今天，智能制造給出了“智能”多重的定義，但是，如果換個(gè)視角，僅僅從用戶的角度來(lái)講智能，那么可以把所有的智能總結(jié)為一句話：“智能化=簡(jiǎn)單高效的實(shí)現(xiàn)靈活的制造應(yīng)用”。

    對(duì)于用戶而言，搭建什么樣的體系架構(gòu)、采用什么樣的智能算法亦或模型都是次要問(wèn)題，如何在個(gè)性化時(shí)代，響應(yīng)客戶個(gè)性化的需求，高品質(zhì)而低成本地生產(chǎn)出滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求的產(chǎn)品才是問(wèn)題的本質(zhì)。

個(gè)性化的體現(xiàn)

    個(gè)性化在于差異，人們可以在超市看到琳瑯滿目的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的可口可樂(lè)單一的標(biāo)簽為個(gè)性化的標(biāo)簽所代替，以適應(yīng)年輕人的個(gè)性化喜好，包括通過(guò)App來(lái)定制西裝這樣的需求、個(gè)性化的冰箱已經(jīng)不稀奇，為了贏得消費(fèi)者，生產(chǎn)制造商開(kāi)發(fā)了各種產(chǎn)品，然而，這些都對(duì)傳統(tǒng)的制造帶來(lái)了挑戰(zhàn)，包括機(jī)器如何適應(yīng)這種變化，需要更為有效的技術(shù)支撐。

軟件是智能的最集中體現(xiàn)

    對(duì)于生產(chǎn)制造而言，首先是機(jī)器的智能生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)，而從各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是包裝、塑料、印刷工業(yè)都可以看到，軟件才是“智能化”的關(guān)鍵，例如：在注塑機(jī)里，為了適應(yīng)各種需求，通過(guò)模塊化軟件設(shè)計(jì)，可以為不同的機(jī)型如油壓注塑機(jī)、電液混合型、全電動(dòng)、立式注塑機(jī)配置了不同的軟件，僅通過(guò)參數(shù)設(shè)置即可適應(yīng)不同的注塑生產(chǎn)，而包裝后道的裁切僅通過(guò)參數(shù)設(shè)置即可讓電子凸輪裁切進(jìn)行匹配生產(chǎn)，硬件系統(tǒng)往往是通用的，而差異來(lái)自于不同行業(yè)的工業(yè)Know-How軟件的差異，也因此，產(chǎn)業(yè)界都認(rèn)同軟件才是未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。

軟件定義機(jī)器智能

    而對(duì)于機(jī)器的智能，軟件又分為多個(gè)方向的集成能力，首先，得有一個(gè)集成平臺(tái)，才讓它們能夠?qū)崿F(xiàn)在垂直和水平方向的智能集成，以貝加萊的AutomationStudio為例，它為機(jī)器智能化提供了基礎(chǔ)平臺(tái)保障。圖1描述了在該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能的多個(gè)方面。

圖1機(jī)器智能化的幾個(gè)方面

（1）IIoT融合接口支撐

    如果控制的智能是基于“信號(hào)”，因此，對(duì)于AutomationStudio而言可以通過(guò)對(duì)PLC、Motion進(jìn)行機(jī)器的模塊化軟件集成來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式運(yùn)動(dòng)控制，以及軟件的分布式，而對(duì)于計(jì)算（Computing）--基于“信息”的策略與優(yōu)化問(wèn)題，AutomationStudio提供了標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)的接口支撐，包括OPCUA，以及在OPCUA基礎(chǔ)上針對(duì)塑料機(jī)械領(lǐng)域的Euromap77、Euromap67，以及未來(lái)的Euromap79，針對(duì)包裝工業(yè)的PackML，這些垂直行業(yè)的信息模型使得機(jī)器數(shù)據(jù)與MES/ERP以及各種智能系統(tǒng)、IIoT數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行接口，并實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、工藝參數(shù)、能耗等的優(yōu)化。

