专家访谈：智能制造新时代
关于自动化技术对工厂生产变革性影响的见解
产品
这些新技术架构整合了冗余、故障安全保护和高级监控工具，从而增强了稳健性和运行耐用性。
随着制造业中离散、混合和过程自动化技术的演进，制造商正在实现前所未有的规模经济、定制化机会和可预测性维护。 然而，要充分发挥其潜力，还有更多工作要做。虚拟PLC提供灵活和分散的生产，降低了硬件成本并增强了实时决策能力。由于模块化和适应性系统的优势，制造工艺正向可持续和高效转变。从自动导引车到协作机器人，现代机器人因其可重新编程和人工智能增强的能力而提高了生产灵活性和效率。如要了解更多信息，请参阅我们对TE工业自动化和电气化工程院士Anil Kumar Ramsesh博士，以及自动化控制战略业务发展经理Ivan Ruiz Stubelj的访谈。
虚拟PLC和其他控制器如何使制造商能够开发并运行更灵活、更分散的生产流程？
Ivan：虚拟PLC依靠虚拟机或容器，在功能强大的硬件内部运行虚拟控制器。目前，它们通过实现灵活和分散的生产流程，正在彻底改变制造业。与传统的PLC（通常需要物理硬件升级才能执行新功能）不同，虚拟PLC只需通过软件配置即可进行调整，从而实现运动控制、图像识别和许多其他功能。此外，它们可以在各种硬件平台上运行，包括工业PC、本地服务器，甚至在某些用例中的云平台。这为制造商提供了满足其需求的全方位选择。
能够在不同的硬件配置中运行，这是实现分散化和分散控制的关键驱动力。例如，虚拟PLC可以部署在生产流程的边缘，减少延迟并改善实时决策，而像时序数据库处理这类处理密集型数据操作则可以部署在云端。
此外，这类单元（原生支持高速以太网）可以自主运行或与其他单元协调运行，从而增强整体生产灵活性。最后，在某些情况下，PLC甚至与硬件无关，正因如此，它们最大限度地减少了对专用硬件单元的需求，降低了初始资本投资。这使得工业终端用户升级和扩展生产能力变得更加经济实惠。
智能工业生产线与传统制造机械有何异同？
Anil博士：首先，我想说智能工业生产系统就是未来的工厂。那么，我们为什么称其为未来工厂呢？总的来说，一方面客户需求日益增长，另一方面，我们需要拥有经济实惠、高效能的制造工艺。我们还需要保持可持续性，这意味着我们应该拥有绿色清洁的工厂。最重要的是制造过程中的安全性，这是关键因素之一。智能工业生产或未来工厂将帮助我们实现这些目标。如果我们拥有模块化、适应性强且灵活、可转换、可重复使用、可扩展和可组合的系统和解决方案，其好处就是降低资本支出。我们建厂，现在可以重复使用这些组件，投资成本就会降低。如果某条产品线走到了尽头，我们可以重复使用该系统，并为其重新配置用于新产品。这也有助于更快地完成工作，节省建立新生产线的时间，并实现可持续性。
正如我之前提到的，在传统系统中，生产线是为特定产品而建的专用线，其设计目的是执行可能为该产品定制的特定流程。而智能制造系统则是可配置的，其工位执行冲压、切割、焊接等通用性能工艺，并通过集成来满足特定产品制造的需求。这些工位可以在其他产品线中重复使用。
机器人自动化如何使制造商能够开发并运行更灵活、更分散的生产流程？
Ivan：首先，我想说明的是，机器人是一个宽泛的类别，包括自动导引车 (AGV)、协作机器人、以及关节式机器人等等。机器人种类繁多，但现代机器人的关键点在于它们可以针对各种任务进行重新编程，这减少了自动化终端用户对专用机械的需求。这种灵活性基本上允许制造商快速切换生产线，以最小的停机时间适应不同的产品或变体。例如，协作机器人可以高效地处理定制订单和小批量生产。这些机器人正被部署到从电子制造到金属加工的广泛行业中，在这些情况下，操作员可以通过模仿手动操作（如焊接）来快速训练协作机器人，使机器人能够以最少的编程来执行任务。
