盛況空前魅力所在技術(shù)領(lǐng)先

Automation Fair是全球工業(yè)自動(dòng)化和信息化領(lǐng)先巨擘美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司聯(lián)合其合作伙伴共同舉辦的技術(shù)研討和展覽會(huì)，每年在美國(guó)的一個(gè)大、中城市舉辦，今年已經(jīng)是第28屆。在美國(guó)并沒(méi)有像漢諾威工博會(huì)、中國(guó)工博會(huì)如此大規(guī)模的自動(dòng)化展會(huì)，Automation Fair憑借其上百家參展商的創(chuàng)新成果和幾十場(chǎng)的技術(shù)論壇，以及羅克韋爾自動(dòng)化在美國(guó)近乎處于壟斷地位的強(qiáng)大影響力，每年的觀眾可謂是趨之若鶩，數(shù)以萬(wàn)計(jì)，猶如參加一場(chǎng)技術(shù)盛宴。Automation Fair也由此成為業(yè)界首屈一指的工業(yè)自動(dòng)化盛會(huì)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年的Automation Fair共有150個(gè)羅克韋爾自動(dòng)化合作伙伴參加，有來(lái)自全球的19000人報(bào)名注冊(cè)，共有95場(chǎng)技術(shù)論壇在期間舉辦，相比往屆這些數(shù)據(jù)都創(chuàng)造了歷史新高，可謂是盛況空前。

今年的Automation Fair如此火爆，魅力在什么地方呢？羅克韋爾自動(dòng)化中國(guó)區(qū)總裁石安認(rèn)為，一方面是現(xiàn)在用戶都有一個(gè)迫切的需求，要深層次的提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，而羅克韋爾自動(dòng)化和PTC的合作今年有了更多的落地案例，能夠幫助客戶持續(xù)提升競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，Automation Fair匯聚了如此眾多的合作伙伴參展，在北美最能體現(xiàn)高端制造業(yè)最新科技的就是這個(gè)展會(huì)了。

筆者在現(xiàn)場(chǎng)看到，羅克韋爾自動(dòng)化占據(jù)了整個(gè)展館中心位置以及超過(guò)一半的展覽面積。在核心展區(qū)，展出了羅克韋爾自動(dòng)化在汽車輪胎、冶金、油氣、食品飲料、化工、水處理、生命科學(xué)等行業(yè)的落地解決方案，以及聯(lián)合PTC推出的FactoryTalk InnovationSuite數(shù)字化創(chuàng)新套件。隨后是創(chuàng)新展區(qū)，展出了羅克韋爾自動(dòng)化在數(shù)字孿生、TSN、5G等最新技術(shù)的演示DEMO。在集成架構(gòu)（IA）展區(qū)，展出了羅克韋爾自動(dòng)化的iTRAK柔性電驅(qū)系統(tǒng)、LogixAI、ControlLogix控制器、電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制等產(chǎn)品。在智能設(shè)備展區(qū)，展出了中、低壓變頻器等產(chǎn)品。

圍繞著核心展區(qū)，微軟、PTC、Cisco、Endress+Hauser、FESTO、威圖、HMS、Sensia、FLUKE、HARDY、P+F、ePLAN、nVent HOFFMAN和Stratus等在各自動(dòng)化細(xì)分領(lǐng)域的知名廠商也展出了最新的產(chǎn)品和技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)漸成工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

從自動(dòng)化到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，這是我們常說(shuō)的智能制造三個(gè)階段，而目前多數(shù)企業(yè)處于數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的階段。所謂數(shù)字化制造，就是通過(guò)信息建模和信息處理來(lái)改進(jìn)制造過(guò)程，而信息建模和信息處理就需要在一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的虛擬世界中完成。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)成為了數(shù)字化制造階段不可或缺的核心技術(shù)之一。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)就是利用信息技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)的虛擬世界，所以從廣義上講，數(shù)字孿生（DT）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）這些技術(shù)都可以統(tǒng)一稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

今年的Automation Fair，給筆者印象最深的就是隨處可見的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，無(wú)論是數(shù)字孿生還是VR或者AR，都已經(jīng)在工業(yè)場(chǎng)景中得到應(yīng)用。

在展會(huì)最顯著的入口處，放著一輛時(shí)尚的概念車，這是北美汽車廠商N(yùn)IKOLA計(jì)劃在2020年量產(chǎn)的一輛電動(dòng)汽車。觀眾可以拿著一個(gè)平板電腦對(duì)著汽車的某個(gè)部件，在畫面中就會(huì)顯示該部件及周邊各部件的3D模型、參數(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且隨著平板電腦的移動(dòng)畫面也跟著移動(dòng)變化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，虛擬畫面和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物契合度非常高。這是一個(gè)典型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景。

在展覽核心區(qū)，放著一臺(tái)汽車制造中常用的沖壓機(jī)，這是羅克韋爾自動(dòng)化的伺服壓機(jī)解決方案。而與前些年不同的是，在壓機(jī)邊上還放著一個(gè)數(shù)字孿生的大屏幕和虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡。路過(guò)的觀眾都會(huì)帶上眼鏡體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，不但可以查看機(jī)器的三維模型，而且還能通過(guò)凝視、點(diǎn)頭、搖頭、指指點(diǎn)點(diǎn)、揮手和語(yǔ)音等操作虛擬設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

