機(jī)器正在覺醒——它渴望邁向智能

人們正在賦予機(jī)器智能，的確，機(jī)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(yīng)對個(gè)性化

很多時(shí)候，我們把精力花費(fèi)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(shù)，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(shí)際問題。

從本質(zhì)來說，今天的智能的關(guān)鍵是為了應(yīng)對“個(gè)性化”—對于大規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，在上百年的歷史發(fā)展下，其實(shí)，已經(jīng)到了一個(gè)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(gè)時(shí)候的3塊錢購買力與今天顯然是不同的，90年代的時(shí)候，一輛桑塔納都要20多萬人民幣，那個(gè)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(gè)款式的汽車，服裝最能體現(xiàn)個(gè)性化的發(fā)展，因?yàn)?，?0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?yàn)榇蠹叶际悄脦讉€(gè)顏色、款式。

圖1-個(gè)性化對產(chǎn)業(yè)鏈的需求變化

消費(fèi)者的個(gè)性化需求實(shí)際上帶來了對生產(chǎn)線、機(jī)器、自動(dòng)化這個(gè)鏈條上的壓力，如圖1所示，因?yàn)閺馁|(zhì)量迭代、成本控制、交付能力這三個(gè)重要的指標(biāo)來衡量，個(gè)性化都是災(zāi)難，因此，人們必須借助于各種技術(shù)來壓縮生產(chǎn)制造中的浪費(fèi)：

通過進(jìn)一步的自動(dòng)化如機(jī)器人、柔性輸送系統(tǒng)，來提高制造端的效率；

通過全局設(shè)備連接挖掘中間的耦合潛力；

用機(jī)器學(xué)習(xí)來尋找能源、時(shí)間、材料節(jié)省的空間；

智能是讓機(jī)器利用人的知識(shí)工作

從智能的目標(biāo)來說，它就是讓機(jī)器代替人工作，人把自己的知識(shí)、思想傳遞給機(jī)器，讓它干活，那么，知識(shí)的傳承過程就是如圖2所示，需要對工藝、流程、材料等進(jìn)行建模，然后測試驗(yàn)證，最后形成可復(fù)用的軟件—知識(shí)的復(fù)用。

圖2-知識(shí)的傳承過程

其實(shí)拿人們熱議的人工智能來說，就是建模的一個(gè)方向，如果原來我們用幾何推理的演繹法稱為“機(jī)理建模”，那么采用對數(shù)據(jù)的擬合、訓(xùn)練的就是“歸納法”，機(jī)理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)只是兩種不同的建模方法，那么，誰的方法好就用誰的，機(jī)理需要大量積累，但可解釋性強(qiáng)，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(yīng)的缺點(diǎn)，兩者最好能夠融合，各自發(fā)揮其優(yōu)勢。

越來越復(fù)雜的機(jī)器電氣傳動(dòng)控制

200年前的機(jī)械裝置，通過水力或者牲畜作為傳動(dòng)力，到了蒸汽機(jī)時(shí)代，它的調(diào)節(jié)器也是采用機(jī)械的方式來實(shí)現(xiàn)，機(jī)器的控制基本上依靠手動(dòng)操作。直到上世紀(jì)隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，才有了繼電器邏輯這樣的控制，電力電子技術(shù)也使得調(diào)速電機(jī)（變頻器）有了應(yīng)用。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得PLC在上世紀(jì)70年代進(jìn)入了機(jī)器控制領(lǐng)域，到了80年代，有了總線的發(fā)展，隨著伺服電機(jī)大量應(yīng)用，高速高精度的傳動(dòng)控制對于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)也提出了要求，同時(shí)，PC技術(shù)與PLC融合，形成了基于PC控制的模式，如貝加萊的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC），使得回路調(diào)節(jié)、復(fù)雜工藝控制成為了可能，隨著實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的發(fā)展，人們可以將機(jī)器、機(jī)器人進(jìn)行協(xié)同，達(dá)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(dòng)的建模、邊緣計(jì)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(jì)算的融合，將信號(hào)的任務(wù)與生產(chǎn)的協(xié)調(diào)（調(diào)度、優(yōu)化、尋優(yōu)）結(jié)合，使得設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營整體形成最優(yōu)，機(jī)器已經(jīng)不再是僅僅生產(chǎn)，還肩負(fù)著為運(yùn)營管理提供動(dòng)態(tài)應(yīng)變的能力、需要為設(shè)計(jì)反饋數(shù)據(jù)、為企業(yè)發(fā)展提供對環(huán)境動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)變能力，如圖3所示。

