機器正在覺醒——它渴望邁向智能

人們正在賦予機器智能，的確，機器正在覺醒—它渴望邁向智能，但是，智能是什么？

從本質(zhì)來說，智能是為了應對個性化

很多時候，我們把精力花費在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造的概念討論之上，但是，無論什么樣的技術，我們都必須清楚，它們的本質(zhì)都是“工具”或“方法”，用于解決產(chǎn)業(yè)的實際問題。

從本質(zhì)來說，今天的智能的關鍵是為了應對“個性化”—對于大規(guī)模的標準化生產(chǎn)，在上百年的歷史發(fā)展下，其實，已經(jīng)到了一個極限，成本已經(jīng)低到不能再低，想想在30年前，一瓶礦泉水就已經(jīng)3塊了，那個時候的3塊錢購買力與今天顯然是不同的，90年代的時候，一輛桑塔納都要20多萬人民幣，那個購買力現(xiàn)在夠輛法拉利跑車了，人們享受了制造業(yè)發(fā)展的福利，但是，人們又不滿足于僅僅是那個款式的汽車，服裝最能體現(xiàn)個性化的發(fā)展，因為，在30年前，撞衫不僅發(fā)生在女人之間，還能發(fā)生在男女之間，因為大家都是拿幾個顏色、款式。

圖1-個性化對產(chǎn)業(yè)鏈的需求變化

消費者的個性化需求實際上帶來了對生產(chǎn)線、機器、自動化這個鏈條上的壓力，如圖1所示，因為從質(zhì)量迭代、成本控制、交付能力這三個重要的指標來衡量，個性化都是災難，因此，人們必須借助于各種技術來壓縮生產(chǎn)制造中的浪費：

通過進一步的自動化如機器人、柔性輸送系統(tǒng)，來提高制造端的效率；

通過全局設備連接挖掘中間的耦合潛力；

用機器學習來尋找能源、時間、材料節(jié)省的空間；

智能是讓機器利用人的知識工作

從智能的目標來說，它就是讓機器代替人工作，人把自己的知識、思想傳遞給機器，讓它干活，那么，知識的傳承過程就是如圖2所示，需要對工藝、流程、材料等進行建模，然后測試驗證，最后形成可復用的軟件—知識的復用。

圖2-知識的傳承過程

其實拿人們熱議的人工智能來說，就是建模的一個方向，如果原來我們用幾何推理的演繹法稱為“機理建模”，那么采用對數(shù)據(jù)的擬合、訓練的就是“歸納法”，機理與數(shù)據(jù)驅(qū)動只是兩種不同的建模方法，那么，誰的方法好就用誰的，機理需要大量積累，但可解釋性強，且成本也比較低了，而數(shù)據(jù)方法可以快速形成新的“模型”，但是也有對應的缺點，兩者最好能夠融合，各自發(fā)揮其優(yōu)勢。

越來越復雜的機器電氣傳動控制

200年前的機械裝置，通過水力或者牲畜作為傳動力，到了蒸汽機時代，它的調(diào)節(jié)器也是采用機械的方式來實現(xiàn)，機器的控制基本上依靠手動操作。直到上世紀隨著電氣技術的發(fā)展，才有了繼電器邏輯這樣的控制，電力電子技術也使得調(diào)速電機（變頻器）有了應用。電子計算機的發(fā)展使得PLC在上世紀70年代進入了機器控制領域，到了80年代，有了總線的發(fā)展，隨著伺服電機大量應用，高速高精度的傳動控制對于實時網(wǎng)絡也提出了要求，同時，PC技術與PLC融合，形成了基于PC控制的模式，如貝加萊的可編程計算機控制器（PCC），使得回路調(diào)節(jié)、復雜工藝控制成為了可能，隨著實時以太網(wǎng)的發(fā)展，人們可以將機器、機器人進行協(xié)同，達到整體的協(xié)同控制，而今天，隨著柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的建模、邊緣計算的發(fā)展，面向全局的協(xié)同—不僅僅是控制，而是控制與計算的融合，將信號的任務與生產(chǎn)的協(xié)調(diào)（調(diào)度、優(yōu)化、尋優(yōu)）結合，使得設計、生產(chǎn)、運營整體形成最優(yōu)，機器已經(jīng)不再是僅僅生產(chǎn)，還肩負著為運營管理提供動態(tài)應變的能力、需要為設計反饋數(shù)據(jù)、為企業(yè)發(fā)展提供對環(huán)境動態(tài)響應的應變能力，如圖3所示。