（2）建模仿真

    對(duì)于每個(gè)機(jī)器而言，都會(huì)有其內(nèi)在的工藝建模需求—這才能讓機(jī)器更為簡(jiǎn)便的接受不同的生產(chǎn)任務(wù)，例如：對(duì)于灌裝系統(tǒng)而言，每個(gè)批次的灌裝會(huì)有不同的邏輯處理、不同規(guī)格的瓶型會(huì)需要不同的灌裝曲線、針對(duì)不同的速度需要不同的運(yùn)動(dòng)控制間的協(xié)調(diào)，灌裝單元與前道的吹瓶、后道的旋蓋、貼標(biāo)、膜包都有關(guān)聯(lián)關(guān)系，這些關(guān)系可以通過(guò)統(tǒng)一的建模，在軟件上形成其內(nèi)在的控制模型，當(dāng)瓶型、速度、液體等變化時(shí)，系統(tǒng)仍然具有自我適應(yīng)能力，而無(wú)需人員進(jìn)行重新的編程或者調(diào)校。

    如圖2所示，基于AutomationStudio平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的各種控制如薄膜材料卷繞張力控制、注塑機(jī)的液壓、溫度控制等，而仿真軟件可以是MapleSoft、MATLAB/Simulink、Virtuos等，然后通過(guò)代碼自動(dòng)生產(chǎn)以及與AutomationStudio的自動(dòng)導(dǎo)入直接下載到控制器、驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能算法的開(kāi)發(fā)。

圖2仿真建模的應(yīng)用架構(gòu)

    對(duì)于每個(gè)行業(yè)而言，其智能都必須考慮復(fù)雜的生產(chǎn)個(gè)性化變化，進(jìn)而能夠針對(duì)這些變化形成最佳的工藝路徑，以及從生產(chǎn)系統(tǒng)接受任務(wù)來(lái)計(jì)算機(jī)器本身的最佳工藝參數(shù)。

（3）機(jī)電一體化融合

    智能產(chǎn)線中運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人扮演非常重要的角色，因?yàn)樗鼈兪菍?shí)現(xiàn)智能化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而另一方面，從軟件的角度而言，它們也關(guān)系到對(duì)MES的反饋，并接受來(lái)自生產(chǎn)指令，因此，今天的智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)肩負(fù)“柔性”的重任，例如：對(duì)于注塑機(jī)，機(jī)器人配合已經(jīng)成為了機(jī)器人第三大應(yīng)用場(chǎng)景（來(lái)自IFR統(tǒng)計(jì)），而對(duì)機(jī)器人與工藝設(shè)備的集成而言，傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)遇到障礙，而對(duì)于基于PLCopenPartIV協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制編程的自動(dòng)化系統(tǒng)而言，注塑機(jī)的控制與機(jī)器人是可以完全在同一架構(gòu)下完美匹配的。

圖3注塑機(jī)與機(jī)器人的應(yīng)用集成

    圖4則是一款最新設(shè)計(jì)的稱為SuperTrak的貝加萊柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)，它可以將注塑機(jī)、機(jī)械手、輸送、輔助加工進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)最大靈活性的生產(chǎn)。

圖4機(jī)-電-軟一體化的SuperTrak集成

（4）知識(shí)自動(dòng)化

    軟件開(kāi)發(fā)軟件、智能機(jī)器的軟件開(kāi)發(fā)可以基于軟件復(fù)用來(lái)提高效率，而將領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行封裝成組件模塊，重復(fù)利用本身也是“知識(shí)自動(dòng)化”的范疇，知識(shí)自動(dòng)化是智能化重要的構(gòu)成，這樣可以讓機(jī)器快速的適應(yīng)生產(chǎn)，而無(wú)需復(fù)雜的編碼、測(cè)試過(guò)程。

