機械自動(dòng)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(hù)中分享各自的案例以及前沿的自動(dòng)化科技。

為什么說(shuō)它是一個(gè)寶藏？

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

• 產(chǎn)業(yè)的挑戰是什么？面對的難題和競爭是什么？

• 為什么要這樣設計系統？

• 用什么方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？

• 它有哪些創(chuàng )新？

• 有哪些經(jīng)驗可以分享？ 

前沿概念來(lái)自現場(chǎng)，而不是理論

在A(yíng)utomotion中您也會(huì )看到“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”、“人工智能”、“智能制造”這些概念，但是，與當今產(chǎn)業(yè)很多停留于概念的討論和炒作不同，它以每個(gè)用戶(hù)遇到的挑戰、解決問(wèn)題、實(shí)際的工程實(shí)踐為背景進(jìn)行了闡述—這至關(guān)重要，即，它來(lái)自于真正的現場(chǎng)需求和方案。 

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

• 您在全球的同行的發(fā)展動(dòng)態(tài)；

• 如何理解不同行業(yè)的機器設計思路，它能帶給我們哪些啟發(fā)？

• 如何理解自動(dòng)化軟件、平臺的意義？

• 從實(shí)際案例中理解數字化、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(gè)“數字化”案例來(lái)看國外的機器制造商如何思考和應用先進(jìn)技術(shù)，為用戶(hù)提供額外的附加值，并給自身帶來(lái)哪些提升？

本期導讀

簡(jiǎn)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，將機器與機器人集成，可以簡(jiǎn)化系統的結構，一個(gè)控制器、一個(gè)HMI、一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，這得益于今天控制系統的強大任務(wù)處理能力，以及軟件的集成標準與接口，使得傳統上機器控制與機器人分屬兩個(gè)獨立領(lǐng)域成為了可能。

它是如何實(shí)現的？

有哪些好處？

圖1-機器控制與機器人、輸送系統整體集成

集成視覺(jué)-保證過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量

傳統的視覺(jué)系統往往是獨立的架構，而貝加萊推進(jìn)了“集成視覺(jué)”架構，它的設計來(lái)自于一貫的“集成自動(dòng)化”思想，即，視覺(jué)作為一個(gè)自動(dòng)化組件融入到系統中，它帶來(lái)的好處有很多：

（1）與PLC、運動(dòng)控制在程序上耦合，直接在A(yíng)utomation 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(jué)帶來(lái)更高的效率，成本也更低；

（3）免校準降低了應用中的成本。

在本期中，以一個(gè)標簽印刷機的用戶(hù)在采用貝加萊集成視覺(jué)闡述如何快速的配置了系統，并實(shí)現在智能移動(dòng)終端上實(shí)現對視覺(jué)的數據的訪(fǎng)問(wèn)。

圖2-基于Web技術(shù)的視覺(jué)訪(fǎng)問(wèn)

像大師一樣銑削

企業(yè)為何要進(jìn)行這些數字化升級？并如何思考在這個(gè)轉型過(guò)程中的問(wèn)題，德國Dorst技術(shù)的這篇案例，他們發(fā)現一個(gè)問(wèn)題，就是對于 數字化轉型，來(lái)自IT領(lǐng)域的軟件廠(chǎng)商無(wú)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(dòng)化的平臺，作為一個(gè)中間層，一方面，對上與IT系統之間有開(kāi)放的數據庫連接，而對下由APROL提供了各種現場(chǎng)總線(xiàn)的連接能力，這些是自動(dòng)化廠(chǎng)商本身所具有的優(yōu)勢，即，與現場(chǎng)的銜接能力，而由能借助于IT技術(shù)升級自身的數字化平臺。

圖3-金屬粉末壓機

在本案例中，本地控制器的數據可以在邊緣控制器上進(jìn)行檢查并預處理，過(guò)濾相關(guān)和驗證過(guò)的數據，減少后續步驟所需的數據處理量，還可以在報警、錯誤或停止等事件觸發(fā)下記錄某些數據，不同時(shí)間的多個(gè)處理步驟中的數據也可以映射到零件號上—就可以將壓制過(guò)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(dòng)化廠(chǎng)商提供的數據完全可以進(jìn)行內部關(guān)聯(lián)分析與匹配。

另外，利用現有的軟件平臺的處理功能，僅需少量編程就可以實(shí)現對機器與過(guò)程數據的無(wú)縫記錄，例如：

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

（2）通過(guò)漏油量的查看來(lái)發(fā)現液壓泵的剩余壽命，還使用基于深度學(xué)習算法來(lái)實(shí)現一個(gè)自動(dòng)預測維護系統。

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

 因此，在現場(chǎng)完全可以借助于現有控制系統或平臺進(jìn)行功能的擴展來(lái)實(shí)現IIoT的任務(wù)，而且，這里自動(dòng)化廠(chǎng)商所提供的開(kāi)放架構的平臺也會(huì )優(yōu)勢更為明顯—因為它直連物理的機器與系統。

虛擬遇見(jiàn)現實(shí)—闡述數字孿生的意義

在虛擬遇見(jiàn)現實(shí)—虛擬現實(shí)這篇文章中，對于數字孿生所帶來(lái)的商業(yè)價(jià)值進(jìn)行了解析，可以用于以下幾個(gè)場(chǎng)景：

• 伴隨整個(gè)生命周期，從概念規劃到售后服務(wù)，早期發(fā)現設計缺陷必要的修改，避免物理原型的損失；

• 生產(chǎn)過(guò)程的仿真，例如：對傳送帶上的產(chǎn)品在產(chǎn)線(xiàn)上的運動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真，有助于盡早發(fā)現潛在的

