为何提出自适应制造？

耕耘制造业数十年，贝加莱服务全球领先的机器及终端制造商，这使得贝加莱对于制造业的趋势敏锐把握，并为产业用户制定“应对变化”的制造体系。通过更为智能的产品，经由数字化协作，形成一种快速生产配置、重组的能力，应对变化的需求。

图1-自适应制造的背景

变化与不确定性是任何一个系统所要遇到的最大难题。而系统自身需要演进出一种应对变化的能力。这就是“适应”能力。而自适应制造，自身具有自我的感知能力，感知环境的变化，并经过长期学习掌握了应对这种变化的能力（对规律的把握，以及趋势的分析），并能动态的做出预测和判断，以制定有效的执行。而其执行机构又能够在局部进行智能分析和判断，具有策略性的执行。

何为自适应制造？

自适应制造（Adaptive Manufacturing）是用以解决制造业所面临的越来越复杂的问题，而进行的一种“化繁为简”设计。即，复杂问题，采用简单方法来实现。

通过各个具有“智能”的单元，如智能感知、智能分析与决策、智能执行，经由数字网络的协作，实现一种数字化的制造‘软件化’能力，来应对变化的需求。这借助于软件具有的“灵活性”、“低成本”，以及越来越强的通信和协调功能。

图2-自适应制造要达到的关键目标

如图2是关于自适应制造要达到的关键目标。“零停机换型”，即，对于产品的变化可以快速的切换，而无需传统生产需要大量的机械调校。并且产能效率可以让产品快速上市。针对小批量生产也能获得经济性—即，商业的盈利。

“自适应制造”的支撑技术

自适应制造，作为一种体系，它必须建立在可实现的技术基础上。贝加莱借助于自身的完整产品线组合，软件能力打造自适应制造，并通过开放的连接与数字化设计、运营、维护等系统进行协作。

相对于传统的光电传感器，机器视觉的数据维度更高，其可以用于处理的特征更多—例如它可以用于处理外轮廓、为异形件计算几何中心、或者分辨产品划痕、污染…这使得它具有非常强的检测可塑性。

贝加莱的机器视觉在自适应制造里扮演在于它的智能感知。它将镜头、相机、光源进行了集成，并在本地进行图像处理和判断。通过统一的网络，它可以实现与其它自动化单元如伺服驱动系统、机器人、输送系统等实现微秒级的协同。

图3-集成机器视觉

OPC UA FX（Field eXchange）是需要在制造系统间形成“同一语言”并“实时交互”。智能系统间的协作在技术上来说，就是通过OPC UA的信息模型构建交互的数据框架，然后通过“状态空间”的触发与切换进行协作。简而言之，快速的交互才能确保协作的高效。

图4-支持OPC UA FX的总线控制器

贝加莱是OPC UA FX的积极推动者，在贝加莱的PLC、工业PC与HMI中，都支持OPC UA，如图为OPC UA FX的总线控制器。这使得自适应制造系统能够与外部的MES/ERP、包括云端的系统进行统一的语言交互。

自适应制造需要智能的“大脑”。当然，对于机器智能有两个，一种基于因果推理的，预设的程序应变，这个完全可以通过数字化方式来实现。而另一个种更为适合在运行中，机器通过实践变得“越来越聪明”。这就是智能的两种形式，前者通常称为物理建模，而后者则称为数据驱动建模。

通过软件实现的智能是系统的粘合剂，它将采集，分析，执行通过变量耦合。而贝加莱的软件的软件，即，应用开发平台Automation Studio则通过集成大量行业模块化应用mapp，数字化接口，通信，控制仿真等实现机器快速开发与配置。

如图5通过FMU/FMI接口，贝加莱的Automation Studio可以与像MapleSoft、MATLAB/Simulink、IndustrialPhysics等进行控制算法的开发，以及机电协同仿真。

图5-贝加莱通过FMU/FMI与机电软件协同设计

而在数据驱动建模方面-贝加莱的exOS可以实现IT事件驱动型任务与OT周期性任务之间的协同。

图6-exOS实现IT与OT世界的连接

图6为贝加莱的exOS所要构造的IT与OT融合设计，它使得制造端用户可以利用开放世界的AI工具、算法、模型资源，并与实时系统的控制任务通过exOS来实现协作。包括IT任务与OT任务在系统中的创建、导入、调用、维护、升级等。

这种基于数据驱动的学习、分析与决策系统，可以让机器和产线变得更加聪明，适应各种变化。它最大的吸引力在于借助开放世界、Linux开源社区的模型资源来解决制造中的学习、分析、决策问题。

图7-机器中心的机器人

以机器为中心的机器人（Machine-Centric Robotics），它以工艺主机为中心。将机器人作为机器的一部分，采用同一网络、同一CPU、同一软件进行开发。这样，以注塑机、印刷机、包装设备、光伏组件等工艺设备为核心，机器人与之形成独立制造单元。然后这些制造单元，由经由OPC UA FX形成连接构成产线，并与MES/ERP系统形成工厂级的生产制造。

在这个连接形成的制造系统中，按照精益制造的JIT（即时生产，Just In Time）思想。需要在各个单元生产的产品/组件，可以经由输送系统，形成高效的“连续流”或“单件流”。连续流是针对大规模制造提升效率的设计，而单件流则基于“个性化产品”。两者都是让生产形成高效的流动。分别应对大规模和定制化两种不同的场景中的效率需求。

图8-ACOPOStrak智能输送系统

这个时候，贝加莱的ACOPOStrak和ACOPOS 6D在自适应制造中扮演了重要角色。如图9，它带来了非常产线的改变，而这些改变的效应叠加带来了对传统产线的颠覆。

首先，它大幅简化了机械系统设计，这不仅提高了生产重组的时间与工程消耗，在日常维护方面也是降低了成本，并避免机械磨损影响品质的稳定性。其次它通过连续流形成效率的最大化，降低传统产品无法自由流动带来的系统瓶颈，这可以释放产线的潜能。而数字化的编排和通信流，可以让生产的管理粒度更小，响应更快。

图9-智能输送系统带来的制造线的颠覆自适应制造闭环

整体来说，自适应制造是将“自感知”、“自学习”、“自决策”、“自执行”构成一个完整的闭环，它仍然是一个内部完整，而又松散的组合，其宗旨在于解决“变化”的问题。

图10-构建自适应制造的软硬件架构

自适应制造体系，是贝加莱经过长期开发，不断打磨，形成的完整制造体系。它以Automation Studio软件为核心，完整的自动化产品组合，形成持续创新迭代的软硬件一体化平台。为制造业的用户形成一个具有适应变化能力的系统。”它具有独当一面的工作能力，又开放的连接，不断自我演进，变得更为聪明。