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隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的熱炒,，使得自動(dòng)化在其中扮演了一個(gè)越發(fā)有意思的角色，一些缺乏對(duì)制造現(xiàn)場(chǎng)了解的人總是會(huì)把PLC理解為就是做邏輯控制的,，而且提起現(xiàn)場(chǎng)總線總是CAN,、Modbus等，似乎自動(dòng)化是一個(gè)“傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”,，一個(gè)已經(jīng)過(guò)去的時(shí)代,，人們喜歡用自動(dòng)化、信息化,、智能化來(lái)為智能制造進(jìn)行“斷代”來(lái)闡述其關(guān)系,，然而，事實(shí)卻并非如此—因?yàn)?，自?dòng)化是一個(gè)不斷在進(jìn)步的領(lǐng)域,，而且，它是一個(gè)純粹的應(yīng)用產(chǎn)業(yè),，它所有的創(chuàng)新源泉來(lái)自于“客戶需求”,。

今天，我們有必要重新梳理自動(dòng)化——它不僅是控制,、也包括了邊緣計(jì)算的融合,、數(shù)字孿生、機(jī)器學(xué)習(xí)的融合，成為整個(gè)制造的基礎(chǔ)與核心構(gòu)成,。

1,、開放互聯(lián)

開放互聯(lián)成為必然趨勢(shì)，在經(jīng)歷了現(xiàn)場(chǎng)總線,、實(shí)時(shí)以太網(wǎng),，自動(dòng)化的開放互聯(lián)正邁入OPC UA over TSN的時(shí)代。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)遇到的大的挑戰(zhàn)在于“連接”問(wèn)題,，復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線和各種協(xié)議使得IT訪問(wèn)OT變得異常困難,，不經(jīng)濟(jì)，成為了推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大障礙,。

OPC UA是一個(gè)推行“普通話”的過(guò)程,，它使得各家不同廠商的控制器可以被采用統(tǒng)一語(yǔ)言,，而TSN則扮演著“同聲傳譯”的角色,。

圖1-基于OPC UA的制造業(yè)信息集成

目前整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的主流廠商、ICT廠商如華為,、CISCO等均以開發(fā)了基于TSN的解決方案,，即將進(jìn)入批量運(yùn)營(yíng)階段。

如圖1所示,，OPC UA為整個(gè)智能工廠提供了在上下游供應(yīng)鏈,、車間橫向設(shè)備間的集成，也完成從傳感器到云端的垂直連接,，更為重要在于OPC UA信息模型為軟件的開發(fā)提供了保障,，大幅降低工業(yè)互聯(lián)的工程成本。

2.柔性制造

無(wú)論談?wù)撝悄苤圃?、工業(yè)4.0還是所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng),，其實(shí)，本質(zhì)都是通過(guò)信息的采集,，實(shí)現(xiàn)全局的制造效率提升,，響應(yīng)“大規(guī)模定制”中的高品質(zhì)、低成本要求,。

但是,，在底層執(zhí)行中，會(huì)遇到一個(gè)“機(jī)械”的剛性連接障礙,，因此,，為了解決這個(gè)問(wèn)題，各家主流自動(dòng)化廠商均推出了柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng),，如圖2的ACOPOStrak,，它帶來(lái)的改變?cè)谟冢?/span>

（1）傳統(tǒng)的產(chǎn)線復(fù)雜性、精度、柔性問(wèn)題被解決,；

（2）滿足個(gè)性化定制的生產(chǎn)需求,。

圖2-可支持匯流與分流的ACOPOStrak柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)

它本身代表著電氣控制向機(jī)械的延展，運(yùn)動(dòng)控制邁入了機(jī)電軟一體化時(shí)代,。

3.邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算主要聚焦于進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,、連接，并在邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)線,、工廠的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度,、優(yōu)化、策略問(wèn)題的解決,，自動(dòng)化廠商在原有架構(gòu)上融合新的Web技術(shù),、云連接技術(shù)，將這些任務(wù)以分布式形式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的構(gòu)架,。

圖3-邊緣計(jì)算軟件與硬件擴(kuò)展架構(gòu)