碰撞，通過(guò)與IndustrialPhysics的合作，采用其集成的實(shí)時(shí)物理引擎，可以對動(dòng)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(guò)數字孿生進(jìn)行測試，并可以進(jìn)行視覺(jué)反饋。

• 易于實(shí)現：通過(guò)將CAD數據導入，即可輕松創(chuàng )建數字孿生，數字孿生可以用于測試運動(dòng)配置、組件

和代碼對機器的影響。

• 虛擬現實(shí)：IndustrialPhysics可以提供VR/AR頭顯的選項，這樣開(kāi)發(fā)人員可以在仿真運行時(shí)評估過(guò)

程，而且從控制器中實(shí)時(shí)獲得數據，進(jìn)行查看。

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

   

圖4-通過(guò)構建數字孿生來(lái)實(shí)現并行開(kāi)發(fā) 

• 控制柜中的數字分身：在控制柜中的數字可用于構建預測性維護、故障報告、遠程維護系統。

• 操作過(guò)程中的洞見(jiàn)可以反饋到開(kāi)發(fā)系統中

• 數字孿生作為服務(wù)：數字孿生用于初始驗證和集成測試，使得整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程具有可預見(jiàn)性，可實(shí)現

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(wú)法通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)獲得的？”—這很重要，因為，很多用戶(hù)的確在這里困惑，因為所謂的云平臺的很多任務(wù)在遠程訪(fǎng)問(wèn)種是可以實(shí)現的。

圖5-通過(guò)云連接實(shí)現數字化集成與訪(fǎng)問(wèn)

遠程訪(fǎng)問(wèn)僅看到你機器HMI上可以看到的內容，而云則可以更為深入，貝加萊的APM(Asset Performance Monitor)為應用開(kāi)啟了無(wú)數可能性，這包括以下一些方面：

圖6-通過(guò)智能終端實(shí)現數據可視化

 （1）全天候采集機器數據，提供了機器集群的全局視圖；通過(guò)比較不同機器的運行，分析不足之處，從而對機器實(shí)現改進(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？實(shí)際上，對于OEM和End User來(lái)說(shuō)，都不是IT架構專(zhuān)家，而像IT服務(wù)企業(yè)則利用其在全球分布的云計算、數據中心來(lái)提供連接，快捷、低成本，這就是滿(mǎn)足經(jīng)濟性的需求，就可以真正被用起來(lái)。貝加萊的APM基于A(yíng)BB Ability平臺，由貝加萊的母公司提供，而Microsoft Azure則是Ability的支撐架構，這使得OEM無(wú)需考慮系統的擴展性，不會(huì )因為您的公司規模大小而受到限制，尤其對于小型企業(yè)，無(wú)需自建一個(gè)云服務(wù)架構。 

幾分鐘內實(shí)現故障響應-讓服務(wù)變得簡(jiǎn)單

對于機器制造商來(lái)說(shuō)，其分布在全國乃至全球的機器需要一個(gè)快速的響應—這關(guān)系到自身的用戶(hù)體驗，而通過(guò)一個(gè)安全的遠程維護系統，像Maximator這樣的高壓氣體及流體泵、閥門(mén)等的制造商，他們就可以解決這些服務(wù)問(wèn)題。

圖7-貝加萊安全遠程維護

對于Maximator公司來(lái)說(shuō)，他們以前需要工程師前往現場(chǎng)，而通過(guò)SRM，他們可以在數分鐘時(shí)間就查看到故障問(wèn)題，通過(guò)SRM他們還可以為遠程的機器提供工藝編程升級，他們可以為用戶(hù)發(fā)現尚未覺(jué)察的問(wèn)題。 

對于SRM來(lái)說(shuō)，僅需增加的設備就是一個(gè)SiteManager，這個(gè)可以通過(guò)簡(jiǎn)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(gè)軟件，這樣就可以借助于無(wú)所不在的云連接來(lái)提供給End User的遠程服務(wù)。

認真對待藥品序列化

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

在這個(gè)案例中Intrex主要提供制藥市場(chǎng)的設備，這個(gè)要求在于FDA 21CFR Part 11法規的要求，在制藥領(lǐng)域，該法規規定了所有電子存儲數據的文檔及其防篡改的需求，對于HMI而言，意味著(zhù)報警、審計追蹤和用戶(hù)賬戶(hù)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(gè)模塊mapp User、mapp Audit起到了關(guān)鍵作用，mappUser能夠快速設置系統的管理用戶(hù)賬戶(hù)，訪(fǎng)問(wèn)權限和密碼，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)授權的訪(fǎng)問(wèn)或變更都會(huì )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(guò)這個(gè)組件，就可以快速的讓機器滿(mǎn)足FDA的認證需求。

評論

像FDA 21 CFR part 11這種合規性的數字化追溯系統，一般都需要通過(guò)認證，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)認證的自動(dòng)化廠(chǎng)商來(lái)實(shí)施比較妥當。

Automotion雜志體現了貝加萊一貫的“Perfection in Automation”的追求，無(wú)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(hù)體驗，每篇文章都是一個(gè)故事的形式闡述，娓娓道來(lái)，而且經(jīng)常會(huì )讓人受到啟發(fā)—領(lǐng)先的制造商是如何理解系統的設計并實(shí)踐的？ 

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1.在知識講堂中閱讀—在線(xiàn)閱讀

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圖9-Automotion往期雜志

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關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創(chuàng )新驅動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團全球機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶(hù)提供機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續的創(chuàng )新精神，為客戶(hù)提供更為簡(jiǎn)化以及超出預期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。