最后，我想说明的是，随着人工智能、机器学习和视觉识别技术的广泛应用，机器人可以随着时间的推移提高性能，适应新任务并优化生产流程。利用这一优势，机器人可以与人类并肩工作，结合双方的优势，提高生产流程的整体效率和安全性。
在工厂车间使用工厂机器人时，开发所需的技术架构面临哪些挑战？
Anil博士：毫无疑问，设计一个灵活的模块化制造系统，需要对多个领域及其所带来的好处有更广泛的理解。其次是将多个产品或系统集成在一起，处理它们之间的接口问题。理解和推进这一点至关重要。
我要说的第二点是硬件、软件、通信协议等的标准化问题。我们需要对其进行规划。尤其是连接解决方案变得非常关键，因为当我们需要互换时，接口应该是可重复使用且易于操作的。并且应该有无缝的接口。因此，对于此类系统，连接和通信解决方案至关重要。TE Connectivity一直致力于为客户提供支持。
是什么推动了市场应用和需求？什么可能会限制它？
Anil博士：Ivan提到的灵活性、适应性和可重构性是推动因素。其次是生产力。它能够更快、更迅捷地创建安全环境并推进。我在这里看到的挑战是，当今的市场需求是产品变体更多，而且有多种变体出现。如果使用传统生产线，制造不同的变体总是一个挑战。但如果采用机器人，我们可以为不同的变体配置同一个系统，使用它使生产在经济上可行，并适应各种要求。
这些技术架构的可靠性如何，特别是在提高持续生产所需的运行耐用性方面？
Ivan：这些新技术架构整合了冗余、故障安全保护和高级监控工具，从而增强了稳健性和运行耐用性。预测性维护和远程管理技术通过主动解决一些问题，进一步确保了更顺畅、更持久的运行。同样值得注意的是，像虚拟化这样的新技术在提高可靠性和降低成本方面正发挥着至关重要的作用。
虚拟化允许在例如数字孪生的环境中进行模拟，制造商可以在不中断实际生产线的情况下测试新配置，从而最大限度地减少风险和物理资源的使用。另一方面，虚拟平台允许快速原型设计和可扩展测试，能够快速且低成本地对各种场景进行全面评估。这个过程还支持地理上分散的团队之间的协作，利用人工智能和机器学习来优化配置并最终预测性能。总体而言，迭代开发、预测性维护和虚拟化共同提高了早期制造技术的可靠性，确保它们满足持续生产的需求，同时保持低成本。
模块化如何改变对工厂车间机器运行的传统思维？
Anil博士：让我举个例子来说明。传统制造系统和模块化制造系统之间存在一些共同点，比如我们通常使用的材料，像钢、铝、塑料这样的原材料。其存在大致相同，当然新复合材料或新合金等例外。但是，当我们想要加工时，我们进行加工。这涉及到与之相关的物理和化学方面的机械工程，仍然需要像传统方式那样处理。但我们可以利用这个模块化系统以更好的方式处理整个价值链的整个流程。我们可以用不同的方式来获得好处，但随着传感技术、数据收集、数据归档、分析和赋能方面的进步。这赋能了模块化和智能化的制造单元，从而实现更安全、更高效的运行。就像Ivan提到的数字孪生的例子。今天，我们不需要建立中试工厂来进行流程分析。这可以通过在机器上使用数字孪生虚拟完成，我们可以公平地配置它。你可以获得更高的准确性，也许能获得80%、85%以上准确的实际信息，然后你就可以运行并推进。
这有助于改变我们的思维方式或设计方式。这是一种不同的方式。这是其一。例如，工厂的预防性维护。以前，由于技术缺乏，我们没有机会这样做。今天，是的，我们可以做到。要做到这一点，我们需要思考，我们能做到吗？需要有人知道。并且他们应该能够实现它、推进它并做到它。在设计时，我们需要有更广阔的思维，考虑它如何被使用，它可能是什么。正如我所提到的，数字孪生将有助于实现生产线的快速、简易切换和早期评估。如果有问题发生，我们可以提前预测并推进。这就是模块化系统相对于传统系统的优势所在。但要做到这一点，我们需要对实现这一切的因素以及我们能做到的最佳方式有更深入的理解。
是什么促进了向互操作性过渡，特别是在机器和组件的设计中？
