工業(yè)4.0逐步推進(jìn)，傳統(tǒng)自動(dòng)化將何去何從？

文|西門子（中國）有限公司

當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和數(shù)字化等趨勢深入工業(yè)制造業(yè)領(lǐng)域時(shí)，傳統(tǒng)自動(dòng)化環(huán)境中高度標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品市場正經(jīng)歷嚴(yán)峻考驗(yàn)，甚至無法滿足數(shù)字化時(shí)代的需求。面對“工業(yè)4.0”和“智能制造”的持續(xù)推進(jìn)，傳統(tǒng)自動(dòng)化將何去何從？

展望工廠的未來，必須從重塑自動(dòng)化的未來開始。工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)形成高度標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品市場。作為其核心的可編程邏輯控制器、人機(jī)界面和數(shù)控系統(tǒng)都在經(jīng)歷變革，然而這些變革還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求。新技術(shù)和新商業(yè)模式，以及大規(guī)模定制化的市場需求等因素，正在共同定義未來自動(dòng)化生產(chǎn)的方向。為此，西門子提出了“未來自動(dòng)化”（Future of Automation）的理念，探索未來技術(shù)對自動(dòng)化帶來的影響。

影響未來自動(dòng)化的三大技術(shù)趨勢

在西門子與弗若斯特沙利文咨詢公司（Frost &Sullivan）合作推出的白皮書中，將人工智能、邊緣計(jì)算和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定義為影響未來自動(dòng)化的三大技術(shù)趨勢。

（1）人工智能具備將以人為中心的工程模式轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化系統(tǒng)的潛力，從而促進(jìn)持續(xù)的運(yùn)營學(xué)習(xí)，給生產(chǎn)力帶來的提升，將超越現(xiàn)有的以人為主導(dǎo)的方式。

（2）邊緣計(jì)算可以賦予PLC更多的功能，提供額外的計(jì)算能力和個(gè)性化的操作方式，而無需對生產(chǎn)架構(gòu)進(jìn)行徹底的改變。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將主導(dǎo)未來的人機(jī)交互方式，幫助企業(yè)提高對控制單元、生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程的理解與掌控能力。

不斷將新技術(shù)融入自動(dòng)化

西門子將包括人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)字化雙胞胎在內(nèi)的最新技術(shù)，與自動(dòng)化領(lǐng)域深遠(yuǎn)的知識積累相結(jié)合，并應(yīng)用于所有工業(yè)行業(yè)，為企業(yè)的數(shù)字化提供全面、豐富的解決方案。這些解決方案將改變產(chǎn)品“出生”的方式，決定產(chǎn)品如何生產(chǎn)，以及如何迭代。自主的信息物理融合系統(tǒng)將形成以模型為基礎(chǔ)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的閉環(huán)，并向產(chǎn)品全生命周期提供反饋，工程工作量將降至最低程度。人工智能、邊緣計(jì)算和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的應(yīng)用將重塑自動(dòng)化，使生產(chǎn)力更上一層樓。

（1）西門子針對Simatic控制系統(tǒng)的人工智能模塊。2018年11月，在紐倫堡國際電氣自動(dòng)化系統(tǒng)及元器件展會(huì)（SPS IPC）上，西門子推出了針對Simatic控制系統(tǒng)的人工智能模塊——Simatic S7-1500 TM NPU，用于Simatic S7-1500控制器和ET 200MP I/O系統(tǒng)。以工廠內(nèi)的分揀/放置應(yīng)用場景為例，在人工智能的支持下，機(jī)器人能夠識別、分揀并放置隨意擺放在箱子中的部件。在質(zhì)檢方面，利用聯(lián)網(wǎng)攝像頭所采集的圖像或數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不斷訓(xùn)練，控制模塊將像人類專家一樣判斷產(chǎn)品或工藝的一致性、顏色和質(zhì)量參數(shù)等信息。

西門子針對Simatic控制系統(tǒng)的人工智能模塊Simatic S7-1500 TM NPU

（2）西門子邊緣計(jì)算的軟硬件平臺。2018年4月，在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)期間，西門子發(fā)布了工業(yè)邊緣計(jì)算（Siemens Industrial Edge）數(shù)字平臺，利用設(shè)備級的數(shù)據(jù)處理，安全地將高度完善的分析技術(shù)和邊緣計(jì)算智能引入制造領(lǐng)域，使自動(dòng)化設(shè)備得到進(jìn)一步擴(kuò)展。

西門子工業(yè)邊緣計(jì)算（Siemens Industrial Edge）數(shù)字平臺

隨后，在2018年9月的斯圖加特國際金屬加工展覽會(huì)（AMB 2018）上，西門子又推出了第一個(gè)針對機(jī)床行業(yè)的邊緣計(jì)算APP-Optimize MyMachining/Trochoidal，以優(yōu)化加工工藝，提高機(jī)床可用性，進(jìn)而提升生產(chǎn)力。

在2018年11月的紐倫堡國際電氣自動(dòng)化系統(tǒng)及元器件展會(huì)（SPS IPC）上，西門子推出針對邊緣應(yīng)用的全新平臺，以Simatic IPC227E工控機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層與自動(dòng)化層的無縫連接，從而在生產(chǎn)端實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的直接讀取和處理。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)表情包讓狀態(tài)監(jiān)測一目了然。西門子的研究人員將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，以表情包的方式呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，這項(xiàng)技術(shù)名為SIEMoji。未來，現(xiàn)場工程師在智能手機(jī)的APP上即可檢測設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。

SIEMoji，以表情包的方式來呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

新技術(shù)融入自動(dòng)化為工廠提供預(yù)測性維護(hù)

AI等新技術(shù)融入自動(dòng)化，為工廠提供預(yù)測性維護(hù)

西門子安貝格電子制造工廠（EWA），在電路板的質(zhì)量控制中采用邊緣計(jì)算技術(shù)來分析傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，并借助人工智能技術(shù)分析機(jī)器的運(yùn)行參數(shù)，以檢測主軸行為中的任何異常，從而在故障發(fā)生之前12～36小時(shí)預(yù)測軸承腐蝕和機(jī)器停機(jī)的情況，將意外停機(jī)時(shí)間降到最低，單臺設(shè)備每年可節(jié)省1萬歐元。同時(shí)，借助人工智能算法來判斷哪些電路板可能存在缺陷，并只對可疑的電路板進(jìn)行X射線掃描檢測，將檢測成本減少了30%。