機械自動化的寶藏

在貝加萊有一本非常精美的雜志，已經(jīng)有許多年的歷史-全球每期發(fā)行量為30000冊，用于在貝加萊的用戶中分享各自的案例以及前沿的自動化科技。

為什么說它是一個寶藏？

Automotion雜志刊發(fā)貝加萊全球用戶、終端用戶的應(yīng)用案例，最為重要的是這些案例中所散發(fā)的工程設(shè)計“思想”與“方法”，每一個案例都會向讀者闡述：

產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)是什么？面對的難題和競爭是什么？

為什么要這樣設(shè)計系統(tǒng)？

用什么方式來解決這個問題？

它有哪些創(chuàng)新？

有哪些經(jīng)驗可以分享？

前沿概念來自現(xiàn)場，而不是理論

在Automotion中您也會看到“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”、“人工智能”、“智能制造”這些概念，但是，與當(dāng)今產(chǎn)業(yè)很多停留于概念的討論和炒作不同，它以每個用戶遇到的挑戰(zhàn)、解決問題、實際的工程實踐為背景進(jìn)行了闡述—這至關(guān)重要，即，它來自于真正的現(xiàn)場需求和方案。

因此，Automotion的案例就非常有實際的借鑒意義，它會給我們產(chǎn)業(yè)很多啟發(fā)：

您在全球的同行的發(fā)展動態(tài)；

如何理解不同行業(yè)的機器設(shè)計思路，它能帶給我們哪些啟發(fā)？

如何理解自動化軟件、平臺的意義？

從實際案例中理解數(shù)字化、智能化這些前沿的概念

本期，筆者以Automotion雜志2020-05這一期中幾個“數(shù)字化”案例來看國外的機器制造商如何思考和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供額外的附加值，并給自身帶來哪些提升？

本期導(dǎo)讀

簡單機器-機器人集成

在2019年貝加萊推出MCR-機器中心的機器人架構(gòu)，將機器與機器人集成，可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，一個控制器、一個HMI、一個網(wǎng)絡(luò)，這得益于今天控制系統(tǒng)的強大任務(wù)處理能力，以及軟件的集成標(biāo)準(zhǔn)與接口，使得傳統(tǒng)上機器控制與機器人分屬兩個獨立領(lǐng)域成為了可能。

它是如何實現(xiàn)的？

有哪些好處？

圖1-機器控制與機器人、輸送系統(tǒng)整體集成

集成視覺-保證過程和產(chǎn)品質(zhì)量

傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)往往是獨立的架構(gòu)，而貝加萊推進(jìn)了“集成視覺”架構(gòu)，它的設(shè)計來自于一貫的“集成自動化”思想，即，視覺作為一個自動化組件融入到系統(tǒng)中，它帶來的好處有很多：

（1）與PLC、運動控制在程序上耦合，直接在Automation Studio環(huán)境中對其進(jìn)行配置，并與其它任務(wù)同步。

（2）同步的視覺帶來更高的效率，成本也更低；

（3）免校準(zhǔn)降低了應(yīng)用中的成本。

在本期中，以一個標(biāo)簽印刷機的用戶在采用貝加萊集成視覺闡述如何快速的配置了系統(tǒng)，并實現(xiàn)在智能移動終端上實現(xiàn)對視覺的數(shù)據(jù)的訪問。

圖2-基于Web技術(shù)的視覺訪問

像大師一樣銑削

企業(yè)為何要進(jìn)行這些數(shù)字化升級？并如何思考在這個轉(zhuǎn)型過程中的問題，德國Dorst技術(shù)的這篇案例，他們發(fā)現(xiàn)一個問題，就是對于 數(shù)字化轉(zhuǎn)型，來自IT領(lǐng)域的軟件廠商無法提供在機器與軟件之間的經(jīng)驗鴻溝，因此，他們選擇了貝加萊APROL這樣的融合IT與自動化的平臺，作為一個中間層，一方面，對上與IT系統(tǒng)之間有開放的數(shù)據(jù)庫連接，而對下由APROL提供了各種現(xiàn)場總線的連接能力，這些是自動化廠商本身所具有的優(yōu)勢，即，與現(xiàn)場的銜接能力，而由能借助于IT技術(shù)升級自身的數(shù)字化平臺。