Anil博士：让我以连接解决方案为例。这是我们的领域。我想解释一下。如果我有多种协议，并且有多个连接器、机械连接器来连接东西，那将相当具有挑战性。我无法更快地完成。在TE Connectivity，我们正在研究能让客户轻松连接和配置的解决方案。我们谈论的一件事是单对以太网。可能Ivan会对此做更多介绍。它将通信和电源置于单一线缆上。这有助于机械连接中的即插即用。这有助于不同模块或不同工位的即插即用。这就是我们努力帮助客户的方式。
TE如何帮助制造商开发技术架构，以在分散的系统中传输数据和电力？
Ivan：阿尼尔提到了很多相关要点。在TE，我们相信工业自动化正面临一个关键时刻，因为众多进步正在汇聚，重新定义自动化格局。小型化、人工智能和计算能力提升等方面的创新，将在未来几年推动自动化的重大变革。我们正处于这场演进的前沿，致力于广泛的技术，包括接口连接器、板载信号连接器、开关、隔离和无源元件等等。这些努力旨在赋能和支持下一波自动化浪潮，培育更高效、更智能、更集成的工业生态系统。
但在所有这些技术中，贯穿工业自动化的一条主线是单对以太网。单对以太网 (ESP) 通过同一根电缆带来经济高效、稳健的数据和电力传输解决方案。其简单的布线减少了重量和空间要求，支持更长的传输距离，并为各种应用提供足够的带宽。例如，单对以太网能够通过单对线传输数据和电力，简化了安装和维护，这对于为传感器和执行器等物联网设备供电至关重要。
我想强调的一点是，这类技术专为工业环境设计。单对以太网通过提高抗电磁干扰能力来增强可靠性，并促进了统一网络架构，简化了管理和可扩展性，支持边缘计算和实时分析等先进技术。通过实现智能制造和工业4.0原则，单对以太网确保了高效的资源利用以及Anil提到的预测性维护，使其成为下一代工业自动化的关键。
还有哪些其他因素，例如电网，正在影响工厂机器人的更广泛使用？
Anil博士：在传统的制造单元中，我们通常使用交流电机，具体取决于工厂的容量、规模和我们制造的产品。但今天，当你观察这种模块化事物时，由于事物被模块化，直流电机被广泛使用。如果你仔细观察，会发现发生了多次电源转换。在电网级别将交流转换为直流，然后在内部进行直流到直流的转换。在电源网络方面有很多优化的机会。我们是希望整个系统在直流总线上运行，还是完全在交流总线上运行，有很多灵活性和机会来采用任何合适的、高效且易于实现的方式。
除此之外，还有机会从太阳能、风能或燃料电池等可持续资源获取能源。绿色清洁能源。这些电源大多采用直流电源。我认为进入直流电源网络有很多机会。在新的模块化机器人系统中，这将是更高效、更有效的。也许在较低的电压下，操作会更安全，也更容易适应。我认为在这些方面，TE有很多机会开发组件。可能是连接器、滤波器，就像Ivan提到的无源器件和电磁干扰、电磁兼容性滤波器之类的东西。我们正在为此做准备，以支持我们的客户。
在未来五年内，我们可以期待在工厂自动化创新方面看到什么或看到更多什么？
Ivan：未来五年，我们相信自动化（包括工厂混合和过程自动化）将取得重大进展。这将由人工智能、可持续性和工业物联网推动。例如，更多工业物联网设备的集成将实现更互联、更智能的制造环境，促进无缝数据交换并改善机器间的协调。这将支持智能工厂的发展，在这些工厂中，分散和灵活的生产流程可以快速重新配置以满足不断变化的需求。虚拟化和数字孪生将进一步彻底改变制造业，因为它们允许以非常低的成本对新配置进行广泛的模拟和测试。当然，它们将最大限度地减少与物理原型相关的风险和成本。这将实现快速原型设计和进一步的知识积累。最后，可持续性也将成为一个重点，自动化技术将提高能源效率（正如Anil提到的）并减少浪费。总体而言，未来五年，我们将看到工厂自动化变得更加智能、灵活、高效，并对我们世界的气候影响更小。
Anil博士：除了Ivan提到的这一点之外，这样做还能提高行动的安全性。它将使安全变得至关重要，也使安全成为可能。
