為什么工業(yè)軟件突然變得熱門？

最近幾年里，工業(yè)軟件變得非常熱門，其大邏輯在于制造業(yè)的創(chuàng)新需求背景下產(chǎn)生的，是一種從做大到做強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，從粗放到精益的轉(zhuǎn)變。

為什么就這個(gè)時(shí)段被看重了？

※真正的創(chuàng)新需求：不存在不燒錢的創(chuàng)新，制造創(chuàng)新并不需要“發(fā)明”而是“工程”創(chuàng)新，制造業(yè)創(chuàng)新難在“實(shí)證”，即測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，必須要在物理對(duì)象上進(jìn)行驗(yàn)證，而這個(gè)驗(yàn)證的代價(jià)極其昂貴，因此，如果能夠通過(guò)將這些前人已經(jīng)進(jìn)行過(guò)的驗(yàn)證以軟件形式封裝，那么，就可以降低物理驗(yàn)證的成本。

而大量的工業(yè)仿真類軟件的作用正在于此，他們將已經(jīng)前人進(jìn)行過(guò)的大量重復(fù)工作變?yōu)榭杀粡?fù)用的模塊、功能、程序，這減少了在不必要的任務(wù)上的時(shí)間，而使得用戶在更為有價(jià)值的創(chuàng)新上消耗。

※個(gè)性化需求：對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，單一的配置參數(shù)即可滿足數(shù)月乃至年的生產(chǎn)任務(wù)，盡管在初始會(huì)產(chǎn)生測(cè)試?yán)速M(fèi)，但對(duì)大批量來(lái)說(shuō)可以接受，但在個(gè)性化時(shí)代，這個(gè)頻繁的換型帶來(lái)浪費(fèi)大幅增長(zhǎng)，對(duì)于企業(yè)則無(wú)法承受。

※“一機(jī)多能”需求：對(duì)于機(jī)器制造商而言，要滿足個(gè)性化的生產(chǎn)需求，本身也需要具有“一機(jī)多

能”，具有廣泛的材料、流程、范圍的適用性，才能贏得競(jìng)爭(zhēng)，而這種“一機(jī)多能”則需要機(jī)器具有自適應(yīng)能力，而這種自適應(yīng)能力，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，就是軟件智能。

※軟件關(guān)乎成本: 在標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中，產(chǎn)線的投資也會(huì)按照折舊分?jǐn)偡绞浇o每個(gè)產(chǎn)品，因此，當(dāng)產(chǎn)量越大

的時(shí)候，這個(gè)成本將會(huì)被稀釋，其它成本也會(huì)同樣道理被稀釋。這同樣符合軟件的投入，當(dāng)核心的工藝被復(fù)用，那么，前期的人員、測(cè)試驗(yàn)證的成本等等都會(huì)被稀釋，另外，知識(shí)被封裝為軟件，也加速了機(jī)器的開(kāi)發(fā)效率，這同樣是成本的節(jié)省，如圖1所示，工業(yè)軟件在測(cè)試驗(yàn)證成本、機(jī)器研發(fā)周期縮短、知識(shí)復(fù)用的成本稀釋方面，都為機(jī)器制造商帶來(lái)了成本的節(jié)省。

 

圖1-軟件關(guān)乎成本

工業(yè)軟件的本質(zhì)是知識(shí)復(fù)用

事實(shí)上，工業(yè)軟件的本質(zhì)是知識(shí)復(fù)用，包含了制造相關(guān)的機(jī)電控制、流程、材料工藝，以及工具平臺(tái)本身的知識(shí)。圖2顯示了工業(yè)軟件的形成過(guò)程，隱性或顯性知識(shí)被以建模方式形成算法，然后經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證的工程（Engineering）最終封裝成為可復(fù)用的軟件模塊。

 