而在創(chuàng)新展區(qū)，虛擬技術(shù)幾乎占據(jù)了整個(gè)展區(qū)。除了最為火爆的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)區(qū)外，在展區(qū)中央，一條帶有完全數(shù)字孿生的飲料罐裝產(chǎn)線吸引了無(wú)數(shù)人的駐足。通過(guò)中間屏幕上與實(shí)際產(chǎn)線完全一致的虛擬場(chǎng)景，產(chǎn)線上的運(yùn)行狀況、設(shè)備狀態(tài)都可以實(shí)時(shí)在虛擬場(chǎng)景中同步顯示，同時(shí)通過(guò)軟件對(duì)實(shí)際產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、完整性以及產(chǎn)線的安全等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在一臺(tái)大型注塑機(jī)前，觀眾拿著iPad，對(duì)著機(jī)器各個(gè)部位照來(lái)照去，屏幕里面有一個(gè)和現(xiàn)實(shí)機(jī)器一樣的虛擬機(jī)器，在虛擬機(jī)器各個(gè)部位不斷顯示機(jī)器的一些實(shí)時(shí)信息。觀眾還可以通過(guò)點(diǎn)擊，打開虛擬機(jī)器各個(gè)部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體查看，這樣對(duì)機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就有一個(gè)十分直觀的了解。

類似這樣的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的Demo在展會(huì)上也隨處可見，都可以通過(guò)平板電腦或虛擬眼鏡來(lái)查看內(nèi)部結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。

不僅僅是可視化更不是為了炫酷

數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等這些虛擬技術(shù)使得整個(gè)2019 Automation Fair現(xiàn)場(chǎng)變得十分酷炫，科技感十足，觀眾的參觀體驗(yàn)也從以前的“參觀”進(jìn)化為“參與”，這也是虛擬技術(shù)帶來(lái)的前所未有的數(shù)據(jù)可視化效果。

對(duì)于數(shù)據(jù)可視化，大家都不會(huì)太陌生，在一個(gè)現(xiàn)代化工廠里，往往有一個(gè)大屏幕，通過(guò)各種圖形、表格、圖像顯示著整個(gè)工廠的實(shí)時(shí)狀態(tài)。可這樣的數(shù)據(jù)可視化還不夠“直觀“，不夠”高級(jí)“。這些大屏幕上的數(shù)據(jù)報(bào)表和生產(chǎn)中的設(shè)備結(jié)合度還不夠高，很難一目了然的從大屏上看到這些數(shù)字跟實(shí)際生產(chǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只有對(duì)業(yè)務(wù)邏輯很了解的人才能看懂，所以人跟系統(tǒng)之間就存在一個(gè)交互的障礙，沒(méi)法從數(shù)據(jù)理解生產(chǎn)中的問(wèn)題。而基于虛擬技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)然，虛擬技術(shù)的作用并不只是為了數(shù)據(jù)的可視化，更不是為了炫酷，而是為了通過(guò)虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期，從產(chǎn)品構(gòu)思，到概念、設(shè)計(jì)、工藝、制造以及使用維護(hù)全部環(huán)節(jié)中互聯(lián)的數(shù)據(jù)流和集成的產(chǎn)品視圖，也就是所謂的數(shù)字主線（Digital Thread）。通過(guò)數(shù)字主線，企業(yè)能夠在設(shè)計(jì)階段就對(duì)產(chǎn)品制造的全過(guò)程進(jìn)行虛擬集成，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和制造可行性，達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化以及生產(chǎn)效率的最大化。不僅如此，還可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)打造一整條數(shù)字模擬產(chǎn)線或者整個(gè)數(shù)字虛擬工廠，對(duì)產(chǎn)線或者工廠規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)行等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化。

比如，放在入口處的NIKOLA電動(dòng)汽車，這輛車在制造過(guò)程中使用了羅克韋爾自動(dòng)化的FactoryTalk InnovationSuite軟件套件，將汽車設(shè)計(jì)時(shí)的三維圖紙導(dǎo)入到了軟件之中，同時(shí)使用套件中的Vuforia軟件開發(fā)了基于AR的虛擬場(chǎng)景。通過(guò)AR，可以查看零件之間的空隙襲、壓力、狀態(tài)等，從而判斷裝配是否合格等來(lái)檢測(cè)車輛質(zhì)量。同時(shí)還會(huì)生成檢測(cè)電子報(bào)表。另外，還可以在制造過(guò)程中，通過(guò)查看已存儲(chǔ)的視頻、動(dòng)畫等信息來(lái)指導(dǎo)操作。

