芬兰阿尔托大学终身教授Valeriy Vyatkin:虚拟PLC使未来工厂灵活化成为可能

· 2019-11-04 13:42

Valeriy Vyatkin认为,中国在工业4.0的发展是很大的,有非常先进的技术,从0发展到现在已经走了非常远了.

11月1-2日,由中国国际科技交流中心、深圳市科学技术协会、深圳产学研合作促进会联合主办的“2019大湾区机器人与人工智能大会”在深圳盛大举办,向世界传递超前新思维,为产业激发空前新动能。大会邀请了中央相关部门和粤港澳大湾区9+2城市群的相关领导及国内外知名科学家、院士、学者、行业领袖、金融机构代表、专业媒体人等约1000人参加此次盛会,实现跨界交流。并同期举办 “大湾区机器人与人工智能主题展览”和“星晨计划人才嘉年华”。

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Valeriy Vyatkin接受采访

在“5G物联网发展趋势论坛”上,芬兰阿尔托大学终身教授Valeriy Vyatkin发表了《虚拟PLC使未来工厂灵活化成为可能》的主题演讲,并在会后接受了创客猫的采访。

对于中国工业4.0、智能制造的发展现状,Valeriy Vyatkin认为,中国在这方面的发展是很大的,有非常先进的技术,从0发展到现在已经走了非常远了,但是现在还有很多工厂不够完善,没有那么智能化,因为中国是一个工业化很强的国家,所以现在这个时机是很重要的。

工业控制器在历史的更迭中,其产品形态越来越丰富,美国研究机构ARC提出了PAC架构的控制器,这是一种噱头还是未来趋势?Valeriy Vyatkin表示,这是一个趋势,PAC的占比在增加,由于PAC的方便性,以后会有更多的应用。而PAC跟PLC这两者不会是一个替代另一个的状态,而是可以同时存在,达到平衡。接下来十年这两者的位置也会改变,他们会融合。并且他指出,软件是最重要的,不管是PLC还是PAC,它们都只是载体,最重要的是承载的软件会怎么发挥作用。

以下为Valeriy Vyatkin主题演讲的实录:

大家下午好,我来自北欧,在芬兰阿尔托大学工作,我也是一个讲座教授,下面我讲一下关于5G和自动化的一些应用。其实我自己对这方面的领域了解比较多的主要是工业的自动化和智能制造。

首先我想看一下自动化的这个视频,现在在瑞典我们对于未来的生产流程和制造流程是基于我们现在的定制化产品。这个例子当中是一个制鞋厂,它有70、80年的商业经验了,新的计划是加入新的商业投资者。通过这个方式开发出一个完全自动的生产工艺。首先我们知道一个鞋店通过一个自动化的扫描仪进行测量。你选择你想要的类型,通过智能的终端进行选择,如果在这个商店里面没有适合你的鞋型你想下一个订单的话,工厂就会进行这个设备的制造,而且这个成本和现在进行大规模生产的成本是一样的。

我了解到了我们现在自动化的结构,也许是不足以能执行新的想法,所以新的生产线就被我们开发了,它可以根据不同的订单进行生产。它的价值大家可以看到,从这一个生产线上看到不同的产品会有不同的流程,系统会根据不同的产品安排不同的生产线的流程的。对于生产商来讲,可以确定他的生产线当中如果需要用到自动化的生产是在哪个位置,而且可以灵活地进行调整。

讲到自动化,其实现在也有很多的自动化,首先我们会有生产线的自动化,物理位置上是相对规定的。首先我们可以看到在设备商金字塔这里,通过这种架构从下到上有这个传感器设备,包括还有控制端以及企业端。但是对于未来企业的增长来说,这种模式可能是不足够的。这也是其中一个在工业自动化的工作当中软件的比例。

这个图片是从德国的一家机械制造商当中得到的,这个里面我们可以看到德国的制造商,他们的设备已经辐射到全国。而且你可以看到它2020年的时候,设备的软件配置是100%。所以我们会知道我们现在讲自动化需要有更好的灵活性。因此在自动化的过程当中,我们不仅仅需要解决机械的自动化,还需要软件来匹配。

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Valeriy Vyatkin发表主题演讲

其实我们的研究员也在获取一些解决方案的灵感,比如在候鸟群进行迁移的时候,未来我们的机器设备应该需要更加灵活去进行物理位置和物流位置上的移动,而且可以改变它的架构。所以所有的事情都会比现在自动化的系统更加智能,因此当我们的每一台机器都这么的灵活和这么智能的时候,你会看到可以根据不同的需求让我们的这些设备进行移动和调整,而且这些设备之间也可以相互互动。

