工業(yè)的未來(lái)在哪里?

導(dǎo)? 讀：除了傳統(tǒng)意義上工業(yè)追求的效率和成本，柔性也對(duì)制造企業(yè)越來(lái)越重要。為了進(jìn)一步提高效率、降低成本、增加柔性，“數(shù)字化”成為工業(yè)企業(yè)踏上更高臺(tái)階的必由之路。

對(duì)于任何一家志在未來(lái)始終保持著競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，都會(huì)思考這樣一個(gè)問(wèn)題——工業(yè)的未來(lái)在哪里？這是一個(gè)很大的問(wèn)題，要想回答這個(gè)問(wèn)題，不如先來(lái)看看當(dāng)前市場(chǎng)的痛點(diǎn)在哪里。

近的來(lái)說(shuō)，2020 年突如其來(lái)的疫情“黑天鵝”催生了人們對(duì)口罩的爆發(fā)式需求，所以很多設(shè)備制造商希望能夠快速地生產(chǎn)出口罩機(jī)來(lái)響應(yīng)市場(chǎng)需求，這就為工廠研發(fā)、推出產(chǎn)品的速度帶來(lái)了極高挑戰(zhàn)；遠(yuǎn)的來(lái)看，即使在沒(méi)有疫情的過(guò)去幾年，市場(chǎng)對(duì)于定制化產(chǎn)品的需求也是越來(lái)越多，尤其是互聯(lián)網(wǎng)原生一代，希望自己擁有的手機(jī)、汽車等都與眾不同，這又對(duì)產(chǎn)線的柔性制造能力提出了更高要求。

換言之，除了傳統(tǒng)意義上工業(yè)追求的效率和成本，柔性也對(duì)制造企業(yè)越來(lái)越重要。為了進(jìn)一步提高效率、降低成本、增加柔性，“數(shù)字化”成為工業(yè)企業(yè)踏上更高臺(tái)階的必由之路。

那么數(shù)字化到底能實(shí)現(xiàn)什么？被數(shù)字化賦能的工業(yè)未來(lái)又是什么樣的？在近日舉辦的西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)工廠自動(dòng)化事業(yè)部的媒體沙龍上，西門子（中國(guó)）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)副總裁兼工廠自動(dòng)化事業(yè)部總經(jīng)理衛(wèi)岳歌先生和西門子（中國(guó)）有限公司工廠自動(dòng)化事業(yè)部未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)與業(yè)務(wù)孵化器部門經(jīng)理王超博士介紹了西門子工廠自動(dòng)化事業(yè)部的業(yè)務(wù)和先進(jìn)技術(shù)，并分享了對(duì)工業(yè)未來(lái)的獨(dú)到見(jiàn)解。

產(chǎn)品、生產(chǎn)、性能的數(shù)字化雙胞胎

2019 財(cái)年，西門子在中國(guó)的總營(yíng)收達(dá)到 84 億歐元，中國(guó)是西門子在全球的第二大市場(chǎng)；而對(duì)工廠自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，中國(guó)則是其全世界最大的市場(chǎng)。

西門子（中國(guó)）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)副總裁兼工廠自動(dòng)化事業(yè)部總經(jīng)理衛(wèi)岳歌先生

全集成自動(dòng)化（TIA）是西門子在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域最具創(chuàng)新性的理念，據(jù)衛(wèi)岳歌先生介紹，西門子可以為客戶提供非常領(lǐng)先的產(chǎn)品組合：從覆蓋低端、中端、高端不同品類的 PLC 到橋接人與機(jī)器之間交互窗口 HMI；從能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)處理大量數(shù)據(jù)的 IPC 到統(tǒng)一的編程組態(tài)軟件 TIA 博途平臺(tái)；從基于以太網(wǎng)的開放 PROFINET 通信到縱深的覆蓋軟硬件的信息安全方案……TIA 涵蓋了從現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、操作員層到管理層的設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向全部集成。在物理世界中，西門子的各種軟硬件產(chǎn)品已經(jīng)幫助無(wú)數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)工廠向自動(dòng)化工廠的轉(zhuǎn)變。