據(jù)羅克韋爾自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司智能制造創(chuàng)新研究院總經(jīng)理戴鵬飛介紹，在展出的伺服壓機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，一開始就采用了數(shù)字孿生技術(shù)，從機(jī)械的仿真模擬到自動(dòng)化控制的仿真模擬，省去了傳統(tǒng)做原型機(jī)進(jìn)行仿真模擬的環(huán)節(jié)，縮短了研發(fā)流程和設(shè)計(jì)，節(jié)省了約60-70%的研發(fā)時(shí)間，大大加快產(chǎn)品上市的時(shí)間 。

在數(shù)字孿生產(chǎn)線中，除了可以三維可視化整條產(chǎn)線外，更重要的是能夠利用數(shù)字孿生對(duì)整條產(chǎn)線進(jìn)行前期的設(shè)計(jì)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)驗(yàn)證、虛擬測(cè)試和調(diào)試，將傳感器和電機(jī)等功能進(jìn)行標(biāo)記，然后連接到管理它們的控制中進(jìn)行設(shè)置和編程，使得虛擬產(chǎn)線的模型和真實(shí)的物理系統(tǒng)一樣。在虛擬世界調(diào)試完成后，將控制器中的程序直接下載到實(shí)際控制器中即可使用。這樣一來(lái)，就不需要用傳統(tǒng)方式那樣先建成一個(gè)初步的物理產(chǎn)線，然后進(jìn)行一邊調(diào)試一邊修改，大大節(jié)省時(shí)間和成本。

完整的軟件和硬件平臺(tái)讓你輕松部署虛擬現(xiàn)實(shí)

其實(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并不是一個(gè)新技術(shù)，幾十年前就已經(jīng)提出來(lái)，但由于過(guò)去一直受制于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和傳感技術(shù)等，虛擬現(xiàn)實(shí)并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。而在最近幾年，隨著這些技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)變得越來(lái)越常見，并逐漸向工業(yè)領(lǐng)域滲透應(yīng)用。

作為一個(gè)自動(dòng)化和信息化的領(lǐng)先供應(yīng)商，羅克韋爾自動(dòng)化當(dāng)然不僅僅是要利用虛擬技術(shù)來(lái)提升自己的解決方案，而是要使客戶能夠利用完整的軟件和硬件平臺(tái)開發(fā)自己的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景。從硬件上來(lái)看，羅克韋爾自動(dòng)化的Logix控制器和MagneMotion智能傳送系統(tǒng)等都已經(jīng)支持?jǐn)?shù)字虛擬化。而從軟件上來(lái)看，主要?dú)w功于羅克韋爾自動(dòng)化和PTC聯(lián)合推出的FactoryTalk InnovationSuite和今年1月收購(gòu)的Emulated3D三維仿真軟件。

在FactoryTalk InnovationSuite套件里，除了有用于工業(yè)連網(wǎng)ThingWorx物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和用于數(shù)據(jù)分析的FactoryTalk Analytics外，還有一個(gè)專門用于創(chuàng)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的工具Vuforia。這個(gè)Vuforia可以將各類三維CAD模型直接轉(zhuǎn)化為AR內(nèi)容在手機(jī)、平板、AR眼鏡等設(shè)備上進(jìn)行查看和操控。在NIKOLA電動(dòng)汽車和數(shù)字化注塑機(jī)研發(fā)過(guò)程中，客戶就用了Vuforia軟件創(chuàng)建了增加現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景。正是Vuforia日益強(qiáng)大的功能，使得創(chuàng)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的難度也隨之降低。正常情況下，想要研發(fā)出具備3D模型和實(shí)時(shí)信息的AR場(chǎng)景非常困難，但通過(guò)Vuforia就可以輕松實(shí)現(xiàn)，甚至在一分鐘之內(nèi)就可以創(chuàng)建所需要的AR場(chǎng)景。

對(duì)于產(chǎn)線、物流輸送或者物流運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景或者數(shù)字孿生的應(yīng)用時(shí)，Emulated3D會(huì)是一個(gè)很好的選擇。Emulate3D的特點(diǎn)是可以對(duì)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字模擬和仿真，并在正式安裝前通過(guò)仿真試驗(yàn)來(lái)測(cè)試控制系統(tǒng)，從而在制造和自動(dòng)化成本實(shí)際發(fā)生和終設(shè)計(jì)交付之前完成對(duì)機(jī)器和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的虛擬測(cè)試。本次展會(huì)上的數(shù)字孿生產(chǎn)線和數(shù)字伺服壓機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)就是利用Emulate3D來(lái)開發(fā)的。虛擬模型和物理控制器使用Emulated3D軟件來(lái)擴(kuò)展它們之間的關(guān)系，用戶快速輕松地將模型中的這些軟件設(shè)備‘組合’在一起，創(chuàng)建功能設(shè)計(jì)，并提供速度、位置、移動(dòng)和其他命令。當(dāng)需要將編程添加到現(xiàn)實(shí)世界的控制器時(shí)，可以從模型中“自動(dòng)”生成所有控制代碼。而且，在Emulate3D中，3D建模和調(diào)試軟件有一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)按鈕，可以快速將其模型傳送到一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡上，允許用戶“走動(dòng)”并與之交互。