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统治世界的机器 工业4.0屠龙刀即将完成?(下)

作者:林雪萍 来源:知识自动化`

比API经济还高级


那么资产管理壳,是如何进行传递的?它必须在工厂里面最通用的格式中,找到一种出口。这一点它选择了XML和JSON作为输出格式。这两个格式,在IT界应用广泛,而在制造系统中的IT系统,应用非常多。无论是ERP或者MES,数据库的数据导出来的都是XML或者JSON格式,描述一个工单、人员、成本等。


而管理壳AAS的语言格式,则完全支持XML和JSON的表达方式,于是世界看上去可以统一起来了。管理壳可以作为一种AASX格式进行对外输出。这个aasx文件是开放XML格式,可以自由下载和传输,而且可以集成到各种服务。更重要的是,管理壳还可以作为 REST API提供,从而提供一种设备无关的读取特征。


IBM从2015年就一直在推一种API(应用程序编程接口)经济,它的意思是各种能力都要网络资源化,并可借助API接口供大家相互调用,并最终实现各项能力的组合。实际上,IBM发明了一种RestAPI的格式,它跟终端设备无关,因此各种数据和功能模块,都可以在设备终端自由调用。


德国工业4.0工作组显然吸收了IBM的想法。它认为,首先可以将一个管理壳通过文件包的方式发给另外一方,另外一方打开后重新抽取使用。但是,这是一种最原始、最传统的管理壳内容的使用方式。进一步,可以按照IBM所定义的方式来,那就是机器也可以是API经济的一部分。这种情况下,可以通过API调用一个管理壳,实现复杂信息的交换。

但德国人更前进了一步。它甚至认为API经济,仍然是一种被动的方式。如果是用管理壳,则可以实现主动交互的多对多的方式,机器之间的访问,可以变得更加自主化。

这三种不同的借用管理壳交换信息的方式,难免会使人们意识到,每个机器都可能成为一个话痨,未来工厂的机器之间,将有着说不完的话。这实际正是德国工业4.0的2030愿景:自治、互操作性和可持续发展。要做到机器自治,它们之间必然要开口说话——希望它们不会因为出现故障而相互谩骂,或者机器骂人。


至此,可以看到,管理壳动用了四大支柱,来构建一个可彼此交互的智能机器世界。

不同方言的人要说话,必须先确立基准。而机器互联,则需要统一的语言。资产管理壳,吸收了四块不同领域的成果,从而使得“机器都说普通话”大大向前迈进了一步。


来啦,第三方服务


第三方的管理壳服务商已经行动起来。德国一家Xitaos公司,就是将管理壳看成是一个“数据连接器”,或者是一个数字空间与物理空间的阴阳交汇的交叉点。不妨说,管理外壳是“数字孪生”的外在躯壳。这使得数字孪生,可以成为一种类似PDF格式,跨设备自由传播,而最后只需要一个PDF阅读器。

工厂传递管理壳,人们可以像使用PDF一样,来使用数字孪生。只做一个管理壳领域的PDF阅读器,这正是Xitaos的工作。它为德国威腾斯坦提供了管理壳的服务。后者是一家机电一体化驱动系统,包括伺服齿轮箱、伺服电机、伺服变频器等。

Xitaos为威腾斯坦提供全流程的设备备件与维护管理的管理壳服务。它最大的难点在于数据的异构性,多元数据要聚合在一起,而且最终显示要完全独立于终端设备。


在这个场景中,SAP数据库将相关产品的同步到云中的“SAP Drop”中。Xitaos通过ETL(提取转换加载)的加工过程,形成一个变速箱的管理壳。这意味着,具有SAP特征的物料,被映射到eCl@ss目录中一个国际登记数据编码(IRDI)。凭借清晰唯一的语义,每个人都可以清楚地读取。进一步,它通过亚马逊上的AAS平台,转换为符合规范的模型格式,并在云端中通过管理壳转换器进行呈现。它提供了标准的REST API接口,提供组件的信息。对于用户而言,借助任何工业互联网平台,通过REST API很容易查询到变速箱的生产日期、异地交货和质量追溯信息。


以前产品规格都是在电脑里,提供文件但无法读取。而现在,各种经过过的规范性文件,都可以借助于管理壳得以汇聚并且可以激活。


这个案例展示了一个开始,但如果将这个齿轮箱的查询,看做是管理壳所呈现的一种能力。那么在工业互联网上,有许多“能力”是可以共享的。把这些“能力”封装成API,放到API Marketplace上去。这些API可以被调用者订阅,或者组合,编排成全新的应用能力。而管理壳则始终是底层不可或缺的信息,它们就像是一个物体的原子一样,构成了最基本的粒子信息。


那么,携带了原子级颗粒度信息的管理壳,将会呈现出何种更大的能力?