圖3-金屬粉末壓機

在本案例中，本地控制器的數(shù)據(jù)可以在邊緣控制器上進(jìn)行檢查并預(yù)處理，過濾相關(guān)和驗證過的數(shù)據(jù)，減少后續(xù)步驟所需的數(shù)據(jù)處理量，還可以在報警、錯誤或停止等事件觸發(fā)下記錄某些數(shù)據(jù)，不同時間的多個處理步驟中的數(shù)據(jù)也可以映射到零件號上—就可以將壓制過程中的力與零件的測量相互關(guān)聯(lián)。

我們可以看到，由自動化廠商提供的數(shù)據(jù)完全可以進(jìn)行內(nèi)部關(guān)聯(lián)分析與匹配。

另外，利用現(xiàn)有的軟件平臺的處理功能，僅需少量編程就可以實現(xiàn)對機器與過程數(shù)據(jù)的無縫記錄，例如：

（1）追蹤液壓缸驅(qū)動工具所施加的累積載荷，從而對組件的壽命進(jìn)行預(yù)測；

（2）通過漏油量的查看來發(fā)現(xiàn)液壓泵的剩余壽命，還使用基于深度學(xué)習(xí)算法來實現(xiàn)一個自動預(yù)測維護系統(tǒng)。

（3）利用APROL平臺的JasperReports軟件可以根據(jù)用戶需求和偏好量身定做報表系統(tǒng)。

因此，在現(xiàn)場完全可以借助于現(xiàn)有控制系統(tǒng)或平臺進(jìn)行功能的擴展來實現(xiàn)IIoT的任務(wù)，而且，這里自動化廠商所提供的開放架構(gòu)的平臺也會優(yōu)勢更為明顯—因為它直連物理的機器與系統(tǒng)。

虛擬遇見現(xiàn)實—闡述數(shù)字孿生的意義

在虛擬遇見現(xiàn)實—虛擬現(xiàn)實這篇文章中，對于數(shù)字孿生所帶來的商業(yè)價值進(jìn)行了解析，可以用于以下幾個場景：

伴隨整個生命周期，從概念規(guī)劃到售后服務(wù)，早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷必要的修改，避免物理原型的損失；

生產(chǎn)過程的仿真，例如：對傳送帶上的產(chǎn)品在產(chǎn)線上的運動過程進(jìn)行仿真，有助于盡早發(fā)現(xiàn)潛在的

碰撞，通過與IndustrialPhysics的合作，采用其集成的實時物理引擎，可以對動態(tài)行為進(jìn)行三維仿真，影響物料流的所有作用力都可以通過數(shù)字孿生進(jìn)行測試，并可以進(jìn)行視覺反饋。

易于實現(xiàn)：通過將CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入，即可輕松創(chuàng)建數(shù)字孿生，數(shù)字孿生可以用于測試運動配置、組件

和代碼對機器的影響。

虛擬現(xiàn)實：IndustrialPhysics可以提供VR/AR頭顯的選項，這樣開發(fā)人員可以在仿真運行時評估過

程，而且從控制器中實時獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)行查看。

虛擬調(diào)試：你可以在虛擬的模型中進(jìn)行調(diào)試，而且在虛擬環(huán)境中進(jìn)行不斷的原型迭代。

圖4-通過構(gòu)建數(shù)字孿生來實現(xiàn)并行開發(fā)

控制柜中的數(shù)字分身：在控制柜中的數(shù)字可用于構(gòu)建預(yù)測性維護、故障報告、遠(yuǎn)程維護系統(tǒng)。

操作過程中的洞見可以反饋到開發(fā)系統(tǒng)中

數(shù)字孿生作為服務(wù)：數(shù)字孿生用于初始驗證和集成測試，使得整個開發(fā)過程具有可預(yù)見性，可實現(xiàn)

高效管理，也能在團隊之間進(jìn)行交流。

輕松管理你的機器-為什么要采用云？

“云解決方案能夠提供什么是我無法通過遠(yuǎn)程訪問獲得的？”—這很重要，因為，很多用戶的確在這里困惑，因為所謂的云平臺的很多任務(wù)在遠(yuǎn)程訪問種是可以實現(xiàn)的。

圖5-通過云連接實現(xiàn)數(shù)字化集成與訪問

遠(yuǎn)程訪問僅看到你機器HMI上可以看到的內(nèi)容，而云則可以更為深入，貝加萊的APM(Asset Performance Monitor)為應(yīng)用開啟了無數(shù)可能性，這包括以下一些方面：

