貝加萊工業(yè)自動化軟件定義機(jī)器智能

前言

智能化，從用戶視角來看就是“簡單高效的實(shí)現(xiàn)靈活的制造應(yīng)用”，而軟件扮演關(guān)鍵角色，本文以此定義機(jī)器智能的幾個方面，包括互聯(lián)、仿真、機(jī)電一體化融合智慧工廠等多個方面的話題。

用戶角度解讀智能化?

今天，智能制造給出了“智能”多重的定義，但是，如果我們換個視角，僅僅從用戶的角度來講智能，那么我們會把所有的智能總結(jié)為一句話：“智能化=簡單高效的實(shí)現(xiàn)靈活的制造應(yīng)用”。

對于用戶而言，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題，如何在個性化時(shí)代，響應(yīng)客戶個性化的需求，高品質(zhì)而低成本的生產(chǎn)出滿足消費(fèi)者個性化需求的產(chǎn)品才是問題的本質(zhì)。

個性化的體現(xiàn)

個性化在于差異，我們可以在超市看到琳瑯滿目的產(chǎn)品，你會發(fā)現(xiàn)原來的可口可樂單一的標(biāo)簽為個性化的標(biāo)簽所代替，以適應(yīng)年輕人的個性化喜好，包括通過App來定制西裝這樣的需求、個性化的冰箱已經(jīng)不稀奇，為了贏得消費(fèi)者，生產(chǎn)制造商開發(fā)了各種產(chǎn)品，然而，這些都對傳統(tǒng)的制造帶來了挑戰(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)，而我們會從各個領(lǐng)域，無論是包裝、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、立式注塑機(jī)配置了不同的軟件，僅通過參數(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)同軟件才是未來競爭的關(guān)鍵。

軟件定義機(jī)器智能

而對于機(jī)器的智能，軟件又分為多個方向的集成能力，首先，得有一個集成平臺，才讓他們能夠?qū)崿F(xiàn)在垂直和水平方向的智能集成，以貝加萊的Automation Studio為例，他為機(jī)器智能化提供了基礎(chǔ)平臺保障。

圖1描述了在該平臺實(shí)現(xiàn)智能的多個方面：

圖1-機(jī)器智能化的幾個方面

(1).IIoT融合接口支撐

如果控制的智能是基于“信號”，因此，對于Automation Studio而言可以通過對PLC、Motion進(jìn)行機(jī)器的模塊化軟件集成來實(shí)現(xiàn)分布式運(yùn)動控制，以及軟件的分布式，而對于計(jì)算(Computing)--基于“信息”的策略與優(yōu)化問題，Automation Studio提供了標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)的接口支撐，包括OPC UA，以及在OPC UA基礎(chǔ)上針對塑料機(jī)械領(lǐng)域的Euromap 77、Euromap 67，以及未來的Euromap 79，針對包裝工業(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)分析平臺進(jìn)行接口，并實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)質(zhì)量、工藝參數(shù)、能耗等的優(yōu)化。

(2).建模仿真

對于每個機(jī)器而言，都會有其內(nèi)在的工藝建模需求—這才能讓機(jī)器更為簡便的接受不同的生產(chǎn)任務(wù)，例如：對于灌裝系統(tǒng)而言，每個批次的灌裝會有不同的邏輯處理、不同規(guī)格的瓶型會需要不同的灌裝曲線、針對不同的速度需要不同的運(yùn)動控制間的協(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，而無需人員進(jìn)行重新的編程或者調(diào)校。

圖2-仿真建模的應(yīng)用架構(gòu)

如圖2所示，基于Automation Studio平臺，可以實(shí)現(xiàn)對機(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，然后通過代碼自動生產(chǎn)以及與Automation Studio的自動導(dǎo)入直接下載到控制器、驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)智能算法的開發(fā)。

對于每個行業(yè)而言，其智能都必須考慮復(fù)雜的生產(chǎn)個性化變化，進(jìn)而能夠針對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)動控制、機(jī)器人扮演非常重要的角色，因?yàn)樗麄兪菍?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，他們也關(guān)系到對MES的反饋，并接受來自生產(chǎn)指令，因此，今天的智能運(yùn)動控制系統(tǒng)已經(jīng)肩負(fù)“柔性”的重任，例如：對于注塑機(jī)，機(jī)器人配合已經(jīng)成為了機(jī)器人第三大應(yīng)用場景(來自IFR統(tǒng)計(jì))，而對機(jī)器人與工藝設(shè)備的集成而言，傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)會遇到障礙，而對于基于PLCopen Part IV協(xié)同運(yùn)動控制編程的自動化系統(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.機(jī)-電-軟一體化的SuperTrak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)。

(4).知識自動化

軟件開發(fā)軟件、智能機(jī)器的軟件開發(fā)可以基于軟件復(fù)用來提高效率，而將領(lǐng)域知識進(jìn)行封裝成組件模塊，重復(fù)利用本身也是“知識自動化”的范疇，知識自動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)，而無需復(fù)雜的編碼、測試過程。

圖5-貝加萊基于mapp的注塑機(jī)開發(fā)

貝加萊的mappPLASTIC就是為塑料工業(yè)所開發(fā)的，如圖5-mapp將機(jī)器分為機(jī)電一體化對象(機(jī)器人、軸控、軸組、液壓的控制)，射膠、熔膠、開合模、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。

(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)，通過高速的以太網(wǎng)快速下達(dá)指令，運(yùn)動控制系統(tǒng)可以讓生產(chǎn)快速適應(yīng)新的工藝需求。

OPC UA不僅僅是一個通信協(xié)議，OPC UA在智能制造中扮演最為重要的角色：通過共享的信息模型，使得OT、IT和CT之間可以實(shí)現(xiàn)語義互操作，這樣，IT與OT即可實(shí)現(xiàn)真正的融合，通過類似于共享內(nèi)存的機(jī)制，每個單元包括控制、MES、IIoT等均可訪問地址空間，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OPC UA與云平臺的集成，與邊緣計(jì)算平臺的互聯(lián)。

圖6-塑料工廠智能集成應(yīng)用場景

邊緣計(jì)算(Edge Computing)相對于云計(jì)算，其旨在通過對現(xiàn)場的數(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較長的數(shù)據(jù)采樣周期(秒、分、小時(shí)、天)，而對于貝加萊而言，其APROL平臺可以作為塑料、包裝等工廠的計(jì)算平臺，對生產(chǎn)的過程、狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集(PDA)、能源監(jiān)測EnMon、基于狀態(tài)的運(yùn)營維護(hù)ConMon，針對塑料工廠集成了EUROMAP 77，以實(shí)現(xiàn)對工廠數(shù)據(jù)的采集與MES的互聯(lián)。

貝加萊參加塑料機(jī)械展CHINAPLAS 2017

廣州琶洲館

展臺號：3.1館T41