工厂智能演进:从人类专长到智能自动化
智能工厂自制造业历史伊始就存在,但智能——定义为制造知识的获取与应用——仅驻留在工厂员工身上。
随数控(NC)而后计算机数控(CNC)技术出现,工厂机器获得数字 I/O 能力但仍不智能。数字化赋能机器虽日益高产,却无自我、环境、执行中或待执行任务的感知。
尽管这些限制,通过确定性低层数字命令与响应集,在适度规模实现了集中式工厂智能。通用汽车 1982 年制造自动化协议(MAP)是大规模集中式工厂智能实验,运行于令牌总线网络协议(IEEE 802.4)。MAP 赋能工厂智能实验 2004 年终止,因难维持运行可靠性。
最重要原因之一是缺乏系统韧性,这是确定性工厂通讯标准与协议的缺点。另一原因是连接机器在中央系统无指令下无法继续任何层级运行。
可类比 1990 年代随 PC 与分布式计算发展而淘汰的大型机-终端基础设施。几项重大变化使智能机器用于智能工厂成为可能。第一是 IT 无处不在的以太网 LAN 基础设施延伸至车间,实现基于模型定义(MBD)的快速 3D 下载,与工艺产品数据上传。
其次,今日数字孪生是智能的,因它们不仅知晓自身能力与运行状态,也知悉任何特定 MBD 可执行的工作。以此,智能机器能像人类伙伴一样竞标任务。智能机器的数字孪生不需要确定性低层指令,而是响应提交的 MBD,若中标,用物理对应体干实活。
最后,三大标准化核心技术——HTML、CSS 和 JavaScript——被认可为互联网广泛采用与智能全球系统涌现的推手。设想类似标准化核心技术将赋能工业互联网与离散制造工厂智能。领先工业互联网标准含用于基于模型定义的 STEP(ISO 10360)、用于工艺数据的 MTConnect、用于产品数据的质量信息框架(QIF)。
STEP 以非专有格式承载全部或大部分设计意图,作为源自 CAD 系统原生主模型的 3D 语义模型。MTConnect 让计算机辅助制造设备用非专有格式消费产生结构化、上下文化的工艺数据。
QIF 让计算机辅助测量设备用相似非专有格式消费产生结构化、上下文化的数据。三标准及其初始实现均在制造就绪度指标上推进中。
自动化控制系统