    貝加萊的mappPLASTIC就是為塑料工業(yè)所開(kāi)發(fā)的，如圖5-mapp將機(jī)器分為機(jī)電一體化對(duì)象（機(jī)器人、軸控、軸組、液壓的控制），射膠、熔膠、開(kāi)合模、保壓等專用的注塑機(jī)控制行業(yè)專用模塊，再加上基礎(chǔ)的文件、配方、報(bào)警等管理，可以快速的為注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)油壓、伺服泵、全電動(dòng)注塑機(jī)，以及注塑機(jī)與機(jī)械手、關(guān)節(jié)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人的整體智能制造單元的集成。

圖5貝加萊基于mapp的注塑機(jī)開(kāi)發(fā)

圖6塑料工廠智能集成應(yīng)用場(chǎng)景

（5）通信互聯(lián)

    總線技術(shù)讓系統(tǒng)更為智能在于它可以獲取更多的參數(shù)，除了信號(hào)之外，可以為機(jī)器提供維護(hù)、使用時(shí)間累計(jì)、當(dāng)前狀態(tài)、故障記錄等。而實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)則讓生產(chǎn)變得更為高效—快速的切換工藝，當(dāng)生產(chǎn)的工藝發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)高速的以太網(wǎng)快速下達(dá)指令，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以讓生產(chǎn)快速適應(yīng)新的工藝需求。

    OPCUA不僅僅是一個(gè)通信協(xié)議，OPCUA在智能制造中扮演最為重要的角色：通過(guò)共享的信息模型，使得OT、IT和CT之間可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義互操作，這樣，IT與OT即可實(shí)現(xiàn)真正的融合，通過(guò)類似于共享內(nèi)存的機(jī)制，每個(gè)單元包括控制、MES、IIoT等均可訪問(wèn)地址空間，獲取自己想要的數(shù)據(jù)。通信互聯(lián)構(gòu)成了智能制造的基礎(chǔ)骨干，智能的實(shí)現(xiàn)都依賴于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的傳輸、連接。

（6）智慧工廠集成能力

    智慧工廠的集成能力同樣是軟件的集成，包括了機(jī)器控制器所提供的機(jī)器狀態(tài)參數(shù)，基于EUROMAP77進(jìn)行注塑機(jī)的MES系統(tǒng)集成，包括OPCUA與云平臺(tái)的集成，與邊緣計(jì)算平臺(tái)的互聯(lián)。

IIoT的價(jià)值

    工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThing）是德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組織IIC所推動(dòng)的在整個(gè)制造層的互聯(lián)架構(gòu)，在中國(guó)，我們稱之為Internet+。

    工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要聚焦于解決在工廠級(jí)的分析與優(yōu)化問(wèn)題，與自動(dòng)化技術(shù)聚焦于控制的精度、速度、邏輯不通，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與分析系統(tǒng)能夠?yàn)楣S提供在管理級(jí)的優(yōu)化，包括了如圖7所示的資產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)三個(gè)維度的工作，這些與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、品質(zhì)、能耗、維護(hù)保養(yǎng)相關(guān)的問(wèn)題均可被納入到這個(gè)層面。

    圖8是來(lái)自于IIC的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，對(duì)一些制造業(yè)公司進(jìn)行調(diào)研后，企業(yè)的需求按照緊迫性進(jìn)行的對(duì)比，顯然，預(yù)測(cè)性維護(hù)、客戶/市場(chǎng)相關(guān)分析對(duì)設(shè)計(jì)的改善、通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)來(lái)改善產(chǎn)品質(zhì)量的需求較為明顯與迫切。

圖7IIoT為制造業(yè)帶來(lái)的價(jià)值

圖8未來(lái)1-3年數(shù)據(jù)應(yīng)用分析對(duì)企業(yè)應(yīng)用重要性的調(diào)研

邊緣計(jì)算的軟件智能

    邊緣計(jì)算（EdgeComputing）相對(duì)于云計(jì)算，其旨在通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，與云計(jì)算的差異在于云相對(duì)較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)采樣周期（秒、分、小時(shí)、天）。

