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機(jī)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(cè)，用于在貝加萊的用戶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、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(jì)“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(zhàn)是什么？面對(duì)的難題和競(jìng)爭(zhēng)是什么？

• 為什么要這樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)？

• 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(yàn)可以分享？ 

前沿概念來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)，而不是理論

在Automotion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(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(gè)用戶遇到的挑戰(zhàn)、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(xiàn)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(jī)器設(shè)計(jì)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(tái)的意義？

• 從實(shí)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(gè)“數(shù)字化”案例來(lái)看國(guó)外的機(jī)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(lái)哪些提升？

本期導(dǎo)讀

簡(jiǎn)單機(jī)器-機(jī)器人集成

在2019年貝加萊推出MCR-機(jī)器中心的機(jī)器人架構(gòu)，將機(jī)器與機(jī)器人集成，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，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(tǒng)的強(qiáng)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(jī)器控制與機(jī)器人分屬兩個(gè)獨(dú)立領(lǐng)域成為了可能。

它是如何實(shí)現(xiàn)的？

有哪些好處？

圖1-機(jī)器控制與機(jī)器人、輸送系統(tǒng)整體集成

集成視覺-保證過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量

傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)往往是獨(dú)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(jì)來(lái)自于一貫的“集成自動(dòng)化”思想，即，視覺作為一個(gè)自動(dòng)化組件融入到系統(tǒng)中，它帶來(lái)的好處有很多：

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

（2）同步的視覺帶來(lái)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(gè)標(biāo)簽印刷機(jī)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(shí)現(xiàn)在智能移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺的數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。

圖2-基于Web技術(shù)的視覺訪問(wèn)

像大師一樣銑削

企業(yè)為何要進(jìn)行這些數(shù)字化升級(jí)？并如何思考在這個(gè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中的問(wèn)題，德國(guó)Dorst技術(shù)的這篇案例，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是對(duì)于 數(shù)字化轉(zhuǎn)型，來(lái)自IT領(lǐng)域的軟件廠商無(wú)法提供在機(jī)器與軟件之間的經(jīng)驗(yàn)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(tái)，作為一個(gè)中間層，一方面，對(duì)上與IT系統(tǒng)之間有開放的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，而對(duì)下由APROL提供了各種現(xiàn)場(chǎng)總線的連接能力，這些是自動(dòng)化廠商本身所具有的優(yōu)勢(shì)，即，與現(xiàn)場(chǎng)的銜接能力，而由能借助于IT技術(shù)升級(jí)自身的數(shù)字化平臺(tái)。

圖3-金屬粉末壓機(jī)

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(guò)濾相關(guān)和驗(yàn)證過(guò)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(bào)警、錯(cuò)誤或停止等事件觸發(fā)下記錄某些數(shù)據(jù)，不同時(shí)間的多個(gè)處理步驟中的數(shù)據(jù)也可以映射到零件號(hào)上—就可以將壓制過(guò)程中的力與零件的測(cè)量相互關(guān)聯(lián)。

我們可以看到，由自動(dòng)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(tái)的處理功能，僅需少量編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器與過(guò)程數(shù)據(jù)的無(wú)縫記錄，例如：

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

（2）通過(guò)漏油量的查看來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)預(yù)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)。

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

 因此，在現(xiàn)場(chǎng)完全可以借助于現(xiàn)有控制系統(tǒng)或平臺(tái)進(jìn)行功能的擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)IIoT的任務(wù)，而且，這里自動(dòng)化廠商所提供的開放架構(gòu)的平臺(tái)也會(huì)優(yōu)勢(shì)更為明顯—因?yàn)樗边B物理的機(jī)器與系統(tǒng)。

虛擬遇見現(xiàn)實(shí)—闡述數(shù)字孿生的意義

在虛擬遇見現(xiàn)實(shí)—虛擬現(xiàn)實(shí)這篇文章中，對(duì)于數(shù)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(guī)劃到售后服務(wù)，早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(duì)傳送帶上的產(chǎn)品在產(chǎn)線上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真，有助于盡早發(fā)現(xiàn)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(duì)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(shù)字孿生進(jìn)行測(cè)試，并可以進(jìn)行視覺反饋。

• 易于實(shí)現(xiàn)：通過(guò)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(cè)試運(yùn)動(dòng)配置、組件

和代碼對(duì)機(jī)器的影響。

• 虛擬現(xiàn)實(shí)：IndustrialPhysics可以提供VR/AR頭顯的選項(xiàng)，這樣開發(fā)人員可以在仿真運(yùn)行時(shí)評(píng)估過(guò)