?西門子 SIMATIC 產(chǎn)品家族

如今，工廠面對(duì)著從自動(dòng)化向數(shù)字化進(jìn)一步升級(jí)的需求，西門子則能為企業(yè)提供一套完整的數(shù)字化解決方案，其精髓就是幫助工廠在虛擬世界建立與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)的數(shù)字化雙胞胎（Digital Twin）。

十幾二十年前，如果企業(yè)想要研發(fā)一款新產(chǎn)品，可能先要通過(guò)木頭來(lái)刻出一個(gè)產(chǎn)品雛形。現(xiàn)在，這一切都可以通過(guò)數(shù)字化的方式在電腦中進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)。無(wú)論是一個(gè)小小的茶杯還是一輛非常復(fù)雜的汽車，西門子都能提供相應(yīng)的仿真工具幫助企業(yè)完成數(shù)字化的設(shè)計(jì)過(guò)程——這就是所謂的“產(chǎn)品的數(shù)字化雙胞胎”。

“產(chǎn)品的數(shù)字化雙胞胎”并不是簡(jiǎn)單的 3D 模型，而是和現(xiàn)實(shí)世界發(fā)生的變化完全保持同步。這樣一來(lái)，相關(guān)人員就可以在虛擬世界里平行地對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試和優(yōu)化。例如西門子 Process Simulate 軟件可以做到對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和工藝布局的虛擬仿真。通過(guò)西門子虛擬控制器 PLC SIM Advanced，工程師能夠直接對(duì)虛擬產(chǎn)線下達(dá)邏輯控制命令，使得數(shù)字世界里的所有虛擬設(shè)備仿佛置身工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)那樣運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。這就是“生產(chǎn)的數(shù)字化雙胞胎”。

最后，工廠在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，如果能通過(guò)軟件在虛擬世界里進(jìn)行一些人工智能分析，然后反饋到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工廠設(shè)計(jì)當(dāng)中，就能形成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程價(jià)值的閉環(huán)。這就是“性能的數(shù)字化雙胞胎”。

目前，西門子可以在產(chǎn)品研發(fā)與制造過(guò)程以及工廠管理的完整價(jià)值鏈上提供“數(shù)字化雙胞胎”技術(shù)。衛(wèi)岳歌先生在分享中舉例說(shuō)到：疫情期間，有很多廠商使用了西門子的數(shù)字化雙胞胎技術(shù)，首先通過(guò)軟件對(duì)口罩機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)口罩機(jī)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行調(diào)試，從而大大加快其推向市場(chǎng)的速度。

工業(yè)邊緣計(jì)算+工業(yè)人工智能，1+1＞2

除了工業(yè)領(lǐng)域原有軟硬件技術(shù)的迭代，隨著技術(shù)的日新月異，越來(lái)越多的新技術(shù)正在與工業(yè)找到新的結(jié)合點(diǎn)，從而擦出前所未有的火花，邊緣計(jì)算和人工智能就是其中的典型。在沙龍上，王超博士為線上的媒體們分享了西門子工業(yè)人工智能和工業(yè)邊緣計(jì)算如何讓當(dāng)前的工業(yè)自動(dòng)化變得更好。

西門子（中國(guó)）有限公司工廠自動(dòng)化事業(yè)部未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)與業(yè)務(wù)孵化器部門經(jīng)理王超博士

火了這么久，相信大家都對(duì)邊緣計(jì)算的概念并不陌生。對(duì)于一些 OEM 廠商來(lái)說(shuō)，出于對(duì)數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)隱私的考慮，他們并不想把所有數(shù)據(jù)都輕易地傳到公有云端，而邊緣計(jì)算能夠在靠近設(shè)備端的地方就近處理數(shù)據(jù)，具有時(shí)延低、安全等顯著優(yōu)勢(shì)。

