深度观察｜从西门子工博会展台看工业自动化未来发展

显示全部楼层 · 2024-3-18 09:00:14

本文图片来源：西门子

作者 | 石林才

睽违三年的2023中国国际工业博览会日前已经落下帷幕。这个被誉为全球工业发展“风向标”的工博会，今年又一次超出了预期，无论在参展商、展出产品和观众人数上均创出了历史新高。工业自动化展是工博会的核心展区，汇聚了全球主流的工业自动化厂商，从这些厂商的展台，可以看到工业自动化的全球发展现状和趋势。

在每一届的工业自动化展中，全球工业自动化领域的巨擘西门子总是以超大的展出面积雄踞C位，以气派的展台和丰富的展品吸引着大批观众驻足观看。当然，西门子也将每年的工博会作为最重要的展出平台之一，集中亮相当年的重磅新品和创新技术。今年也不例外，西门子的展台依然是整个工业自动化展的人气焦点，我们不妨通过今年的西门子展台来窥探一下工业自动化行业的发展趋势。

01

IT和OT融合加速自动化技术向前演进

随着近十几年来IT技术的快速发展，IT和OT的融合成为制造业数字化转型的主要驱动力之一。IT和OT的融合一方面使得以人工智能、物联网、云计算、大数据等为代表的IT技术不断进入OT领域，另一方面，也使越来越多的IT人才进入到了OT领域。但由于两者存在 “天然的鸿沟”，IT和OT融合的进程一直比较缓慢，这其中，没有好的平台和工具是主要原因之一。

西门子显然深谙此道。在今年工博会上，西门子重点展出了一款名为SIMATIC AX (Automation Xpansion)的软件开发平台，这是一个基于IT人员最为熟悉的Visual Studio Code二次开发的全新工程IDE（集成开发环境），可以对西门子的S7-1500 等PLC进行编程，而且通过SIMATIC AX创建的库可以直接导入西门子的TIA博途中使用。由于是基于VS Code，因此具备现代 IT 编程的所有优势，比如可以面向对象的方式编程、通过Git建立代码管理、可以在本地或者云端多人协作编程、完全基于文本的项目文件格式、使用包管理器等。另外，SIMATIC AX也支持结构化文本 (ST) 可作为编程语言，而且不需要PLC运行时的支持就可以进行PLC程序按单元测试。

SIMATIC AX让IT人员可以轻松地下沉到OT，以自己擅长的IT编程的方式进行PLC编程，这大大方便了OT和IT自动化工程师之间的协作。

当然，不仅仅SIMATIC AX，西门子针对IT和OT的融合，在工博会上重磅推出了增强自动化的概念并宣布增强自动化产品组合Industrial Operations X正式落地中国，目前此产品组合中就包括SIMATIC AX以及基于Web的过程控制系统SIMATIC PCS neo、虚拟调试、预测性维护解决方案、将工业现场数据直接赋能于IT层的FDE等，这些产品组合都是能够将前沿的IT技术和成熟的软件运营方式集成到自动化技术中，从而推动自动化技术向前演进。

02

AI技术已经开始融入工业自动化之中

目前西门子自己并没有机器人产品，但在今年西门子工博会展台的显著位置展出了一台分拣机器人在不停地自动拾取零件。原来这是一个基于西门子SIMATIC Robot Pick AI系统的分拣机器人，这个AI驱动的分拣机器人无需训练即可抓取物品。

据介绍，这套系统本身具有一个先进的AI算法，已经学习了海量物体的基础几何特征，当相机对物品拍照后将数据传递给系统，系统就可以像“人脑”一样自动判断出该物体最佳的拾取位置和最佳的抓取点，完成物品的分拣。这和传统点到点示教的抓取方案以及基于产品外观模板匹配的抓取方案完全不同，用户无需进行模型匹配，无需手动训练数据，可以节省大量的项目前期调试时间以及维护调试时间，并且这样的AI系统还可以在混杂遮挡的环境中自主调整抓取策略，进行无序分拣，这一点是传统的分拣系统不可比拟的。

在AI工业应用方面，西门子其实一直走在行业的前沿。获得本届工博会大奖的西门子预测性分析系统（SiePA）又是一个基于AI的落地产品，它集成了工业人工智能与工业大数据分析技术，并内置行业知识与经验，能够真正实现“工业知识加持”的工业AI落地。据了解，目前SiePA已成功在石化、化工、水泥、冶金、矿山、水处理等不同行业实现落地应用，如基于SiePA的DCS+AI应用在工业硅、玻璃、光伏等行业的设备预测性维护。通过聚焦重资或关键设备的易损件，SiePA可以让用户充分利用历史数据，对设备进行状态评估，实现故障风险的预测预警与智能诊断，并及时提供专业的检维修建议与方案，从而减少工厂关键设备的非计划性停车风险。