这些新技术架构整合了冗余、故障安全保护和高级监控工具，从而增强了稳健性和运行耐用性。
随着制造业中离散、混合和过程自动化技术的演进，制造商正在实现前所未有的规模经济、定制化机会和可预测性维护。 然而，要充分发挥其潜力，还有更多工作要做。虚拟PLC提供灵活和分散的生产，降低了硬件成本并增强了实时决策能力。由于模块化和适应性系统的优势，制造工艺正向可持续和高效转变。从自动导引车到协作机器人，现代机器人因其可重新编程和人工智能增强的能力而提高了生产灵活性和效率。如要了解更多信息，请参阅我们对TE工业自动化和电气化工程院士Anil Kumar Ramsesh博士，以及自动化控制战略业务发展经理Ivan Ruiz Stubelj的访谈。
专家访谈：智能制造新时代
关于自动化技术对工厂生产变革性影响的见解
虚拟PLC和其他控制器如何使制造商能够开发并运行更灵活、更分散的生产流程？
Ivan：虚拟PLC依靠虚拟机或容器，在功能强大的硬件内部运行虚拟控制器。目前，它们通过实现灵活和分散的生产流程，正在彻底改变制造业。与传统的PLC（通常需要物理硬件升级才能执行新功能）不同，虚拟PLC只需通过软件配置即可进行调整，从而实现运动控制、图像识别和许多其他功能。此外，它们可以在各种硬件平台上运行，包括工业PC、本地服务器，甚至在某些用例中的云平台。这为制造商提供了满足其需求的全方位选择。
能够在不同的硬件配置中运行，这是实现分散化和分散控制的关键驱动力。例如，虚拟PLC可以部署在生产流程的边缘，减少延迟并改善实时决策，而像时序数据库处理这类处理密集型数据操作则可以部署在云端。
此外，这类单元（原生支持高速以太网）可以自主运行或与其他单元协调运行，从而增强整体生产灵活性。最后，在某些情况下，PLC甚至与硬件无关，正因如此，它们最大限度地减少了对专用硬件单元的需求，降低了初始资本投资。这使得工业终端用户升级和扩展生产能力变得更加经济实惠。
智能工业生产线与传统制造机械有何异同？
Anil博士：首先，我想说智能工业生产系统就是未来的工厂。那么，我们为什么称其为未来工厂呢？总的来说，一方面客户需求日益增长，另一方面，我们需要拥有经济实惠、高效能的制造工艺。我们还需要保持可持续性，这意味着我们应该拥有绿色清洁的工厂。最重要的是制造过程中的安全性，这是关键因素之一。智能工业生产或未来工厂将帮助我们实现这些目标。如果我们拥有模块化、适应性强且灵活、可转换、可重复使用、可扩展和可组合的系统和解决方案，其好处就是降低资本支出。我们建厂，现在可以重复使用这些组件，投资成本就会降低。如果某条产品线走到了尽头，我们可以重复使用该系统，并为其重新配置用于新产品。这也有助于更快地完成工作，节省建立新生产线的时间，并实现可持续性。
正如我之前提到的，在传统系统中，生产线是为特定产品而建的专用线，其设计目的是执行可能为该产品定制的特定流程。而智能制造系统则是可配置的，其工位执行冲压、切割、焊接等通用性能工艺，并通过集成来满足特定产品制造的需求。这些工位可以在其他产品线中重复使用。
机器人自动化如何使制造商能够开发并运行更灵活、更分散的生产流程？
Ivan：首先，我想说明的是，机器人是一个宽泛的类别，包括自动导引车 (AGV)、协作机器人、以及关节式机器人等等。机器人种类繁多，但现代机器人的关键点在于它们可以针对各种任务进行重新编程，这减少了自动化终端用户对专用机械的需求。这种灵活性基本上允许制造商快速切换生产线，以最小的停机时间适应不同的产品或变体。例如，协作机器人可以高效地处理定制订单和小批量生产。这些机器人正被部署到从电子制造到金属加工的广泛行业中，在这些情况下，操作员可以通过模仿手动操作（如焊接）来快速训练协作机器人，使机器人能够以最少的编程来执行任务。