自動(dòng)化廠商積極的融合IT技術(shù),，解決現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題，作為一個(gè)銜接制造現(xiàn)場(chǎng)和IT的中間層,，邊緣計(jì)算解決了本地的設(shè)備集成,、OEE計(jì)算、能源計(jì)量,、運(yùn)營(yíng)維護(hù),、品質(zhì)管理的功能。

通過(guò)OPC UA,，自動(dòng)化系統(tǒng)可以與來(lái)自開放世界的各種邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)開放連接,，發(fā)揮各自的能力，包括與云端服務(wù)的對(duì)接,，自動(dòng)化可以為其提供基礎(chǔ)的制造現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),，以及預(yù)先處理好的結(jié)構(gòu)化信息。

4.機(jī)器學(xué)習(xí)

今天,，我們討論機(jī)器人工智能,，然而，工程本身就是數(shù)學(xué)問(wèn)題,，在1931年,，科爾莫哥洛夫發(fā)表了統(tǒng)計(jì)學(xué)和隨機(jī)過(guò)程方面的《概率論中的分析方法》，它奠定了馬爾科夫過(guò)程的理論基礎(chǔ)—它成為信息論,、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)科學(xué)工具,，然而，數(shù)問(wèn)題可以轉(zhuǎn)換為軟件問(wèn)題,，首先在數(shù)學(xué)工具上可行,，那么軟件才具有可行性,，接著是實(shí)現(xiàn)—是否有足夠的計(jì)算能力，以及如何與對(duì)象結(jié)合,。

事實(shí)上,，在早期的控制器即可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，例如,，貝加萊在90年代初即推出基于pSOS+定性分時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng),，已經(jīng)可以支持語(yǔ)言的編程，今天的PLC已經(jīng)可以直接運(yùn)行基于C/C++等語(yǔ)言開發(fā)的程序,，基于PC架構(gòu)的控制器可以通過(guò)多種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí),、人工智能的算法運(yùn)行。

圖4-機(jī)器學(xué)習(xí)可以直接運(yùn)行于PLC

實(shí)際上,，機(jī)器學(xué)習(xí)并非那么神秘,，簡(jiǎn)單說(shuō)，自動(dòng)化系統(tǒng)大的優(yōu)勢(shì)在于已有的機(jī)器控制模型,，在這個(gè)模型上加一個(gè)觀測(cè)器,，采用成本函數(shù)對(duì)其進(jìn)行約束，在非線性階段對(duì)其進(jìn)行“學(xué)習(xí)”,，而學(xué)習(xí)是一個(gè)數(shù)學(xué)意義上的概念,，只要數(shù)學(xué)上有模型,，即可編程,，并運(yùn)行于控制器上。對(duì)于更為復(fù)雜的學(xué)習(xí),，其同樣是可以在控制器上編程的,，很多人理解的PLC是邏輯控制，但是,，像貝加萊的控制器早已可以采用語(yǔ)言編程—這件事情20多年前就可以了,。

圖5-通過(guò)Hypervisor技術(shù)實(shí)現(xiàn)多核任務(wù)處理

對(duì)于一些簡(jiǎn)單的機(jī)器學(xué)習(xí)而言直接在PLC上即可運(yùn)行，同時(shí),，在貝加萊新的Hypervisor技術(shù),，可以將PCI標(biāo)準(zhǔn)的AI加速卡插入，由Windows對(duì)其進(jìn)行處理,，并同時(shí)并行運(yùn)行RTOS來(lái)與物理被控對(duì)象連接,，可以直接在一個(gè)架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與對(duì)象的直接交互。

5.軟件定義智能

自動(dòng)化的確正在成為一個(gè)軟件行業(yè),，因?yàn)?，智能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的修改即可實(shí)現(xiàn)復(fù)用,，而且,，軟件本身在智能制造中的角色也變得更為復(fù)雜,，我們會(huì)驚奇的發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化行業(yè)里*的軟件,，無(wú)論是RTOS還是集成開發(fā)環(huán)境如Automation Studio,，還是針對(duì)行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化PLCopen庫(kù)、以及為了實(shí)現(xiàn)開放互聯(lián)的Web服務(wù)器集成,。