真正的协同,不是靠工业互联网


管理壳,把信息模型,通讯协议、工厂场景、数据格式等这些要素全部串起来。这样看起来,它更像是一种基于HTML语言的www网站,通过HTTP就可以找到各种资源。就像每一段文字、图片都有一个独立地址,每一种机器、资源,都可以通过管理壳进行独立访问、获取和传递。

有了这些准备,可以看看未来如何实现基于订单驱动的多方协同生产。


德国智能工厂联盟正在将协同制造,引入异地来实现。在一条示范产线上,它由三处不同的地点联合完成,共同制造一辆可定制化的卡车。合约制造角色就是凯泽斯劳滕大学的机床与控制部,它负责对拖车油箱上部的结构进行铣削。尽管三个地点的三台机器都具备铣削功能,但一套程序装上去,可以实现不同的质量加工等级,加工速度也不一样。这意味着,不同地点的机器,完全可以通过远程来实现自选配置。对于其中一个厂家,它并不需要为自己的机床购买一套CAM软件,或者也不需要自己的人员对CAM软件进行路径编程(这类人员一般都是很昂贵的),可以通过第三方提供CAM远程服务,用AutomationML的描述格式,下载在本地的管理壳AAS之中。然后跟它的3D打印机进行连接。如果不需要很高的精度,就可以提供低价服务。反之,高价格就可以提供高精度。这意味着自主化的多智能体系可以相互沟通,以确定哪一个是根据客户规格生产产品的最佳选择。


那么,它们如何实现传递?

可以想象,当不同的工厂都有自己的管理壳的时候,这些连接起来的管理壳,将会相互借力。一个工厂再也不需要拥有完整的能力,它可以借助其他厂商的服务,补齐自己所缺的一块能力,就可以完成一个订单的加工。

以前都是私有通讯协议,组态会非常复杂。而现在由于各种设备,已经采用OPC UA的方式得以打通,设备适配就会变得很容易。对于工业厂商,就不需要应对各种复杂的定制化接口,IT和OT系统维护能力将会大幅度降低。这对于大厂,自然是一个好消息。


整个世界的IT与OT系统正在悄悄发生变化。一个公司的数字化系统要么足够强大,强大到能够向外溢出,为其他厂家实现能力复制;要么能力偏弱,这个时候它需要借助外力。数字化进程慢的公司,或许就考虑将部分数字化系统外包。


联想正在致力于“内生外化”的服务能力,将自己的IT系统做成标准化,对外进行服务。为了面对内部7万多名员工、35个工厂、近6000家供应商,它自己开发的混合云XCloud已经应对自如。而这种能力,同样受到一个锂电池大厂的青睐,它需要构建这样的面向全球各个基地的混合云。IT系统正在走向微服务化,从而通过组合调动的方式,对外提供服务。这种方式将会使得领先企业的IT系统,越来越容易向外溢出,为其他企业服务。而反过来看,许多用户工厂,或许将乐于接受 “CIO外包”的模式。


现在随着管理壳的深入,这种现象也将在OT界——无论是设备端的调试还是维护变得普遍起来。对于小企业,不需要强大的IT能力,也可以没有PLM软件。它可以借助于第三方的服务,通过一种能力嵌入的方式,中小企业也能做大企业的事情。


如果深究一步,这是一种即插即产(Plug&Produce)的思路。它的目标是将制造系统分成多个过程模块,这些模块可以在生产继续进行时连接在一起。这样,就可以在几分钟内重新配置制造单元布局,而不是传统方法中的几天。从U盘机器,到U盘产线,U盘工厂也就呼之欲出了。


基于热插拔式产线,或者进一步推进到U盘工厂,才是规模化解决协同制造的关键。这背后需要对机器建模有着更加深刻的基础层的探索,而合手的工具都已经备齐,无论是低代码编程、61499的建模语言,或者OPC UA语义与通讯、面向对象仿真,还是容器化的微服务和时间敏感网络。这些工具,并不会自动形成颠覆性的力量;只有底层的语义连接和头疼的机器建模,才是决定性的支柱。无论是多么优秀的头脑风暴,都无法把概念之花演绎成树苗;只有老老实实地把手和脚都插到了沉甸甸脏兮兮的泥土里,智能制造才会有真正的根基。


当人们追逐产线的柔性的时候,只在现场敲钉子、弯金属是不足以实现的。只有底层连接,才有柔性之王。只有用底层标准将设备武装起来,才能真正实现U盘工厂的即插即用:这才是智能制造最高级的柔性。