但王超博士卻分享了邊緣計(jì)算的另一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，即讓企業(yè)在車間層級(jí)開發(fā)和維護(hù)新應(yīng)用的成本大幅降低。沒(méi)有邊緣計(jì)算之前，相關(guān)人員在工廠車間層進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和維護(hù)成本非常高，只有將自動(dòng)化和 IT 技術(shù)融會(huì)貫通的人，才能在這個(gè)層級(jí)開發(fā)出更好的應(yīng)用。事實(shí)上，很多自動(dòng)化工程師對(duì) SCADA、TIA 博途、I/O 之類的底層語(yǔ)言和知識(shí)比較熟悉，但這些對(duì)于 IT 專家而言無(wú)異于“天書”，他們會(huì)更習(xí)慣于用諸如 JAVA、Python 等在內(nèi)的高階語(yǔ)言來(lái)做數(shù)據(jù)應(yīng)用的開發(fā)。現(xiàn)在，邊緣計(jì)算提供了一個(gè)比較好的平臺(tái)，能夠把這兩種人員的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，讓自動(dòng)化的人在底層可以更好地用自動(dòng)化語(yǔ)言為分析人員提供數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)分析專家可以在底層直接獲取相關(guān)數(shù)據(jù)之后來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

王超博士表示：“邊緣計(jì)算提供了一個(gè)非常好的載體，在這個(gè)載體之上，我們會(huì)思考什么樣的應(yīng)用未來(lái)會(huì)變成邊緣計(jì)算上的主流應(yīng)用，而人工智能類應(yīng)用就是我們選裝的方向?！痹谒磥?lái)，將邊緣計(jì)算和人工智能結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生 1+1＞2 的效應(yīng)。

以前，工程師在工廠車間層做相應(yīng)應(yīng)用開發(fā)的時(shí)候，其中的邏輯規(guī)則都是基于專家對(duì)其的理解來(lái)做定義。但是人腦所能考慮的條件畢竟有限，涉及的影響因素越多，由人來(lái)定義規(guī)則就會(huì)遇到越大挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，我們可以通過(guò)引入機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的方式，對(duì)控制邏輯背后隱藏的規(guī)則進(jìn)行分析和推演，從而進(jìn)一步提升控制的準(zhǔn)確度和精度。

在分享中，王超博士還介紹了一些案例來(lái)說(shuō)明邊緣計(jì)算疊加人工智能給工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)的驚喜。比如西門子在成都的數(shù)字化工廠，這里生產(chǎn)的 PLC 設(shè)備里有大量的 PCB 板，PCB 板在焊接的時(shí)候會(huì)有很多的錫珠。成都工廠為了保證質(zhì)量，配備了自動(dòng)化光學(xué)檢測(cè)設(shè)備。這些設(shè)備為了要確保沒(méi)有任何缺陷樣本流入后續(xù)環(huán)節(jié)或市場(chǎng)，所做的檢測(cè)非常苛刻。在這種苛刻的檢測(cè)下，就會(huì)出現(xiàn)“假錯(cuò)”的情況，從而造成很多成本上的浪費(fèi)。為了避免這種情況的發(fā)生，需要增加人工復(fù)檢臺(tái)把“假錯(cuò)”甄別出來(lái)，一般 80%的情況會(huì)是“假錯(cuò)”，由此可想這種方式會(huì)對(duì)成本和效率有所影響?，F(xiàn)在，西門子通過(guò) AI 的方法把人工復(fù)檢臺(tái)替換掉，通過(guò) AI 把“假錯(cuò)”甄別出來(lái)，再通過(guò)自動(dòng)化方法把產(chǎn)品送回生產(chǎn)線。這樣一方面可以減少重復(fù)性勞動(dòng)，另一方面也可以提高生產(chǎn)效率。

數(shù)字化雙胞胎、邊緣計(jì)算、人工智能，這些技術(shù)從不同方面展示了工業(yè)的未來(lái)，但更多的精彩，恐怕還有賴于行業(yè)持續(xù)不斷的探索和創(chuàng)新。