    對(duì)于邊緣計(jì)算以及云計(jì)算，則基本上由軟件構(gòu)成，其硬件基本為開(kāi)放互聯(lián)的傳輸設(shè)備和服務(wù)器架構(gòu)，這些在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，而另一方面，在這個(gè)層面的軟件則更趨于開(kāi)放，可以采用各種軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)端APP的開(kāi)發(fā)、智能的分析平臺(tái)軟件來(lái)進(jìn)行應(yīng)用的處理，包括基于Web技術(shù)的訪問(wèn)。

    邊緣計(jì)算是實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT的一個(gè)重要方法與途徑，通過(guò)邊緣計(jì)算，將機(jī)器、工廠數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，除了用于本地計(jì)算所需的實(shí)時(shí)性高的數(shù)據(jù)外，也可以提供給云平臺(tái)進(jìn)行更為全局的計(jì)算與優(yōu)化。

    而對(duì)于貝加萊而言，其APROL平臺(tái)可以作為塑料、包裝等工廠的邊緣計(jì)算平臺(tái)，當(dāng)然，作為自動(dòng)化廠商已經(jīng)為其集成了包括PDA、EnMon、ConMon等數(shù)據(jù)采集、能源、維護(hù)的軟件，并且，通過(guò)mappVEIW為機(jī)器開(kāi)發(fā)的顯示可以通過(guò)任意的移動(dòng)端設(shè)備如iPhone、Andriod平臺(tái)的智能終端、iPAD等，他們只要有支持HTML5、Javascript、CSS的瀏覽器即可，如GoogleChrome、Apple的Safari、Microsoft的IE瀏覽器。

    在邊緣計(jì)算層的軟件完全可以基于這些開(kāi)放架構(gòu)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括本地云、智能分析軟件均可借助于這些已經(jīng)非常成熟并接口開(kāi)放易于開(kāi)發(fā)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    圖9顯示了整個(gè)基于時(shí)間的各個(gè)層面的任務(wù)分級(jí)整個(gè)工廠、企業(yè)的數(shù)據(jù)流，對(duì)于自動(dòng)化OT技術(shù)而言其主要聚焦于微秒、毫秒級(jí)的任務(wù)處理，而邊緣計(jì)算則聚焦于數(shù)十毫秒-秒的計(jì)算，而云計(jì)算則處理更大時(shí)間周期的任務(wù)，整個(gè)數(shù)據(jù)流與層級(jí)通過(guò)圖9所示的結(jié)構(gòu)被有效的分級(jí)處理。

圖9各種計(jì)算的時(shí)間需求

    OPCUA也被集成在設(shè)備的控制器中，由于OPCUA支持Web服務(wù)的訪問(wèn)、Pub/Sub這種訂閱方式的數(shù)據(jù)傳輸，這使得機(jī)器可以被邊緣平臺(tái)訪問(wèn)，提供智能分析，并快速返回給設(shè)備，對(duì)整個(gè)產(chǎn)線進(jìn)行工藝的優(yōu)化與改善。

    圖10為基于這個(gè)時(shí)間分層結(jié)構(gòu)的注塑機(jī)工廠架構(gòu)，而底層的控制器處理本地的注塑機(jī)產(chǎn)品制造任務(wù)，而邊緣側(cè)處理整個(gè)工廠的OEE、質(zhì)量、維護(hù)等本地?cái)?shù)據(jù)，而云平臺(tái)則處理整個(gè)工廠與材料消耗、能源統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量整體優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

圖10基于邊緣計(jì)算的塑料工廠實(shí)現(xiàn)

    可以看到，在這整個(gè)智能制造中，機(jī)器與工廠被軟件所覆蓋，基于軟件的智能使得機(jī)器從底層的數(shù)據(jù)采集、工藝、通信互聯(lián)、工藝分析、運(yùn)營(yíng)管理的接口實(shí)現(xiàn)完整的本地智能和全局智能交互。