对于工业AI，西门子与微软在以ChatGPT为代表的生成式AI的合作更令人期待。在今年工博会之前，西门子已经宣布其产品生命周期管理软件Teamcenter将与微软的Teams、AzureOpenAI的语言模型及其他Azure人工智能功能集成，通过微软的AI实现自动化软件的代码生成，使用微软Azure机器学习和西门子工业边缘软硬件平台发现和预防产品缺陷等多方面的合作。或许在明年的工博会上我们就能看到这些更多的AI工业应用。

03

自动化系统将越来越多集成机器人控制

工业机器人与自动化控制系统是工业自动化的两大组成部分，但由于机器人控制和通用自动化控制长期相对独立、并行发展的历史背景，两者在控制系统上完全不同，机器人控制普遍使用专用驱控系统，强调的是多轴同步精准运动控制，而通用自动化控制通常采用PLC、DCS来实现，注重的则是设备或产线的流程和逻辑控制。因此，两者往往不能由相同的控制器来控制。

然而，随着产线上工业机器人数量越来越多，产线的自动化程度要求越来越高，工业机器人和机电设备的控制集成整合到一个自动化系统之中，对于制造企业来说会有很多显而易见的价值和益处，比如更低的控制成本、更便捷的编程调试等。

因此，目前市场上也出现了用高性能通用自动化控制器结合伺服驱动模块来做机器人控制，同时也做产线设备的自动化控制，这样就可以将两者集成到一个控制系统之中。但这样的集成存在着很大的难度，特别是机器人的控制往往算法复杂，对运动控制编程要求很高，所以这样的深度集成并不是上佳之选。

在此次工博会上，我们看到西门子展出了一个另辟蹊径的自动化系统集成机器人控制的实现方法，西门子称之为“机器人集成技术与机器人库”。它的集成方法是保留机器人的专用控制器，在这之上采用一个西门子的S7-1500 PLC来做机器人和产线上其他设备的自动化控制，同时在机器人控制器中安装一个西门子的解释器，以便能把PLC传输过来的标准化报文进行一个解析，然后映射到机器人控制器里相应的指令进行执行。

利用这个机器人集成技术与机器人库，西门子可以将不同制造商的机器人快速轻松地集成到一个统一的架构之中，通过TIA博途进行统一的机器人编程，而且不需要知道机器人本身的编程语言，在TIA博途里是通过一个标准的运动控制模块来对机器人进行控制，比如控制六轴机器人去点动、去做直线插补、点对点插补或者单轴的运动等。

这样的集成方法，使得机器设备和机器人控制在 PLC 中融合为一个单元，因此机器人可以完全集成到机器操作概念中，无需专门的示教器和机器人开发软件，使用控制器的HMI和TIA博途即可完成。据悉，目前支持西门子机器人集成技术与机器人库的机器人厂商包括川崎、安川、史陶比尔和柯马四家，ABB、库卡、发那科、爱普生、节卡和达明等机器人也将陆续支持这一集成技术。

04

生态圈价值日益凸显共创才能共赢未来

数字化时代，没有一家企业或组织能够独自实现转型。创新是助力转型升级的加速引擎，生态则是助推持续创新的源头活水。现在，各大自动化厂商都在致力于打造覆盖全产业链的合作伙伴生态圈，通过分布于各个垂直行业的合作伙伴开发更完善的解决方案和更丰富的应用场景。

在本次工博会上，西门子留出了一大块区域来展示15家覆盖IT和OT领域的合作伙伴的共创成果以及实践案例，足见其对生态圈的重视。其实，为了共建一个开放的合作生态体系，西门子在2022年进博会上首次面向中国市场发布了西门子Xcelerator开放式数字商业平台，借助这一平台，西门子将把数字化转型提升至全生态链协同开放创新的新阶段。目前，西门子Xcelerator平台已经上线了多款针对中国市场需求开发的应用及解决方案，其中包括西门子低代码平台、智慧能碳管理平台EXC、碳足迹可信精算与追溯解决方案SiGREEN等。

为了携手合作伙伴共建生态圈，今年6月，西门子还发起举办了“西门子Xcelerator公开赛”，在三个多月时间，有近900支团队报名参与，聚焦12个智能制造及智能基础设施典型应用场景开发创新解决方案。最终有12支团队脱颖而出参加了最终的决赛，这12支团队也将有机会加入西门子开放生态，成为西门子Xcelerator共创者。

此外，我们也看到，西门子近日还发布了由西门子中国研究院自主研发的新一代工业数字化融合开发工具Workflow Canvas（工易魔方），这是西门子Xcelerator开放式数字商业平台的重要技术支撑，利用Workflow Canvas，合作伙伴可将自身产品与解决方案与西门子的数字化开发工具互融互持，合作共创，更好地服务于市场和客户。

知微见著，臻于至善。虽然从今年西门子工博会展台上我们并没有看到一些革命性、颠覆性的创新技术，但正所谓 “随风潜入夜，润物细无声”，自动化技术其实已经在悄然向前演进，一个更加开放、更加融入IT技术、融入AI技术、融入机器人技术的增强自动化正在越来越清晰地勾勒出自动化未来的样子，这一切都将令人期待！

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