圖2-智能的本質(zhì)在于知識(shí)的復(fù)用

而工業(yè)軟件之難在于它與物理對(duì)象的緊密耦合關(guān)系，這需要工匠的耐心長(zhǎng)期打磨沉淀，因此它的價(jià)值來(lái)自于產(chǎn)業(yè)的專家、技師的知識(shí)凝聚。而建模的方法也包括了物理建模（Physics-based Modeling）和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模（Data-Driven Modeling）兩種，無(wú)論哪種最終都是需要大量測(cè)試驗(yàn)證的，而這個(gè)環(huán)節(jié)就是非常燒錢的。

綜上，很多人也許會(huì)覺(jué)得奇怪，那么“建模仿真”、“知識(shí)復(fù)用”、“工業(yè)軟件”也并非新鮮，因何今天才開(kāi)始變得重要？這其實(shí)包含了幾個(gè)方面的原因：

（1）需求產(chǎn)生了巨大的變化：大規(guī)模生產(chǎn)，依賴于人工經(jīng)驗(yàn)的試湊法是可行的，因?yàn)橐坏C(jī)器設(shè)置好參數(shù)，會(huì)有持續(xù)的大批量生產(chǎn)。但小批量生產(chǎn)這種試湊帶來(lái)的開(kāi)機(jī)浪費(fèi)難以承受。

（2）通過(guò)數(shù)據(jù)建模的方法，在過(guò)去一直有算力和成本的障礙，而今天軟件與芯片技術(shù)已經(jīng)降低了這個(gè)門檻。

（3）中國(guó)整體產(chǎn)業(yè)從代工到自主產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型，即，我們不是以“生產(chǎn)”而要包含自主創(chuàng)新的產(chǎn)品，并由自主的制造技術(shù)來(lái)支撐。

貝加萊一直是工業(yè)軟件的踐行者

不同于基于產(chǎn)品和渠道業(yè)務(wù)模式，貝加萊一直提供針對(duì)機(jī)器制造業(yè)的直接方案提供業(yè)務(wù)模式，這使得貝加萊更為深刻的理解軟件的價(jià)值，圖3是早在10余年前貝加萊即理解的軟件價(jià)值體系。

 

圖3-工業(yè)軟件價(jià)值

它包含了多個(gè)維度：

★機(jī)器開(kāi)發(fā)的平臺(tái)效率軟件之道：這是Automation Studio的核心，即，通過(guò)復(fù)用的模塊，加速機(jī)器的

開(kāi)發(fā)進(jìn)程，并提高工程師項(xiàng)目管控效率。

★行業(yè)工藝Know-How封裝：自動(dòng)化行業(yè)最大的優(yōu)勢(shì)在于多個(gè)行業(yè)的開(kāi)發(fā)，這使得共性技術(shù)，例如在

印刷薄膜、流延膜、紡紗、金屬板材開(kāi)卷，有共性的張力控制算法需求，對(duì)于注塑、擠出、單晶爐、涂布等有高速高精度溫度控制的共性需求-貝加萊將這些封裝為mapp模塊，實(shí)際上，每個(gè)用戶分享都是貝加萊在不同行業(yè)的專家的經(jīng)驗(yàn)。

★開(kāi)放的軟件連接：這包含了針對(duì)CAD/CAE、建模仿真軟件的接口能力，無(wú)論通過(guò)專用的接口，

FMU/FMI還是未來(lái)的OPC UA模型交互接口，貝加萊為機(jī)器制造商打造開(kāi)放的連接能力。

★標(biāo)準(zhǔn)化支持：PLCopen、EUROMAP規(guī)約、PackML等，都是降低開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)模塊；

★智能算法：開(kāi)放的高級(jí)語(yǔ)言支持能力，以及Hypervisor的PC架構(gòu)，支持控制系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

的建模進(jìn)行集成。

案例-軟件智能的兩個(gè)視角

在本文中，我們將通過(guò)兩個(gè)典型的案例來(lái)闡明工業(yè)自動(dòng)化軟件對(duì)于機(jī)器開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)。