最后，我想说明的是，随着人工智能、机器学习和视觉识别技术的广泛应用，机器人可以随着时间的推移提高性能，适应新任务并优化生产流程。利用这一优势，机器人可以与人类并肩工作，结合双方的优势，提高生产流程的整体效率和安全性。
在工厂车间使用工厂机器人时，开发所需的技术架构面临哪些挑战？
Anil博士：毫无疑问，设计一个灵活的模块化制造系统，需要对多个领域及其所带来的好处有更广泛的理解。其次是将多个产品或系统集成在一起，处理它们之间的接口问题。理解和推进这一点至关重要。
我要说的第二点是硬件、软件、通信协议等的标准化问题。我们需要对其进行规划。尤其是连接解决方案变得非常关键，因为当我们需要互换时，接口应该是可重复使用且易于操作的。并且应该有无缝的接口。因此，对于此类系统，连接和通信解决方案至关重要。TE Connectivity一直致力于为客户提供支持。
是什么推动了市场应用和需求？什么可能会限制它？
Anil博士：Ivan提到的灵活性、适应性和可重构性是推动因素。其次是生产力。它能够更快、更迅捷地创建安全环境并推进。我在这里看到的挑战是，当今的市场需求是产品变体更多，而且有多种变体出现。如果使用传统生产线，制造不同的变体总是一个挑战。但如果采用机器人，我们可以为不同的变体配置同一个系统，使用它使生产在经济上可行，并适应各种要求。
这些技术架构的可靠性如何，特别是在提高持续生产所需的运行耐用性方面？
Ivan：这些新技术架构整合了冗余、故障安全保护和高级监控工具，从而增强了稳健性和运行耐用性。预测性维护和远程管理技术通过主动解决一些问题，进一步确保了更顺畅、更持久的运行。同样值得注意的是，像虚拟化这样的新技术在提高可靠性和降低成本方面正发挥着至关重要的作用。
虚拟化允许在例如数字孪生的环境中进行模拟，制造商可以在不中断实际生产线的情况下测试新配置，从而最大限度地减少风险和物理资源的使用。另一方面，虚拟平台允许快速原型设计和可扩展测试，能够快速且低成本地对各种场景进行全面评估。这个过程还支持地理上分散的团队之间的协作，利用人工智能和机器学习来优化配置并最终预测性能。总体而言，迭代开发、预测性维护和虚拟化共同提高了早期制造技术的可靠性，确保它们满足持续生产的需求，同时保持低成本。
模块化如何改变对工厂车间机器运行的传统思维？
Anil博士：让我举个例子来说明。传统制造系统和模块化制造系统之间存在一些共同点，比如我们通常使用的材料，像钢、铝、塑料这样的原材料。其存在大致相同，当然新复合材料或新合金等例外。但是，当我们想要加工时，我们进行加工。这涉及到与之相关的物理和化学方面的机械工程，仍然需要像传统方式那样处理。但我们可以利用这个模块化系统以更好的方式处理整个价值链的整个流程。我们可以用不同的方式来获得好处，但随着传感技术、数据收集、数据归档、分析和赋能方面的进步。这赋能了模块化和智能化的制造单元，从而实现更安全、更高效的运行。就像Ivan提到的数字孪生的例子。今天，我们不需要建立中试工厂来进行流程分析。这可以通过在机器上使用数字孪生虚拟完成，我们可以公平地配置它。你可以获得更高的准确性，也许能获得80%、85%以上准确的实际信息，然后你就可以运行并推进。
这有助于改变我们的思维方式或设计方式。这是一种不同的方式。这是其一。例如，工厂的预防性维护。以前，由于技术缺乏，我们没有机会这样做。今天，是的，我们可以做到。要做到这一点，我们需要思考，我们能做到吗？需要有人知道。并且他们应该能够实现它、推进它并做到它。在设计时，我们需要有更广阔的思维，考虑它如何被使用，它可能是什么。正如我所提到的，数字孪生将有助于实现生产线的快速、简易切换和早期评估。如果有问题发生，我们可以提前预测并推进。这就是模块化系统相对于传统系统的优势所在。但要做到这一点，我们需要对实现这一切的因素以及我们能做到的最佳方式有更深入的理解。
是什么促进了向互操作性过渡，特别是在机器和组件的设计中？
