智能制造时代自动化的使命--跨界技术让定制成为标准

12月7日在弗戈“中国制造业2025企业家国际论坛”上，贝加莱工业自动化大中华区总裁肖维荣博士发表了“智能制造时代自动化的使命”演讲，其中包括了从产业角度对制造业发展的深刻洞见，以及对自动化在新时代的使命认知，本文将其演讲文档中予以截取，并配合演讲予以分享。

改革开放40年的发展过程

中国的改革开放40年发展，很多产业从无到有，经历了非常艰难的发展过程，中国取得的成绩是有目共睹的，这是我们一代又一代的产业人共同推进的，同时也与我们的高效政府决策与大量产业政策支持紧密相关，再次，我们有巨大的市场，让我们有机会试错，迭代而能带来高速发展，产业门类齐全也使得科技可以在不同产业间的共享，这些给了我们均摊产业成本的机会，电商、支付等的高速发展使得IT基础设施大量投资，进而为我们提供了便利的网络条件，而这又进一步摊薄成本，使得我们在众多领域未来更快的发展。

图1-制造业发展的进步与不足

然而，我们也必须看到我们所面临的挑战，存在一些问题，我们不必妄自菲薄，但要有清晰认识，我们在自主创新方面仍然有待提高，依赖于传统低劳动成本、模仿省略研发成本缺失去创新能力、牺牲环保的发展路径也是不可持续的。国家也越发重视社保的投入与监管，不断加强知识产权的保护，以及在环保方面的力度，这些都使得我们原来那些依赖低价优势的企业必须要去转型。人才是一个基础话题，今天我们要发展人工智能、智能制造、工业互联网都需要大量的高品质人才，包括现场的高技能职业工人。

变革拐点的市场需求

对于制造业而言，必须围绕客户需求，包括对品质、成本、个性化多方面的需求，今天，我们讨论智能制造都是因为“个性化”生产下如何实现高成本效率变得更为迫切与显著。

图2—需求的变化与产业链内的传递

需求是一个传递过程，从终端消费者到生产企业、再到机械制造商，再传递到自动化行业，而消费者的这种个性化需求，对于生产而言是很大的挑战，而这需要产业链上的企业共同来面对，更为灵活的产线，需要支持工艺灵活切换的设备，而同时这些依赖于自动化、信息化、智能化技术的支撑。

自动化的使命就是通过跨界技术的融合，使得定制化生产，与标准化生产接近的成本。

推进全生命周期的数字化

在具体的执行方面，肖维荣博士就数字化创新设计、工业应用技术软件化、实现数字互联、智能时代人才培养等阐述了自动化在智能时代的使命。

图3-全生命周期数字化

数字化是推进智能制造的基础，数字化涵盖了产品与系统的设计、开发、测试验证、运行与维护的整个生命周期（如图3），数字化与创新紧密相关，所谓的创新，就是在整个生命周期的每个环节，我们都要寻求技术的升级，提高效率，包括产线设计与规划、重构的效率，更为快速的开发应对变化的机器、面对变化的生产，如何实现高效的验证进入小批量生产，运行中如何降低能耗、单位产品成本，通过维护方法创新，借助于新技术来计划性的、可预测性的降低生产宕机、提升连续性。

创新的机器开发—基于模型的开发

数字化设计在于借助于建模来对物理的机器、产线进行仿真，因为在传统物理的机器与产线上进行调试耗费大量的材料，并且问题并不容易被发现以及进行快速的调整，而借助于数字化的建模仿真平台，可以对机械、控制进行仿真，可以在虚拟环境中改变变量来寻找最优的控制模型与参数。

图4-基于模型的设计

如图4，仿真建模的优势非常多，它包括以下几个方面：

虚拟调试：可以在不需要真实的机器状态下进行控制参数的最优化，可以实现测试验证环节的大量成本节省，在很多机器的开发过程中，这个验证环节是最耗费成本的，而通过数字化建模仿真可以带来成本节省，还可以缩短研发周期。

自动代码生成：通过MATLAB/Simulink、MapSim等软件的接口，可以将其仿真的模型自动生成C、ST代码直接下载到控制器，实现硬件在环测试，这样就可以节省大量编程工作。

图5-采用建模仿真开发岸桥防摇系统

肖维荣博士以港口集装箱吊装过程的建模仿真为例，通过对其物理系统和控制系统进行建模，可以仿真整个集装箱吊装过程，实现对集装箱的摇摆和扭转的抑制，可以快速定位，使得港口的集装箱吊装过程实现无人化，并缩短其过程，进而提高港口的吞吐能力，降低人工消耗。

模块化机器开发响应生产的变化能力

为了更为快速的构建系统，原有的开发模式已经不能响应快速的市场变化，对于机械制造业、工厂自动化而言，软件将扮演越发重要的角色，通过软件的复用与组件技术，我们可以将行业工艺知识封装为一个个的APP，这些APP将提高机器与产线的开发效率，未来我们更多的工作将在“规划”、“配置”而不是传统的大量的编程调试。