01物理建模案例-燙金自適應(yīng)溫控

對(duì)于燙金來(lái)說(shuō)，燙金塊溫度控制是關(guān)鍵，但是，燙金工藝影響的因素眾多，包括環(huán)境溫度、速度、產(chǎn)品規(guī)格，而加熱板與燙金塊間有蜂窩板的間隔，這使得溫度本身具有不可測(cè)的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的解決方法都是采用“查表法”進(jìn)行溫控，通過(guò)大量測(cè)試建立記錄，這種方法需要較長(zhǎng)時(shí)間的工廠內(nèi)測(cè)試，且在現(xiàn)場(chǎng)也依賴于人的經(jīng)驗(yàn)。

 

圖4-自適應(yīng)溫度控制建模

為了解決這個(gè)難題，貝加萊的專家對(duì)整個(gè)加熱的熱傳導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行了建模，如圖4，并對(duì)其中的干擾因素燙金速度、燙金塊尺寸、環(huán)境溫度等予以納入模型。通過(guò)此模型，可以計(jì)算出燙金塊的準(zhǔn)確溫度，從而為溫度控制提供反饋，之后在控制策略中，融合前饋以補(bǔ)償干擾引發(fā)的溫度波動(dòng)。

02采用人工智能的輪胎品質(zhì)視覺(jué)檢測(cè)

在輪胎的生產(chǎn)中，內(nèi)部的加工是否合乎質(zhì)量要求，通常需要大量的檢測(cè)，通過(guò)X光檢測(cè)后，提供的圖像，由人工進(jìn)行判斷，這樣的方式耗費(fèi)體力，也依賴于經(jīng)驗(yàn)，而貝加萊的PC基于通用計(jì)算架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)的AI視覺(jué)缺陷檢測(cè)與分析。

 

圖5-基于深度學(xué)習(xí)的輪胎缺陷檢測(cè)

如圖5所示，在通過(guò)X光機(jī)獲得輪胎的成像信息后，學(xué)習(xí)系統(tǒng)將代替人工對(duì)缺陷進(jìn)行分析，因?yàn)殇摻z圈的纏繞過(guò)程中，由于機(jī)器狀態(tài)或生產(chǎn)中的異常帶來(lái)非常多的缺陷問(wèn)題，例如鋼絲圈的纏繞層次偏差、異物、不均勻的排列、疊加、突出、翹起、異常彎曲干擾其他鋼絲、氣泡等；而輪胎本身因?yàn)槠鋬?nèi)部的簾子線、鋼絲圈、橡膠材料的特性，使得在其X光成像后會(huì)有各向異性的紋理，而這些紋理又會(huì)對(duì)圖像的判斷形成干擾，使得系統(tǒng)出現(xiàn)誤判。

而基于深度學(xué)習(xí)的方法可以通過(guò)對(duì)這些不同缺陷的相關(guān)要素進(jìn)行特征提取，從這些復(fù)雜的圖像中尋找到缺陷點(diǎn)，并對(duì)缺陷點(diǎn)進(jìn)行分類、標(biāo)定其尺寸規(guī)格，并最終對(duì)輪胎的質(zhì)量、等級(jí)做出評(píng)判，并決定是否歸為廢品，并反饋給制造系統(tǒng)持續(xù)改善。

軟實(shí)力，即巧實(shí)力

軟件，凝聚了工業(yè)人的智慧與汗水，重視軟件，也即重視知識(shí)、重視人的價(jià)值。

軟件，可以發(fā)揮既有硬件的更多可能性；

軟件，可以將知識(shí)封裝，復(fù)用；

軟件，保護(hù)您的知識(shí)產(chǎn)權(quán)；

軟件，持續(xù)成本降低；

軟件實(shí)力，即，企業(yè)的巧實(shí)力。

 

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動(dòng)化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)的機(jī)械自動(dòng)化事業(yè)部。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶提供面向機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以及強(qiáng)大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。受簡(jiǎn)化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動(dòng)，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的前沿。

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