Anil博士：让我以连接解决方案为例。这是我们的领域。我想解释一下。如果我有多种协议，并且有多个连接器、机械连接器来连接东西，那将相当具有挑战性。我无法更快地完成。在TE Connectivity，我们正在研究能让客户轻松连接和配置的解决方案。我们谈论的一件事是单对以太网。可能Ivan会对此做更多介绍。它将通信和电源置于单一线缆上。这有助于机械连接中的即插即用。这有助于不同模块或不同工位的即插即用。这就是我们努力帮助客户的方式。
TE如何帮助制造商开发技术架构，以在分散的系统中传输数据和电力？
Ivan：阿尼尔提到了很多相关要点。在TE，我们相信工业自动化正面临一个关键时刻，因为众多进步正在汇聚，重新定义自动化格局。小型化、人工智能和计算能力提升等方面的创新，将在未来几年推动自动化的重大变革。我们正处于这场演进的前沿，致力于广泛的技术，包括接口连接器、板载信号连接器、开关、隔离和无源元件等等。这些努力旨在赋能和支持下一波自动化浪潮，培育更高效、更智能、更集成的工业生态系统。
但在所有这些技术中，贯穿工业自动化的一条主线是单对以太网。单对以太网 (ESP) 通过同一根电缆带来经济高效、稳健的数据和电力传输解决方案。其简单的布线减少了重量和空间要求，支持更长的传输距离，并为各种应用提供足够的带宽。例如，单对以太网能够通过单对线传输数据和电力，简化了安装和维护，这对于为传感器和执行器等物联网设备供电至关重要。
我想强调的一点是，这类技术专为工业环境设计。单对以太网通过提高抗电磁干扰能力来增强可靠性，并促进了统一网络架构，简化了管理和可扩展性，支持边缘计算和实时分析等先进技术。通过实现智能制造和工业4.0原则，单对以太网确保了高效的资源利用以及Anil提到的预测性维护，使其成为下一代工业自动化的关键。
还有哪些其他因素，例如电网，正在影响工厂机器人的更广泛使用？
Anil博士：在传统的制造单元中，我们通常使用交流电机，具体取决于工厂的容量、规模和我们制造的产品。但今天，当你观察这种模块化事物时，由于事物被模块化，直流电机被广泛使用。如果你仔细观察，会发现发生了多次电源转换。在电网级别将交流转换为直流，然后在内部进行直流到直流的转换。在电源网络方面有很多优化的机会。我们是希望整个系统在直流总线上运行，还是完全在交流总线上运行，有很多灵活性和机会来采用任何合适的、高效且易于实现的方式。
除此之外，还有机会从太阳能、风能或燃料电池等可持续资源获取能源。绿色清洁能源。这些电源大多采用直流电源。我认为进入直流电源网络有很多机会。在新的模块化机器人系统中，这将是更高效、更有效的。也许在较低的电压下，操作会更安全，也更容易适应。我认为在这些方面，TE有很多机会开发组件。可能是连接器、滤波器，就像Ivan提到的无源器件和电磁干扰、电磁兼容性滤波器之类的东西。我们正在为此做准备，以支持我们的客户。
在未来五年内，我们可以期待在工厂自动化创新方面看到什么或看到更多什么？
Ivan：未来五年，我们相信自动化（包括工厂混合和过程自动化）将取得重大进展。这将由人工智能、可持续性和工业物联网推动。例如，更多工业物联网设备的集成将实现更互联、更智能的制造环境，促进无缝数据交换并改善机器间的协调。这将支持智能工厂的发展，在这些工厂中，分散和灵活的生产流程可以快速重新配置以满足不断变化的需求。虚拟化和数字孪生将进一步彻底改变制造业，因为它们允许以非常低的成本对新配置进行广泛的模拟和测试。当然，它们将最大限度地减少与物理原型相关的风险和成本。这将实现快速原型设计和进一步的知识积累。最后，可持续性也将成为一个重点，自动化技术将提高能源效率（正如Anil提到的）并减少浪费。总体而言，未来五年，我们将看到工厂自动化变得更加智能、灵活、高效，并对我们世界的气候影响更小。
Anil博士：除了Ivan提到的这一点之外，这样做还能提高行动的安全性。它将使安全变得至关重要，也使安全成为可能。
