智能制造时代自动化的使命

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”。