圖3-機器電氣傳動控制的演進

工業(yè)通信的角色演變

在繼電器邏輯時代，都是通過硬接線連接的，接線復雜，維護不便，信號也時常受到干擾，而有了現(xiàn)場總線，接線少了，維護方便，抗干擾增強了，整體來說，就是搭建系統(tǒng)和維護系統(tǒng)的工程成本下降了，到了實時以太網(wǎng)階段，則是因為大量的高速、高精度定位與同步控制、機器人連接到了生產(chǎn)系統(tǒng)中，而到了今天，OPC UA over TSN則是因為，機器要連接至整個生產(chǎn)運營系統(tǒng)中，整體如圖4所示。

圖4-工業(yè)通信的角色與演進

建模仿真與數(shù)字孿生

在今天，數(shù)字孿生很火熱，但是，一切都都必須來自于“建?！?，對于制造而言，其本質(zhì)是對材料的物理和化學的加工過程，那么，需要通過對材料、工藝、流程的建模來實現(xiàn)對變化的應對能力，而數(shù)學則是連接物理和虛擬世界的橋梁，因此，本質(zhì)來說，數(shù)學模型是制造的關鍵，數(shù)字孿生基于建模，但是，增強了“動態(tài)交互”及“全生命周期”耦合方面的需求，也即，數(shù)字孿生正是要求獲得更為全局的生產(chǎn)集成。

圖5-建模仿真的優(yōu)勢

圖6-貝加萊Automation Studio與MapleSIM的數(shù)字接口FMU

歐美的制造業(yè)，來自機械、電氣、工藝領域的廠商都注重模型，今天，智能制造的時代，必須建立“協(xié)同”，因此，Modelica組織構建的FMU/FMI接口為不同的建模仿真軟件形成接口連接能力，使得“協(xié)同”仿真得以實現(xiàn)，這至關重要，因為，智能需要機械、電氣、工藝的融合，不僅在硬件上，在模型、軟件上同樣如此。

在很多時候，我們今天產(chǎn)業(yè)遇到的“工業(yè)軟件”問題，也正是對建模仿真這種基礎的模型的積累不足有關，因此，要想真正的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，必須注重基礎模型的研發(fā)和測試，借助于新的技術，這些變得更加容易。

軟件正在成為競爭的核心

最近兩年時間里，工業(yè)軟件正在成為熱點，這是必然的，工業(yè)軟件是一種知識的封裝和傳承，代表著制造企業(yè)對自身生產(chǎn)制造的深度理解、經(jīng)驗的積累，軟件包括了多種形式的，如貝加萊集成開發(fā)平臺軟件Automation Studio，能夠?qū)⒉煌膶ο蠛腿蝿占?，而工藝軟件則是將生產(chǎn)的材料、流程、工藝建模，形成應對不同生產(chǎn)變化的軟件。

圖7-自動化的軟件價值體系

工業(yè)軟件的內(nèi)涵不僅包含工藝，也包括軟件工程方法，包括模塊化的編程，基于組件的開發(fā)思想，如貝加萊的mapp就是典型的這樣的方法，提高可復用性，降低開發(fā)成本與提高效率，圖7為工業(yè)自動化的軟件價值體系。

自動化企業(yè)的使命是什么？

自動化企業(yè)的工作從來都是沒有變化的，基于產(chǎn)品與技術，通過工程，形成方案，并為用戶創(chuàng)造價值。

圖8是貝加萊—作為一個自動化方案型提供商的角色，而這也正是目前產(chǎn)業(yè)大部分企業(yè)所要走的趨勢，而貝加萊在這條路上已經(jīng)走了數(shù)十年。

01產(chǎn)品與技術構成了方案的基礎

產(chǎn)品是載體，它包括了硬件的產(chǎn)品，如控制、驅(qū)動、柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)ACOPOStrak、ACOPOS系列伺服驅(qū)動器，技術則包括了mapp技術、reACTION、POWERLINK實時通信技術等，這些構成了各種組件，用于配置出一個機器的控制系統(tǒng)硬件組合，以及軟件的架構。

圖8-自動化的使命

02工程師的工程（Engineering）構成方案

工程思維在于通過將問題“解構”為最小的單元，然后對每個單元進行“高內(nèi)聚”、“低耦合”的軟件開發(fā)，然后進行重組為一個整體，形成一個完整的解決方案，并將解決方案標準化，最終實現(xiàn)知識的可復用。

03最終實現(xiàn)使命—為用戶提供價值

自動化技術，并非炫技，誰比誰的CPU快、誰比誰的電機扭矩輸出大，這很重要，但是，不要忘記了我們的使命，為用戶創(chuàng)造價值，這是我們安身立命的根本，基于產(chǎn)品技術，通過工程，形成方案，解決問題。

原文標題：機器的覺醒——機械自動化行業(yè)的發(fā)展趨勢

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責任編輯：haq