圖6-通過智能終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化

（1）全天候采集機器數(shù)據(jù)，提供了機器集群的全局視圖；通過比較不同機器的運行，分析不足之處，從而對機器實現(xiàn)改進(jìn)；

（2）新的業(yè)務(wù)模式：可以為End User提供更為早期的預(yù)警與售后服務(wù)；也可以為機器的升級提供服務(wù)能力，包括工藝的升級、軟件的升級等服務(wù)能力。

（3）強大的幕后團隊：為什么要采用云服務(wù)架構(gòu)？實際上，對于OEM和End User來說，都不是IT架構(gòu)專家，而像IT服務(wù)企業(yè)則利用其在全球分布的云計算、數(shù)據(jù)中心來提供連接，快捷、低成本，這就是滿足經(jīng)濟性的需求，就可以真正被用起來。貝加萊的APM基于ABB Ability平臺，由貝加萊的母公司提供，而Microsoft Azure則是Ability的支撐架構(gòu)，這使得OEM無需考慮系統(tǒng)的擴展性，不會因為您的公司規(guī)模大小而受到限制，尤其對于小型企業(yè)，無需自建一個云服務(wù)架構(gòu)。

幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)故障響應(yīng)-讓服務(wù)變得簡單

對于機器制造商來說，其分布在全國乃至全球的機器需要一個快速的響應(yīng)—這關(guān)系到自身的用戶體驗，而通過一個安全的遠(yuǎn)程維護系統(tǒng)，像Maximator這樣的高壓氣體及流體泵、閥門等的制造商，他們就可以解決這些服務(wù)問題。

圖7-貝加萊安全遠(yuǎn)程維護

對于Maximator公司來說，他們以前需要工程師前往現(xiàn)場，而通過SRM，他們可以在數(shù)分鐘時間就查看到故障問題，通過SRM他們還可以為遠(yuǎn)程的機器提供工藝編程升級，他們可以為用戶發(fā)現(xiàn)尚未覺察的問題。

對于SRM來說，僅需增加的設(shè)備就是一個SiteManager，這個可以通過簡單的幾步安裝，然后LinkManager部署于工程師的筆記本端，而GateManager則部署在云端的一個軟件，這樣就可以借助于無所不在的云連接來提供給End User的遠(yuǎn)程服務(wù)。

認(rèn)真對待藥品序列化

為了解決假藥的問題，歐盟要求藥品的包裝設(shè)備必須進(jìn)行強制的序列化和驗證的要求，包裝線必須采用專用設(shè)備打印和驗證產(chǎn)品的二維碼。

在這個案例中Intrex主要提供制藥市場的設(shè)備，這個要求在于FDA 21CFR Part 11法規(guī)的要求，在制藥領(lǐng)域，該法規(guī)規(guī)定了所有電子存儲數(shù)據(jù)的文檔及其防篡改的需求，對于HMI而言，意味著報警、審計追蹤和用戶賬戶的管理功能。

圖8-制藥行業(yè)的審計追蹤需求

在Intrex的機器中，mapp的幾個模塊mapp User、mapp Audit起到了關(guān)鍵作用，mappUser能夠快速設(shè)置系統(tǒng)的管理用戶賬戶，訪問權(quán)限和密碼，而mapp Audit則記錄機器上發(fā)生的事件，任何試圖進(jìn)行的未經(jīng)授權(quán)的訪問或變更都會被記錄，并以不可篡改的PDF保存在本地或上傳服務(wù)器，也可以發(fā)送郵件。

通過這個組件，就可以快速的讓機器滿足FDA的認(rèn)證需求。

評論

像FDA 21 CFR part 11這種合規(guī)性的數(shù)字化追溯系統(tǒng)，一般都需要通過認(rèn)證，而且與物理的機器上的HMI操作緊密相關(guān)，因此，通常需要由具有產(chǎn)業(yè)認(rèn)證的自動化廠商來實施比較妥當(dāng)。

Automotion雜志體現(xiàn)了貝加萊一貫的“Perfection in Automation”的追求，無論在產(chǎn)品技術(shù)上，還是在一本雜志上，它都是追求最為完美的用戶體驗，每篇文章都是一個故事的形式闡述，娓娓道來，而且經(jīng)常會讓人受到啟發(fā)—領(lǐng)先的制造商是如何理解系統(tǒng)的設(shè)計并實踐的？

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圖9-Automotion往期雜志

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