圖3-機(jī)器電氣傳動(dòng)控制的演進(jìn)

工業(yè)通信的角色演變

在繼電器邏輯時(shí)代，都是通過硬接線連接的，接線復(fù)雜，維護(hù)不便，信號(hào)也時(shí)常受到干擾，而有了現(xiàn)場總線，接線少了，維護(hù)方便，抗干擾增強(qiáng)了，整體來說，就是搭建系統(tǒng)和維護(hù)系統(tǒng)的工程成本下降了，到了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)階段，則是因?yàn)榇罅康母咚?、高精度定位與同步控制、機(jī)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?yàn)?，機(jī)器要連接至整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)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(jìn)

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(xué)的加工過程，那么，需要通過對材料、工藝、流程的建模來實(shí)現(xiàn)對變化的應(yīng)對能力，而數(shù)學(xué)則是連接物理和虛擬世界的橋梁，因此，本質(zhì)來說，數(shù)學(xué)模型是制造的關(guān)鍵，數(shù)字孿生基于建模，但是，增強(qiáng)了“動(dòng)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(jī)械、電氣、工藝領(lǐng)域的廠商都注重模型，今天，智能制造的時(shí)代，必須建立“協(xié)同”，因此，Modelica組織構(gòu)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(shí)現(xiàn)，這至關(guān)重要，因?yàn)椋悄苄枰獧C(jī)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(shí)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(chǔ)的模型的積累不足有關(guān)，因此，要想真正的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，必須注重基礎(chǔ)模型的研發(fā)和測試，借助于新的技術(shù)，這些變得更加容易。

軟件正在成為競爭的核心

最近兩年時(shí)間里，工業(yè)軟件正在成為熱點(diǎn)，這是必然的，工業(yè)軟件是一種知識(shí)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(yàn)的積累，軟件包括了多種形式的，如貝加萊集成開發(fā)平臺(tái)軟件Automation Studio，能夠?qū)⒉煌膶ο蠛腿蝿?wù)集成，而工藝軟件則是將生產(chǎn)的材料、流程、工藝建模，形成應(yīng)對不同生產(chǎn)變化的軟件。

圖7-自動(dòng)化的軟件價(jià)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(fù)用性，降低開發(fā)成本與提高效率，圖7為工業(yè)自動(dòng)化的軟件價(jià)值體系。

自動(dòng)化企業(yè)的使命是什么？

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

圖8是貝加萊—作為一個(gè)自動(dòng)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(shù)構(gòu)成了方案的基礎(chǔ)

產(chǎn)品是載體，它包括了硬件的產(chǎn)品，如控制、驅(qū)動(dòng)、柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)ACOPOStrak、ACOPOS系列伺服驅(qū)動(dòng)器，技術(shù)則包括了mapp技術(shù)、reACTION、POWERLINK實(shí)時(shí)通信技術(shù)等，這些構(gòu)成了各種組件，用于配置出一個(gè)機(jī)器的控制系統(tǒng)硬件組合，以及軟件的架構(gòu)。

圖8-自動(dòng)化的使命

02工程師的工程（Engineering）構(gòu)成方案

工程思維在于通過將問題“解構(gòu)”為最小的單元，然后對每個(gè)單元進(jìn)行“高內(nèi)聚”、“低耦合”的軟件開發(fā)，然后進(jìn)行重組為一個(gè)整體，形成一個(gè)完整的解決方案，并將解決方案標(biāo)準(zhǔn)化，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)的可復(fù)用。

03最終實(shí)現(xiàn)使命—為用戶提供價(jià)值

自動(dòng)化技術(shù)，并非炫技，誰比誰的CPU快、誰比誰的電機(jī)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(jià)值，這是我們安身立命的根本，基于產(chǎn)品技術(shù)，通過工程，形成方案，解決問題。

原文標(biāo)題：機(jī)器的覺醒——機(jī)械自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展趨勢

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