今天，智能制造給出了“智能”多重的定義，但是，如果換個視角，僅僅從用戶的角度來講智能，那么可以把所有的智能總結(jié)為一句話：“智能化=簡單高效的實現(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，如何在個性化時代，響應(yīng)客戶個性化的需求，高品質(zhì)而低成本地生產(chǎn)出滿足消費者個性化需求的產(chǎn)品才是問題的本質(zhì)。

個性化的體現(xiàn)

個性化在于差異，人們可以在超市看到琳瑯滿目的產(chǎn)品，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，首先是機器的智能生產(chǎn)實現(xiàn)，而從各個領(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：在注塑機里，為了適應(yīng)各種需求，通過模塊化軟件設(shè)計，可以為不同的機型如油壓注塑機、電液混合型、全電動、立式注塑機配置了不同的軟件，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)界都認同軟件才是未來競爭的關(guān)鍵。

軟件定義機器智能

而對于機器的智能，軟件又分為多個方向的集成能力，首先，得有一個集成平臺，才讓它們能夠?qū)崿F(xiàn)在垂直和水平方向的智能集成，以貝加萊的AutomationStudio為例，它為機器智能化提供了基礎(chǔ)平臺保障。圖1描述了在該平臺實現(xiàn)智能的多個方面。

圖1機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AutomationStudio而言可以通過對PLC、Motion進行機器的模塊化軟件集成來實現(xiàn)分布式運動控制，以及軟件的分布式，而對于計算（Computing）--基于“信息”的策略與優(yōu)化問題，AutomationStudio提供了標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)的接口支撐，包括OPCUA，以及在OPCUA基礎(chǔ)上針對塑料機械領(lǐng)域的Euromap77、Euromap67，以及未來的Euromap79，針對包裝工業(yè)的PackML，這些垂直行業(yè)的信息模型使得機器數(shù)據(jù)與MES/ERP以及各種智能系統(tǒng)、IIoT數(shù)據(jù)分析平臺進行接口，并實現(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

對于每個機器而言，都會有其內(nèi)在的工藝建模需求—這才能讓機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，系統(tǒng)仍然具有自我適應(yīng)能力，而無需人員進行重新的編程或者調(diào)校。

如圖2所示，基于AutomationStudio平臺，可以實現(xiàn)對機器的各種控制如薄膜材料卷繞張力控制、注塑機的液壓、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AutomationStudio的自動導(dǎo)入直接下載到控制器、驅(qū)動，實現(xiàn)智能算法的開發(fā)。

圖2仿真建模的應(yīng)用架構(gòu)

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)來計算機器本身的最佳工藝參數(shù)。

（3）機電一體化融合

智能產(chǎn)線中運動控制、機器人扮演非常重要的角色，因為它們是實現(xiàn)智能化的執(zhí)行機構(gòu)，而另一方面，從軟件的角度而言，它們也關(guān)系到對MES的反饋，并接受來自生產(chǎn)指令，因此，今天的智能運動控制系統(tǒng)已經(jīng)肩負“柔性”的重任，例如：對于注塑機，機器人配合已經(jīng)成為了機器人第三大應(yīng)用場景（來自IFR統(tǒng)計），而對機器人與工藝設(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PLCopenPartIV協(xié)同運動控制編程的自動化系統(tǒng)而言，注塑機的控制與機器人是可以完全在同一架構(gòu)下完美匹配的。

圖3注塑機與機器人的應(yīng)用集成

圖4則是一款最新設(shè)計的稱為SuperTrak的貝加萊柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)，它可以將注塑機、機械手、輸送、輔助加工進行集成，實現(xiàn)最大靈活性的生產(chǎn)。

圖4機-電-軟一體化的SuperTrak集成

（4）知識自動化

軟件開發(fā)軟件、智能機器的軟件開發(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，這樣可以讓機器快速的適應(yīng)生產(chǎn)，而無需復(fù)雜的編碼、測試過程。

貝加萊的mappPLASTIC就是為塑料工業(yè)所開發(fā)的，如圖5-mapp將機器分為機電一體化對象（機器人、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控制行業(yè)專用模塊，再加上基礎(chǔ)的文件、配方、報警等管理，可以快速的為注塑機實現(xiàn)油壓、伺服泵、全電動注塑機，以及注塑機與機械手、關(guān)節(jié)機器人、SCARA機器人的整體智能制造單元的集成。

圖5貝加萊基于mapp的注塑機開發(fā)

圖6塑料工廠智能集成應(yīng)用場景

（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，可以為機器提供維護、使用時間累計、當(dāng)前狀態(tài)、故障記錄等。而實時以太網(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，通過高速的以太網(wǎng)快速下達指令，運動控制系統(tǒng)可以讓生產(chǎn)快速適應(yīng)新的工藝需求。