现在的PLC也是可编辑的流程控制器,目前的PLC是一个非常大的硬件和软件。但是在未来它可能会是一个非常小的设备,而且它是一个无线的PLC,可能就是一个小盒子,或者就是一个小得可以装进你口袋的东西。这个是我们正在开发的场景,未来我们希望可以开发出纳米级别的PLC。

所以为了实现PLC的效果我们可以看到这个架构会发生改变,这是虚拟的PLC的概念。我们知道慢慢PLC的出现会有越来越多的PLC的软件会取代原先单一的PLC,我们会看到PLC的原件会分布到其他生产的组件当中以及相互的交互信息。所以也会通过这个软件或者是云端去进行PLC的部署。

这里讲的是软件当中要实现自动化需要一个功能化语言。我们先看一下它的特点就是轻便性和可重复使用性以及可配置性和相互利用度,在这里如果看到我们的一些生产线,它都简化成视频当中的过程,我们会看到除了一个PLC之外,每一个控制组线里面都有传感器和芯片。所以他们会在这个架构当中实现高度的自主,每一个原件和组件之间可以实现点对点的无线互动。

我们也做了一个试验,我们会出一个灵活的装配模式,我们会看到就这个生产组装的模件就可以组装不同模型的产品,通过这个小的组件可以生产不同的模型。所以我们会看到它在改变这个生产组件的时候,是可以通过点对点的芯片改变这些产品的配置。这里会有PLC去负责不同的产品配置和规格设置。

这里其实讲的并不是5G了,但是如果5G都已经准备好了,我们可以更好的把点对点、端对端的芯片连接起来。现在我们讲的是要实现这样的一个解决方案,我们的软件就会变得非常的复杂,这个复杂的软件该怎么做?其中有一个概念就是说如果要把软件设计成可以满足这个功能和硬件相互连接,架构上应该是相似的。

比如说我们有三个实验室,我们都会去开展一些基础性的研究和基础性的调查。然后我们在设计的阶段把这些调查都融入我们的设计里面,加入我们把这一个组件它的移动作为一个任务,比如从A点到B点,我们应该怎么实现。然后就会有一个配方,就像这一台机器他要同时生产两个产品,这两个产品分别由不同的配方和材料的组成。这里我们就有两个运行的软件的模块对此进行编程。

这里我们就看到软件层面的分层,最后我们就需要通过这个软件来告诉这些分布在机器上的每一个芯片。它在进行这个产品生成的时候,他们需要遵守的一些原则和标准。在这里你就会看到我们有不同的硬件和软件相连接,通过硬件和软件的互动明白这个生产的过程当中应该怎么做。比如生产两个不同的产品路线怎么设置,这个过程我们需要有一些开源的标准和各种各样的工具。

这些工具它是可以携带的,而且这些工具是可以替换的。这一项研究也是进行了好几年,最近我们也和市场上一些重要的公司沟通和进行这方面的合作。现在我们觉得像这种技术是可以实现工业4.0的。另外一个就是我们可以来建立一个模块式的系统,特别是在开发过程自动化的论坛上,我们也提到了这个概念。

最近我们完成了一个项目,这个项目叫做Daedalus H2020,其实我们就是把控制和模拟的分布式平台打造了一个数字化自动开发的生态系统。我们也希望能够去解决不同行业的一些问题,比如说我应用这一些技术如何改变我们的IOT以及数字孪生还有我们可移动的设备。

我们希望可以开发出应用,并且可以在手机上进行操作。现在我们也是在研究如何应用我们的技术来实现工业4.0。而且我们觉得像这一个管理组件是不是可以成为整个系统中的一部分。在我们最终项目展示的过程当中,我们也是做了其中一个演示。这个演示当中,我们也显示了如何在一个单一的项目当中可以去使用负责复杂的机器进行生产。

从这个简单的系统开始,我们也做了一些试验,这里我们可以看到机器的控制手以及我们的传送系统。还有机器以及自动化的一些控制和操作,以及我们如何应用这些设备更好地和自动化的机器手进行沟通。我们是如何做OT和IT之间的区别?包括我们做的这一个案例,其实我们也在做一些研究。比如AI研究,一方面AI是一个重要的技术,也符合我们目前的一些发展规范。

总结一下,其实我自己对于我们的无线PLC的方式是非常乐观的,尤其是搭载了人工智能和5G技术之后。谢谢!