图6-模块化软件设计举例：mappMOTION

贝加莱的mapp即是引领这一潮流的典型技术，它不仅提高开发效率，对于那些拥有自主知识产权的企业而言，软件也是一种知识产权保护的容器。

如图6的mappMOTION是mapp技术中对于运动控制的规划，基本的机电对象如轴、轴组，以及专业的模块如CNC、机器人，第三个部分就是客户相关机器的操作运行如OEE、能耗、趋势、报警等。这些复用模块可以快速配置机器，应对变化。

图7-印刷机控制的模块化软件设计

以卷筒纸印刷机为例，其色标检测、套色控制、相位调整均可通过标准化的软件封装来实现机器的快速配置，针对不同的印刷材料的张力变化、色标类型、速度、加减速时间、的变化，智能的套色模块可以智能的计算控制工艺曲线来实现高精度、高速的套色控制。

数字化协同的基础—基于OPC UA TSN的互联

图8-OPC UA TSN构成了数字化连接的基础标准与规范

OPC UA TSN技术是未来实现制造协同的关键，OPC UA主要来协同机器与机器、机器与管理系统乃至管理系统之间的数据交互，通过全局的语义互操作来实现数据在横向、纵向与端到端的集成，这样数字化的连接后，进一步要实现的智能化才有了基础（如图8）。

TSN则解决在异构网络中的数据传输问题，对于现有的工业现场大量的现场总线使得数据的连接出现障碍，周期性与周期性数据无法衔接，而TSN则通过全新的机制来协同这些数据。

OPC UA TSN是整个工业物联网（IIoT）实现的基础，它也使得制造得以协同，机器、机器人、MES/ERP等可以实现数据的透明以及全局的优化，贝加莱是OPC UA TSN的积极推动者，在2017年SPS即发布TSN演示系统并即将投入批量化应用。

图9-数字化连接到智能应用

如图9，通过集成OPC UA TSN技术的控制器，贝加莱实现控制、数据连接、汇集，以及数据的呈现、机器学习以及长周期大数据的分析，构建整个智能制造的数字化框架。

极致柔性制造提升成本效率

在跨界技术中寻找可以融入到自动化方案中的技术，自动化正在往软件、通信方向延伸，而另一个方向则是机械，具体在于机电的融合方向，因为“软件定义智能”，但机械却有瓶颈，这是贝加莱之所以开发SuperTrak/ACOPOStrak的原因，通过柔性电驱输送系统，控制工艺的柔性可以被“柔性”的执行，不仅如此，新的输送系统还可以大幅简化机械系统的设计，提高产线的复用性，这些都为制造业的协同效率提升带来帮助。

图10-ACOPOStrak实现柔性制造

图10的ACOPOStrak是全新机电设计变革的动力，它可以让产线变得更为柔性，满足个性化定制的需求，提升生产效率。

人才培养是长期战略

人才是实现智能制造推进的战略性保障力量，我们需要的不仅是研究型人才，我们也需要数字化时代发展所需的设计、工程应用、具体操作的人员，这些需要我们产业与学界的紧密合作，需要将产业对人才的需求、最新的前沿技术传递到学界，并使得学界可以紧密结合产业发展需求进行人才的培养。

贝加莱的EC是一个完全按照“复合型人才”培养思想而建立的，他以严格的工程师思维训练工程师，在机电工程、软件工程、工业通信、项目管理多个方向进行综合性的技能训练（如图11），并将其融合为解决一个个实际的机器全局开发项目的能力。通过EC的训练，我们可以将工程师快速成为提供高回报的人力资源，也是贝加莱的竞争力。

图11-智能时代的工程师能力训练

肖维荣博士总结道“人才培养是一个企业发展持续竞争力的来源，建立产学合作也是为社会培养人才的渠道，自动化专业作为一个应用学科，这种结合是非常必要且回报丰厚的”。

自动化借助跨界技术融合解决客户问题

肖维荣博士对自动化行业的使命概括为“借助于跨界技术融合来解决客户的生产中的问题，在智能制造时代，我们要解决个性化生产的

高成本效率”，横向技术，来自于IT技术领域的技术如建模仿真软件、传感器技术、通信技术、AI、云计算等都可以为自动化所用，我们无需自行开发，而是建立接口，这样可以实现“经济性”的解决产业实际问题，让定制化生产也能达到标准化的成本优势”。

关于贝加莱

贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业，2017年7月，贝加莱成为ABB集团全球机器与工厂自动化业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者，贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力，为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。通过工业物联网通信标准如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及贝加莱强大的Automation Studio软件开发环境，贝加莱不断重新定义自动化工程的未来。贝加莱保持持续的创新精神，为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。