★执行器模块：用于控制器给出的控制指令的具体实施，例如开关、前进后退、旋转等等。包括各种数控系统（伺服器+减速器+滑轨+步进电机等等）；各种数控开关；各种数控阀门等等。

★通信网络模块：这是一个以太网，使用ISO和TCP/IP 通讯协议，10/100M 自适应传输速率，可构成星型、线型和环型拓扑结构，高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3 秒,在不使用中继器的情况下最长通信距离可达XXkm,一条总线上最多可连接XX台设备，包括计算机、PLC/DCS和其它设备。本地背板安装，是即插即用网络,具有故障自诊断功能，易于网络的编程与组态,网络为模块式结构，可根据需要进行扩展，不影响已建成和正在运行的部分。

●连接部件：快速连接插座，电信号交换机，光纤交换机和光纤电信号转换模块。

●通信介质：屏蔽双绞线和光纤。

●以太网通讯处理器：用于将PLC和PG/PC连接到以太网。

现场总线控制系统由控制系统、测量系统、管理系统三个部分组成。

（2）、现场总线软件模块包括：

★现场总线控制系统：包括组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。

通过组态软件，选定功能块参数，控制操作人机接口软件，完成功能块之间的连接，进行网络组态。在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

★现场总线测量系统：主要控制各种测量仪表行为模式，有优化其运行模式，实现测量仪表高分辨率，高准确性、抗干扰、抗畸变能力和稳定运行。测量就是通过仪表获取传感器阵列数据，并将其作为下一步处理的输入或直接作为输出。

★设备管理系统：是现场设备的综合管理信息系统，提供设备（包括智能仪表）运营过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息，并进行监控、预警和优化。并实现设备的可靠性分析以及预测性维护。

★数据库：能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。（系统在运行过程中参数连续变化，数据量大，操作与控制的实时性要求很高。因此需要一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据库系统）。

三、改进的思路

这套系统的改进，是美国人最先实现的。最早是寻找狙击手的定位系统，后来发展成低空、高亚音速、隐形目标定位系统（其实就是巡航导弹，无人机和武装直升机定位系统）。

狙击手定位系统就是把强声拒止系统的大功率扬声器改为超高灵敏度拾音器，用强声拒止系统的声波信号聚能调制技术（本质就是把需要的频率进行叠加放大，不需要频率缩小删除），对超高灵敏度拾音器阵列获取的声波进行聚能调制，然后用声音频谱分析，再用相控阵技术定位测量技术（各个不同拾音器的声波强度和频率漂移不同），进行精确定位。这套系统主要用于安保单位通过声波寻找狙击手位置，在美国特工安保部门已经普遍使用。

低空低速目标定位系统是对雷达隐身目标或低空低速躲避雷达探测的目标定位（例如巡航导弹、武装直升机和无人机之类），再结合上传统防空武器阵列（例如1130速射炮，H10近距防空导弹和H16中距防空导弹）和强激光阵列，成为一个完善的打击巡航导弹和无人机武器体系。

这套系统包括预警模块、信号拦截模块、滤波模块、系统识别模块、参数估计模块、最优控制模块和中央控制系统几部分。

预警模块主要是接收预警阵列（也包括部分雷达阵列）的信息，初步分析潜在威胁目标的方位、速度、距离、类型和威胁程度，然后把信息传输给中央控制系统，中央控制系统根据预警信息进行计算，决定是否启动信号拦截模块。

信号拦截模块是一个声波接收阵列（灵敏度极高的拾音器阵列）聚能系统，根据中央控制系统指令，对潜在目标进行聚能扫描，获取高度，速度，位置，类型，运行轨迹，信号特征等等数据，进行初步整理后传输给滤波模块。

滤波模块主要是过滤潜在目标附加的杂波和环境干扰信息，还原真实信息。是一个大型信号处理系统。滤波完成的信息传输给系统辨识模块。

系统辨识模块有一个特殊的数学模型+大型信号数据库，可以精确辨识潜在目标型号，并计算出方位，高度，轨迹等等射击诸元，传颂给最优控制系统。

最优控制系统是一个多目标优化控制模型，可以确定攻击武器阵列的最优网络优化计算，向中央控制系统传输最优攻击指令和在线控制指令。

中央控制系统协同各模块工作，分配各模块任务，并负责向攻击阵列发出指令。

各模块有热备份，能够抗击敌人大规模电磁攻击，并对电子毁伤有处置预案。

各模块要求在战损出现时能够快速撤换，而且要求高度集成，目前是分别集成在越野机动性很好的装甲车上，集成包括电源系统，冷却系统，设备系统。

上述模块均有现成产品，只需要利用现场总线技术集成即可。

这套系统主要用于要地抗击巡航导弹和无人机攻击。例如后勤基地，电站，油库，交通枢纽，通信中心，人员集结地等等（保护半径XX公里）。当然升级后，也能为主要城市提供防护保障（其实就是把若干套系统简单蜂窝式布局，再连接到一个统一的指挥控制中心即可）。

这套系统功能很复杂，技术也很高级，但是从制造的角度，并不比生产一台计算机或雷达更复杂。当然技术指标和质量指标比民用计算机要高得多，例如需要在各种极端条件下连续工作，不管是雷暴，还是强电磁干扰，暴雨，还是饱和战场轰炸，高盐，高湿，高温，低温，风沙，颠簸等等，都必须稳定工作。

以上内容，纯属技术讨论，并非实际，不要过分意淫。

用这个例子我想说的是：产品升级是需要管理技术来支撑的，管理技术达不到，产品很难升级。

所以某种程度上，产业升级，必须优先把管理技术升级。

这大概就是我的信念：可行性优先于必要性的一个例子。