圖6-自動(dòng)化軟件價(jià)值體系

軟件正在成為自動(dòng)化行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力—數(shù)十年于各個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的積累,，并且在未來(lái)，這些積累的控制對(duì)象與模型成為知識(shí)集成的基礎(chǔ),，也為數(shù)據(jù)分析與人工智能奠定基礎(chǔ),。

6.機(jī)器視覺(jué)

隨著生產(chǎn)的集成，自動(dòng)化正在將視覺(jué)系統(tǒng)也納入到其架構(gòu)中,，在2018年,，貝加萊即推出“集成視覺(jué)”，這個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)將機(jī)器的邏輯,、運(yùn)動(dòng)控制與視覺(jué)感知在統(tǒng)一架構(gòu)下進(jìn)行編程開發(fā),，實(shí)現(xiàn)為直接的同步，并且,，解決由于傳統(tǒng)視覺(jué)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的“通信連接”,、“配置”、“編程”的壁壘,，這帶來(lái)很多好處：

?無(wú)需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置,；

?可以無(wú)縫的軟件變量耦合；

?可以別的實(shí)現(xiàn)同步關(guān)系,；

?避免多個(gè)軟件的銜接影響各自性能的發(fā)揮,。

圖7-集成機(jī)器視覺(jué)

集成視覺(jué)為機(jī)器與產(chǎn)線協(xié)同提供了為有效的改善，這將成為未來(lái)視覺(jué)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì),。

7.建模仿真 

個(gè)性化制造大的挑戰(zhàn)在于“開機(jī)浪費(fèi)”,、“測(cè)試驗(yàn)證”中的浪費(fèi)，這往往是一個(gè)燒錢的過(guò)程,，因此,，在過(guò)去的數(shù)十年里，建模仿真技術(shù)一直應(yīng)用于機(jī)器與系統(tǒng)開發(fā),，然而在過(guò)去,，仿真后的程序又需要復(fù)雜的過(guò)程才能實(shí)現(xiàn)在控制器上的運(yùn)行，而自2008年Mathworks推出基于C代碼自動(dòng)生成的工具,，貝加萊Automation Studio即可實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)入,，這樣可以直接在控制器上運(yùn)行自動(dòng)代碼。

另外,，通過(guò)與MapSim通過(guò)FMI接口,，實(shí)現(xiàn)機(jī)械,、電氣控制的協(xié)同仿真，這樣的方式可以讓機(jī)電一體化更為緊密的結(jié)合,，在系統(tǒng)中對(duì)傳動(dòng)鏈,、控制邏輯與對(duì)象進(jìn)行融合，并實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中的測(cè)試驗(yàn)證,。

 圖8-基于數(shù)字孿生設(shè)計(jì)的ACOPOStrak應(yīng)用

建模仿真也構(gòu)成了今天“數(shù)字孿生”概念的核心部分,，在圖8中，通過(guò)MapSim的建?？梢耘c控制對(duì)象的模型進(jìn)行交互,，并通過(guò)Scene Viewer實(shí)現(xiàn)三維呈現(xiàn)，可以直接在控制器上運(yùn)行并反饋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際傳感器回饋數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字與物理對(duì)象的交互,，為早期驗(yàn)證與虛擬調(diào)試提供便利。

建模仿真是一種創(chuàng)新性的開發(fā)方法,，在今天,，我們?cè)絹?lái)越多的應(yīng)用這些方法來(lái)解決很多產(chǎn)業(yè)問(wèn)題：

（1）早期驗(yàn)證與測(cè)試，虛擬調(diào)試,，大程度降低測(cè)試驗(yàn)證成本,；

（2）開發(fā)可復(fù)用的軟件模塊，降低系統(tǒng)開發(fā)成本,；

（3）通過(guò)自動(dòng)代碼生成降低開發(fā)成本,。

……

自動(dòng)化顯然已經(jīng)不是那個(gè)自動(dòng)化，然而,，自動(dòng)化永遠(yuǎn)都是以“用戶為中心”的產(chǎn)業(yè),，開放連接,、集成各種領(lǐng)域知識(shí),，一切都是為了讓制造業(yè)的用戶體會(huì)到“質(zhì)量的不斷提高”、“成本的不斷下降”,、“快速交付”,，以及今天更為“個(gè)性化定制”的需求。