为什么德国的资产管理壳AAS是一个非常接地气的理念,也最有助于智能制造落地?因为它兼顾了老设备的改造。对于新设备,OPC UA直接嵌入,自然不存在旧设备升级的过程。而对于一个老设备,只要加一个插件,实现OPC UA服务,从而可以让设备在线化、标准化;同时配一个AAS,就可以完成注册而得以激活。那么这个老设备,就可以参与整个产线的设备互操作。

没有底层,就没有生态


德国正在醉心于完成智能机器底层标准的主导权,资产管理壳是它最为重要的资产。对于子模型标准,它已经选好了对象,无论是eCl@ss、AutomationML,还是OPC UA。而VDMA则正在将几十种自动化装备及工程工具,制定了跟OPC UA配套的规范。这其中包括德国机床协会的机床连接协议UMATI,或者是机器人、3D打印设备都在其中。甚至厨房装备协会的各类终端设备,如微波炉、冰柜等也在其中。而在设计类软件中,也在推动eCl@ss分类目录的使用;同时在产线工艺和物流模拟,大力推动AutomationML的落地。


在云这一层面,得到了微软云和亚马逊云的大力支持,在微软AZURE部署管理壳变得非常容易。它们对于管理壳的云图书馆的建设非常积极。这意味着二者将彻底地进入未来工业云的领域。不知道阿里、华为、腾讯云是否为此做好了准备。没有底层的根技术标准,上层的云都是同质化的计算能力。

法国、日本和韩国,也都分别在工业设计软件、机器人、机床等方面,参与管理壳的应用。

管理壳最感兴趣的就是跟生态有关。艾默生的安沃驰阀岛,最近宣布采用了先进电子控制技术AES,从而将阀岛变得更加智能化。而且可以接入OPC UA。其实,这样的门槛从技术角度或许并不高。但如果大家都在介入,那么这件事情就好玩了:生态就是靠着群起而进,才能实现。


如果没有根部技术,生态就是五颜六色的肥皂泡。只有有人跟着一起玩,才会有所谓的生态。大笔一挥圈一个联盟,是无法生态化的。没有底层技术作为连接,又没有市场蛋糕相互补位,所有的生态联盟都不过是乌合之众。


有人玩,才会有生态

小记:梦不在云端,梦在泥地里


如果没有信息建模,低代码编程是伪命题。让“编程平民化”的低代码正在变得普遍,但这种技术充满陷阱。如果热衷于表面上的功能拖拽,那么这仍然是一个应用层面的集成。只要在底层,对设备进行充分建模,并且加载统一的通讯协议,对工厂现场的低代码编程才是真实的。

如果没有设备的互操作能力,协同制造是伪命题。谁不喜欢协同制造?但这需要从底层设备的语义连接开始。如果只是致力于将设备的通讯协议连接起来,这充其量只能有限交换数据,而无法进行设备的即插即用。这意味着,现场仍然有大量的调试的工作。目前工业互联网的语境,不过是粗糙地解决了表面上的通讯连接,这离机器的互操作相去甚远。工业互联网当前的框架设计,是无法实现跨车间、跨工厂的机器协同。


如果没有根部技术,工业互联网的狂欢就是一场经不起推敲的资本游戏。德国的管理壳技术与标准正在一路下沉——沿途德国制造商各路人马纷纷加入。2019年一些传感器厂商如巴鲁夫,已经开始将传感器的IO-link跟AutomationML集成在一起。这也使得资产管理壳,可以一路下沉到传感层,同时也方便了电气选型设计、现场通信配置。德国显然是一个军团在作战。德国工业4.0工作组将所有这些各项指标的数字模型标准,称为工业4.0语言;而能将这一系列标准进行串联所构成的机器协作,则被称为工业4.0互操作性(Interoperability)。可以说,自从2015年德国人提出工业4.0的参考框架之后,一直就在围绕这个框架进行完善和修补。德国人是耐心的建筑师,一直在同一个地基上盖房子。而中国人则是急性子人挖井,挖几米就要换地方。德国人还是埋在地里拱土,而中国的智能制造已经开始攫取花叶和果实。今日之短见,来日能收获的只会是贫瘠。


一花一世界,一树一菩提。花里如何看到世界,树中如何找寻菩提?资产管理壳AAS就是此花此树。不过,德国人这次举起了屠龙刀,它要统治的是所有机器的江湖。


 

每周五下午5:00-7:00直播: 报名链接: https://us02web.zoom.us/.../571.../WN_cuCx2zB0SgWwkcwLK1HIvA

 
 

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