工業(yè)的未來在哪里?

導(dǎo)? 讀：除了傳統(tǒng)意義上工業(yè)追求的效率和成本，柔性也對制造企業(yè)越來越重要。為了進一步提高效率、降低成本、增加柔性，“數(shù)字化”成為工業(yè)企業(yè)踏上更高臺階的必由之路。

對于任何一家志在未來始終保持著競爭力的工業(yè)企業(yè)來說，都會思考這樣一個問題——工業(yè)的未來在哪里？這是一個很大的問題，要想回答這個問題，不如先來看看當(dāng)前市場的痛點在哪里。

近的來說，2020 年突如其來的疫情“黑天鵝”催生了人們對口罩的爆發(fā)式需求，所以很多設(shè)備制造商希望能夠快速地生產(chǎn)出口罩機來響應(yīng)市場需求，這就為工廠研發(fā)、推出產(chǎn)品的速度帶來了極高挑戰(zhàn)；遠的來看，即使在沒有疫情的過去幾年，市場對于定制化產(chǎn)品的需求也是越來越多，尤其是互聯(lián)網(wǎng)原生一代，希望自己擁有的手機、汽車等都與眾不同，這又對產(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，柔性也對制造企業(yè)越來越重要。為了進一步提高效率、降低成本、增加柔性，“數(shù)字化”成為工業(yè)企業(yè)踏上更高臺階的必由之路。

那么數(shù)字化到底能實現(xiàn)什么？被數(shù)字化賦能的工業(yè)未來又是什么樣的？在近日舉辦的西門子數(shù)字化工業(yè)集團工廠自動化事業(yè)部的媒體沙龍上，西門子（中國）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團副總裁兼工廠自動化事業(yè)部總經(jīng)理衛(wèi)岳歌先生和西門子（中國）有限公司工廠自動化事業(yè)部未來自動化技術(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化事業(yè)部的業(yè)務(wù)和先進技術(shù)，并分享了對工業(yè)未來的獨到見解。

產(chǎn)品、生產(chǎn)、性能的數(shù)字化雙胞胎

2019 財年，西門子在中國的總營收達到 84 億歐元，中國是西門子在全球的第二大市場；而對工廠自動化來說，中國則是其全世界最大的市場。

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

全集成自動化（TIA）是西門子在工廠自動化領(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 到橋接人與機器之間交互窗口 HMI；從能夠在工業(yè)現(xiàn)場處理大量數(shù)據(jù)的 IPC 到統(tǒng)一的編程組態(tài)軟件 TIA 博途平臺；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)場層、控制層、操作員層到管理層的設(shè)備和系統(tǒng)，實現(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)幫助無數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)工廠向自動化工廠的轉(zhuǎn)變。

?西門子 SIMATIC 產(chǎn)品家族

如今，工廠面對著從自動化向數(shù)字化進一步升級的需求，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)實世界對應(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，可能先要通過木頭來刻出一個產(chǎn)品雛形?，F(xiàn)在，這一切都可以通過數(shù)字化的方式在電腦中進行虛擬設(shè)計。無論是一個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)計過程——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”并不是簡單的 3D 模型，而是和現(xiàn)實世界發(fā)生的變化完全保持同步。這樣一來，相關(guān)人員就可以在虛擬世界里平行地對整條生產(chǎn)線進行設(shè)計、調(diào)試和優(yōu)化。例如西門子 Process Simulate 軟件可以做到對設(shè)計過程和工藝布局的虛擬仿真。通過西門子虛擬控制器 PLC SIM Advanced，工程師能夠直接對虛擬產(chǎn)線下達邏輯控制命令，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)場那樣運轉(zhuǎn)起來。這就是“生產(chǎn)的數(shù)字化雙胞胎”。

最后，工廠在制造過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，如果能通過軟件在虛擬世界里進行一些人工智能分析，然后反饋到產(chǎn)品設(shè)計和工廠設(shè)計當(dāng)中，就能形成整個生產(chǎn)過程價值的閉環(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)與制造過程以及工廠管理的完整價值鏈上提供“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)，首先通過軟件對口罩機進行設(shè)計，同時對口罩機在虛擬環(huán)境下進行調(diào)試，從而大大加快其推向市場的速度。

工業(yè)邊緣計算+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，越來越多的新技術(shù)正在與工業(yè)找到新的結(jié)合點，從而擦出前所未有的火花，邊緣計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)邊緣計算如何讓當(dāng)前的工業(yè)自動化變得更好。

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

火了這么久，相信大家都對邊緣計算的概念并不陌生。對于一些 OEM 廠商來說，出于對數(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，而邊緣計算能夠在靠近設(shè)備端的地方就近處理數(shù)據(jù)，具有時延低、安全等顯著優(yōu)勢。

但王超博士卻分享了邊緣計算的另一個獨特優(yōu)勢，即讓企業(yè)在車間層級開發(fā)和維護新應(yīng)用的成本大幅降低。沒有邊緣計算之前，相關(guān)人員在工廠車間層進行應(yīng)用開發(fā)和維護成本非常高，只有將自動化和 IT 技術(shù)融會貫通的人，才能在這個層級開發(fā)出更好的應(yīng)用。事實上，很多自動化工程師對 SCADA、TIA 博途、I/O 之類的底層語言和知識比較熟悉，但這些對于 IT 專家而言無異于“天書”，他們會更習(xí)慣于用諸如 JAVA、Python 等在內(nèi)的高階語言來做數(shù)據(jù)應(yīng)用的開發(fā)。現(xiàn)在，邊緣計算提供了一個比較好的平臺，能夠把這兩種人員的優(yōu)勢結(jié)合在一起，讓自動化的人在底層可以更好地用自動化語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)之后來進行數(shù)據(jù)分析。

王超博士表示：“邊緣計算提供了一個非常好的載體，在這個載體之上，我們會思考什么樣的應(yīng)用未來會變成邊緣計算上的主流應(yīng)用，而人工智能類應(yīng)用就是我們選裝的方向。”在他看來，將邊緣計算和人工智能結(jié)合，會產(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)的時候，其中的邏輯規(guī)則都是基于專家對其的理解來做定義。但是人腦所能考慮的條件畢竟有限，涉及的影響因素越多，由人來定義規(guī)則就會遇到越大挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，我們可以通過引入機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的方式，對控制邏輯背后隱藏的規(guī)則進行分析和推演，從而進一步提升控制的準(zhǔn)確度和精度。

在分享中，王超博士還介紹了一些案例來說明邊緣計算疊加人工智能給工業(yè)領(lǐng)域帶來的驚喜。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 板在焊接的時候會有很多的錫珠。成都工廠為了保證質(zhì)量，配備了自動化光學(xué)檢測設(shè)備。這些設(shè)備為了要確保沒有任何缺陷樣本流入后續(xù)環(huán)節(jié)或市場，所做的檢測非常苛刻。在這種苛刻的檢測下，就會出現(xiàn)“假錯”的情況，從而造成很多成本上的浪費。為了避免這種情況的發(fā)生，需要增加人工復(fù)檢臺把“假錯”甄別出來，一般 80%的情況會是“假錯”，由此可想這種方式會對成本和效率有所影響?，F(xiàn)在，西門子通過 AI 的方法把人工復(fù)檢臺替換掉，通過 AI 把“假錯”甄別出來，再通過自動化方法把產(chǎn)品送回生產(chǎn)線。這樣一方面可以減少重復(fù)性勞動，另一方面也可以提高生產(chǎn)效率。

數(shù)字化雙胞胎、邊緣計算、人工智能，這些技術(shù)從不同方面展示了工業(yè)的未來，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。