OPCUA不僅僅是一個通信協(xié)議，OPCUA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之間可以實現(xiàn)語義互操作，這樣，IT與OT即可實現(xiàn)真正的融合，通過類似于共享內(nèi)存的機制，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，包括了機器控制器所提供的機器狀態(tài)參數(shù)，基于EUROMAP77進行注塑機的MES系統(tǒng)集成，包括OPCUA與云平臺的集成，與邊緣計算平臺的互聯(lián)。

IIoT的價值

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThing）是德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組織IIC所推動的在整個制造層的互聯(lián)架構(gòu)，在中國，我們稱之為Internet+。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要聚焦于解決在工廠級的分析與優(yōu)化問題，與自動化技術(shù)聚焦于控制的精度、速度、邏輯不通，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與分析系統(tǒng)能夠為工廠提供在管理級的優(yōu)化，包括了如圖7所示的資產(chǎn)、運營、服務(wù)三個維度的工作，這些與生產(chǎn)運營、品質(zhì)、能耗、維護保養(yǎng)相關(guān)的問題均可被納入到這個層面。

圖8是來自于IIC的數(shù)據(jù)分析報告，對一些制造業(yè)公司進行調(diào)研后，企業(yè)的需求按照緊迫性進行的對比，顯然，預(yù)測性維護、客戶/市場相關(guān)分析對設(shè)計的改善、通過數(shù)據(jù)驅(qū)動來改善產(chǎn)品質(zhì)量的需求較為明顯與迫切。

圖7IIoT為制造業(yè)帶來的價值

圖8未來1-3年數(shù)據(jù)應(yīng)用分析對企業(yè)應(yīng)用重要性的調(diào)研

邊緣計算的軟件智能

邊緣計算（EdgeComputing）相對于云計算，其旨在通過對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集并進行實時的控制，與云計算的差異在于云相對較長的數(shù)據(jù)采樣周期（秒、分、小時、天）。

對于邊緣計算以及云計算，則基本上由軟件構(gòu)成，其硬件基本為開放互聯(lián)的傳輸設(shè)備和服務(wù)器架構(gòu)，這些在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，而另一方面，在這個層面的軟件則更趨于開放，可以采用各種軟件包括數(shù)據(jù)庫、移動端APP的開發(fā)、智能的分析平臺軟件來進行應(yīng)用的處理，包括基于Web技術(shù)的訪問。

邊緣計算是實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT的一個重要方法與途徑，通過邊緣計算，將機器、工廠數(shù)據(jù)進行采集，除了用于本地計算所需的實時性高的數(shù)據(jù)外，也可以提供給云平臺進行更為全局的計算與優(yōu)化。

而對于貝加萊而言，其APROL平臺可以作為塑料、包裝等工廠的邊緣計算平臺，當(dāng)然，作為自動化廠商已經(jīng)為其集成了包括PDA、EnMon、ConMon等數(shù)據(jù)采集、能源、維護的軟件，并且，通過mappVEIW為機器開發(fā)的顯示可以通過任意的移動端設(shè)備如iPhone、Andriod平臺的智能終端、iPAD等，他們只要有支持HTML5、Javascript、CSS的瀏覽器即可，如GoogleChrome、Apple的Safari、Microsoft的IE瀏覽器。

在邊緣計算層的軟件完全可以基于這些開放架構(gòu)的軟件來實現(xiàn)，包括本地云、智能分析軟件均可借助于這些已經(jīng)非常成熟并接口開放易于開發(fā)的軟件來實現(xiàn)。

圖9顯示了整個基于時間的各個層面的任務(wù)分級整個工廠、企業(yè)的數(shù)據(jù)流，對于自動化OT技術(shù)而言其主要聚焦于微秒、毫秒級的任務(wù)處理，而邊緣計算則聚焦于數(shù)十毫秒-秒的計算，而云計算則處理更大時間周期的任務(wù)，整個數(shù)據(jù)流與層級通過圖9所示的結(jié)構(gòu)被有效的分級處理。

圖9各種計算的時間需求

OPCUA也被集成在設(shè)備的控制器中，由于OPCUA支持Web服務(wù)的訪問、Pub/Sub這種訂閱方式的數(shù)據(jù)傳輸，這使得機器可以被邊緣平臺訪問，提供智能分析，并快速返回給設(shè)備，對整個產(chǎn)線進行工藝的優(yōu)化與改善。

圖10為基于這個時間分層結(jié)構(gòu)的注塑機工廠架構(gòu)，而底層的控制器處理本地的注塑機產(chǎn)品制造任務(wù)，而邊緣側(cè)處理整個工廠的OEE、質(zhì)量、維護等本地數(shù)據(jù)，而云平臺則處理整個工廠與材料消耗、能源統(tǒng)計、質(zhì)量整體優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

圖10基于邊緣計算的塑料工廠實現(xiàn)

可以看到，在這整個智能制造中，機器與工廠被軟件所覆蓋，基于軟件的智能使得機器從底層的數(shù)據(jù)采集、工藝、通信互聯(lián)、工藝分析、運營管理的接口實現(xiàn)完整的本地智能和全局智能交互。