程，而且從控制器中實(shí)時(shí)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(guò)構(gòu)建數(shù)字孿生來(lái)實(shí)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(cè)性維護(hù)、故障報(bào)告、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)。

• 操作過(guò)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(yàn)證和集成測(cè)試，使得整個(gè)開發(fā)過(guò)程具有可預(yù)見性，可實(shí)現(xiàn)

高效管理，也能在團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行交流。

輕松管理你的機(jī)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(yuǎn)程訪問(wèn)獲得的？”—這很重要，因?yàn)椋芏嘤脩舻拇_在這里困惑，因?yàn)樗^的云平臺(tái)的很多任務(wù)在遠(yuǎn)程訪問(wèn)種是可以實(shí)現(xiàn)的。

圖5-通過(guò)云連接實(shí)現(xiàn)數(shù)字化集成與訪問(wèn)

遠(yuǎn)程訪問(wèn)僅看到你機(jī)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(wú)數(shù)可能性，這包括以下一些方面：

圖6-通過(guò)智能終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化

 （1）全天候采集機(jī)器數(shù)據(jù)，提供了機(jī)器集群的全局視圖；通過(guò)比較不同機(jī)器的運(yùn)行，分析不足之處，從而對(duì)機(jī)器實(shí)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(jī)器的升級(jí)提供服務(wù)能力，包括工藝的升級(jí)、軟件的升級(jí)等服務(wù)能力。

（3）強(qiáng)大的幕后團(tuán)隊(duì)：為什么要采用云服務(wù)架構(gòu)？實(shí)際上，對(duì)于OEM和End User來(lái)說(shuō)，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(jì)算、數(shù)據(jù)中心來(lái)提供連接，快捷、低成本，這就是滿足經(jīng)濟(jì)性的需求，就可以真正被用起來(lái)。貝加萊的APM基于ABB Ability平臺(tái)，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(wú)需考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性，不會(huì)因?yàn)槟墓疽?guī)模大小而受到限制，尤其對(duì)于小型企業(yè)，無(wú)需自建一個(gè)云服務(wù)架構(gòu)。 

幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障響應(yīng)-讓服務(wù)變得簡(jiǎn)單

對(duì)于機(jī)器制造商來(lái)說(shuō)，其分布在全國(guó)乃至全球的機(jī)器需要一個(gè)快速的響應(yīng)—這關(guān)系到自身的用戶體驗(yàn)，而通過(guò)一個(gè)安全的遠(yuǎn)程維護(hù)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(wèn)題。

圖7-貝加萊安全遠(yuǎn)程維護(hù)

對(duì)于Maximator公司來(lái)說(shuō)，他們以前需要工程師前往現(xiàn)場(chǎng)，而通過(guò)SRM，他們可以在數(shù)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(yuǎn)程的機(jī)器提供工藝編程升級(jí)，他們可以為用戶發(fā)現(xiàn)尚未覺察的問(wèn)題。 

對(duì)于SRM來(lái)說(shuō)，僅需增加的設(shè)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(yuǎn)程服務(wù)。

認(rèn)真對(duì)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(shè)備必須進(jìn)行強(qiáng)制的序列化和驗(yàn)證的要求，包裝線必須采用專用設(shè)備打印和驗(yàn)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(shè)備，這個(gè)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(chǔ)數(shù)據(jù)的文檔及其防篡改的需求，對(duì)于HMI而言，意味著報(bào)警、審計(jì)追蹤和用戶賬戶的管理功能。

 圖8-制藥行業(yè)的審計(jì)追蹤需求

在Intrex的機(jī)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(shè)置系統(tǒng)的管理用戶賬戶，訪問(wèn)權(quán)限和密碼，而mapp Audit則記錄機(jī)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(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(jī)器滿足FDA的認(rèn)證需求。

評(píng)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(guò)認(rèn)證，而且與物理的機(jī)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(dòng)化廠商來(lái)實(shí)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(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體驗(yàn)，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(tǒng)的設(shè)計(jì)并實(shí)踐的？ 

您如何獲得Automotion雜志？

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圖9-Automotion往期雜志

2.在百度網(wǎng)盤中下載的二維碼

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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(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)全球機(jī)器與工廠自動(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(dǎo)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)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(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(xù)的創(chuàng)新精神，為客戶提供更為簡(jiǎn)化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。